как определить и что делать

Довольно часто в электрических сетях, при возникновении определенных условий, может наступить режим короткого замыкания. В таких случаях происходит контакт двух точек с различными потенциалами. Данное явление представляет собой серьезную опасность как для людей, так и для объектов, где это случилось. Значительный ущерб может быть нанесен и трансформаторам, особенно тем, которые используются в системах передачи электроэнергии на большие расстояния. Поэтому в электротехнике большое внимание уделяется защитным мероприятиям.

Содержание

Что такое короткое замыкание

Коротким замыканием называется такое состояние электрической сети, при котором возникает контакт между какими-либо точками цепи с разными значениями потенциалов. Зона контакта отличается низким сопротивлением, поэтому в таком месте резко возрастает сила тока, многократно превышая допустимые значения.

Таким образом, при замыкании источника напряжения с незначительным внутренним сопротивлением, в цепи начнет протекать ток, представляющий собой отношение ЭДС этого источника и суммы, которая включает в себя внутреннее сопротивление источника и сопротивление замкнутой цепи. Когда источник тока обладает большой мощностью, сила тока значительно возрастает. Высокий потенциал наносит повреждения всем элементам цепи, в том числе, соединительным проводам и потребителям. Как правило, они быстро перегреваются и становятся причиной возгорания.

В связи с этим, схема использования мощных источников питания предполагает включение в цепь защиту потребителей от коротких замыканий, возникающих под действием различных факторов. Простейшими средствами защиты от разрушений служат плавкие предохранители. Чаще всего используются автоматические защитные устройства, способные многократно восстанавливать работоспособность цепи после срабатывания, в то время как предохранители могут быть использованы лишь один раз.

Особую опасность замыкание представляет для аккумуляторных батарей. Пребывание в таком состоянии в течение длительного времени вызывает закипание электролита и его разбрызгивание. Литиевые АКБ в таких случаях перегреваются, их корпус взрывается, а сам литий начинает гореть.

Виды коротких замыканий

Все электрические замыкания можно условно разделить на несколько разновидностей.

Подобная классификация определяется ГОСТом 52735-2007 и представлена следующими видами:

• Трехфазное КЗ. Наступает в результате электрического контакта между всеми тремя фазами. В данном случае распределение нагрузки происходит симметрично, без так называемого перекоса фаз, значительно упрощая расчеты силы тока короткого замыкания. Однако, с точки зрения электродинамики и теплового воздействия, данное явление считается наиболее опасным. Любые контакты с землей не оказывают влияния на общий ход и параметры процесса.
• Замыкание фазы и нуля. Данная схема процесса и все последующие, которые будут рассматриваться, относятся к разряду несимметричных. Подобное состояние чаще всего становится причиной перекосов напряжения, а при разрушении слоя изоляции токоведущих частей, возможен переход в другое качество – замыкание фазы с другой фазой.
• Замыкание двух фаз и земли. Такие ситуации характерны для систем с заземленными нейтралями.
• Замыкание одной фазы и земли. В практической деятельности встречается наиболее часто, затрагивает промышленные и бытовые сети и оборудование, подключенное к ним.
• Двойное замыкание на землю, при котором каждая фаза самостоятельно замыкается с землей, а между собой они электрически не контактируют.

Причины возникновения КЗ

Во многих случаях замыкание в цепи носит случайный характер. Однако, существуют специфические причины, которые прямо или косвенно влияют на возникновение режима короткого замыкания.

Среди них наибольшее распространение получили следующие:

• Изношенные электрические сети и оборудование бытовых и промышленных объектов. В процессе длительной эксплуатации наступает полная или частичная потеря диэлектрических свойств изоляции токоведущих частей и проводников. Это приводит к неожиданным и незапланированным соединениям, то есть, замыканиям. Состояние изоляции определяется путем визуального осмотра.
• Высокая нагрузка на сеть, превышающая допустимые нормы. В результате, токоведущие части и провода сильно нагреваются, изоляция повреждается и наступает нештатная ситуация.
• Удары молний в высоковольтную линию вызывают перенапряжение в сети. Это может произойти не только из-за прямого попадания, но и по причине ионизации воздуха, вызванной близким разрядом. Электропроводимость воздуха резко возрастает и между линиями с высокой вероятностью появляется электрическая дуга.
• Физические воздействия, приводящие к механическим повреждениям изоляционного слоя.
• Металлические предметы могут соприкоснуться с токоведущими частями. Часто происходит из-за неудовлетворительного содержания электрохозяйства.
• Неисправное электрооборудование, подключаемое к сети.
• Большое значение имеет человеческий фактор. Сюда входят все случаи, произошедшие в результате неправильных действий рабочих или обслуживающего персонала. В основном, это ошибки при монтаже, неправильная схема подключения, попытки отремонтировать неисправное оборудование и т. д.

Короткие замыкания и трансформаторные устройства

Существенное негативное влияние замыкания в цепях оказывают практически на все виды трансформаторов. В подобных случаях возникает режим короткого замыкания, при котором токопровод с нулевым сопротивлением замыкает на выводах вторичную обмотку. В условиях эксплуатации это приводит к возникновению аварийного режима из-за резкого роста вторичного и первичного тока, сравнительно с номиналом.

С целью предотвращения негативных последствий в цепях, использующих трансформаторные устройства предусматривается защита, обеспечивающая автоматическое отключение прибора.

В специальных лабораториях проводят испытания трансформаторов на их устойчивость к таким воздействиям. Для этого зажимы на вторичной обмотке коротко замыкаются, а на первичную обмотку подается напряжение U_к, при котором ее ток будет оставаться на уровне номинала. Напряжение короткого замыкания u_к является основной характеристикой трансформатора, выражается в процентах и вычисляется по формуле: u_к = (U_к х 100)/U_1ном. Величина U_1ном представляет собой показатель номинального первичного напряжения.

При коротком замыкании значение U_к является очень маленькой величиной, в связи с этим потери холостого хода в несколько сотен раз меньше, чем в условиях действия номинального напряжения. Сильный нагрев обмоток приводит к росту их активного сопротивления и дальнейшим потерям мощности трансформатора. Они известны также, как потери короткого замыкания или электрические потери.

В режиме КЗ будут изменяться и внешние характеристики трансформатора в соответствии с подключенной нагрузкой. Так, индуктивная нагрузка вызывает снижение напряжения на вторичной обмотке с одновременным увеличением тока. Емкостные нагрузки, как показывает график, наоборот, приводят к росту напряжения при увеличении нагрузочного тока. Чисто активная нагрузка будет удерживать характеристики тока и напряжения в более жестких рамках.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Закон Ома для переменного тока

Чем отличается фазное напряжение или ток, от линейного

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя

Что такое короткое замыкание по-простому

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ – это электрическое соединение разных фаз или потенциалов электроустановки между собой или с землей, не предусмотренное в нормальном режиме работы, при котором в проводниках, в месте контакта, резко возрастает сила тока, превышая максимально допустимые величины.

Если же говорить простым языком, короткое замыкание – это любое незапланированное, нештатное соединение электрических проводников с разным потенциалом, например, фазы и ноля, при котором образуются разрушительные токи.

Как вы заметили, акцент на том, что короткое замыкание в электрической цепи — это именно незапланированный, не предусмотренный процесс, сделан не зря, ведь, по большому счету, контролируемое замыкание (некоторые еще назывыают его по-аналогии длинным) запускает электроприборы. Все они включаются в розетку, и, так или иначе, фазный провод, посредством электроприбора соединяется с нулевым, но короткого замыкания при этом не происходит, давайте разберемся почему.

Почему происходит короткое замыкание

 

Для того чтобы понять почему происходит короткое замыкание, нужно вспомнить закон Ома для участка цепи – «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке», формула при этом следующая:

I=U/R

 где I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление.

Любой электроприбор в квартире, включающийся в розетку, это активное сопротивление (R – в формуле), напряжение в бытовой электросети вам должно быть известно – 220В-230 В и оно практически не меняется. Соответственно, чем выше сопротивление электроприбора (или материала, проводника и т.д.) включаемого в сеть, тем меньше величина тока, так, как зависимость между этими величинами обратно пропорциональная.

Теперь представьте, что мы включаем в сеть электроприбор практически без сопротивления, допустим его величина R=0.05 Ом, считаем, что тогда будет с силой тока по закону Ома.

I=220В(U)/0,05(Ом)=4400А

В результате получается очень высокий ток, для сравнения стандартная электрическая розетка в нашей квартире, выдерживает лишь ток 10-16А, а у нас по расчетам 4,4 кА.

Современные медные провода, используемые в проводке, имеют настолько хорошие показатели электрической проводимости, что их сопротивление, при относительно небольшой длине, можно принять за ноль. Соответственно, прямое соединение фазного и нулевого провода, можно сравнить, с подключением к сети электроприбора, с очень низким сопротивлением. Чаще всего, в бытовых условиях, мы сталкиваемся именно с таким типом короткого замыкания.

Конечно, это очень грубый пример, в реальных условиях, при расчете силы тока при коротком замыкании, учитывать приходится гораздо больше показателей, таких как: сопротивление всей линии проводов, идущих к вам, соединений, дополнительного оборудования сети и даже дуги образующейся при коротком замыкании, а также некоторых других.Поэтому, чаще всего, сопротивление будет выше тех 0,05 Ом, что мы взяли в расчете, но общий принцип возникновения КЗ и его разрушительных эффектов понятен.

Почему короткое замыкание так называется

 

Подключая какую-то нагрузку к сети, например, утюг, телевизор или любой другой электроприбор, мы создаём сопротивление для протекания электрического тока.
Если же мы умышленно или случайно соединим, например, фазу и ноль напрямую, без нагрузки, мы, в каком-то смысле, укорачиваем путь, делаем его коротким.

Поэтому, короткое замыкание и называют коротким, подразумевая движение электронов по кротчайшему пути, без сопротивления.

Чем опасно короткое замыкание

Самая значительная опасность при коротком замыкании – это большая вероятность возникновения пожара.

При значительном увеличении силы тока, которое происходит при КЗ, выделяется большое количество теплоты в проводниках, что вызывает разрушение изоляции и возгорание.
Кроме того, в быту, чаще всего происходит дуговое короткое замыкание, при котором, между проводниками в месте КЗ, возникает мощнейший электрический разряд, который нередко воспламеняет окружающие предметы.

Так же не стоит забывать про опасность поражения электрическим током или резким выделением тепла человека, которая так же достаточно высока.

Из менее опасных последствий, происходящих при КЗ, стоит отменить значительное снижение напряжения в электрической сети особенно в месте его возникновения, что негативно влияет на различные электроприборы, в частности оснащенные двигателями. Также, не стоит забывать про сильное электромагнитное воздействие на чувствительное к этому оборудование.

Как видите, последствия от возникновения короткого замыкания могут быть очень серьезными, поэтому, при проектировании любой электроустановки и монтаже электропроводки, необходимо предусмотреть защиту от короткого замыкания.

Защита от короткого замыкания

 

Большинство современных способов защиты от короткого замыкания основаны на принципе разрыва электрической цепи, при обнаружении КЗ.

Самые простые устройства, которые есть во многих электроприборах, защищающие от последствий коротких замыканий – это плавкие предохранители.

Чаще всего, плавкий предохранитель представляет собой проводник, рассчитанный на определенный предельный ток, который он сможет пропускать через себя, при превышении этого значения, проводник разрушается, тем самым разрывая электрическую цепь. Плавкий предохранитель — это самый слабый участок электрической цепи, который первый выходит из строя под действием высокого тока, тем самым защищает все остальные элементы.

Для защиты от коротких замыканий в квартире или доме, используются автоматические выключатели -АВ (чаще всего их называют просто автоматы), они устанавливаются на каждую группу электрической сети.

Каждый автоматический выключатель рассчитан на определенный рабочий ток, при превышении которого он разрывает цепь. Это происходит либо с помощью теплового расцепителя, который при нагреве, вследствие протекания высокого тока, механически разъединяет контакты, либо с помощью электромагнитного.

Принцип работы автоматических выключателей — это тема отдельной статьи, о них мы поговорим в другой раз. Сейчас же, хочу еще раз напомнить, что от короткого замыкания далеко не всегда спасает УЗО, его предназначение совсем в другом. 

Для того, чтобы правильно выбрать защитный автоматический выключатель, делаются расчеты величины возможного тока короткого замыкания для конкретной электроустановки. Чтобы в случае, если КЗ произойдёт, автоматика сработала оперативно, не пропустив резко возросший ток и не сгорев от него, не успев разорвав цепь.

 

Причины короткого замыкания

 

Чаще всего в бытовых условиях квартиры или частного дома, короткое замыкание возникает по нескольким причинам, основные из которых:

— в следствии нарушения изоляции электрических проводов или мест их соединений. Факторов приводящих к этому достаточно много, здесь и банальное старение материалов, и механическое повреждение, и даже загрязнения изоляторов.

— из-за случайного или преднамеренного соединения проводников с различным потенциалом, чаще всего фазного и нулевого. Это может быть вызвано ошибками при работе с электропроводкой под напряжением, неисправностью электроприборов, случайным попаданием проводников на контактные группы и т.д.

Поэтому, очень важно ответственно относится как к монтажу электроустановки, так и к её эксплуатации и обслуживанию.

Будьте аккуратны и осмотрительны при обращении с электрическими приборами и оборудованием, не включайте их в сеть если они повреждены или открыты. Не хватайтесь за электрические провода, если точно не знаете, что они не под напряжением.

Ну и как всегда, если у вас есть что добавить, вы нашли неточности или ошибки – обязательно пишите в комментариях к статье, кроме того задавайте свои вопросы, делитесь полезным опытом.

Причины короткого замыкания в электросети и профилактические меры

Короткое замыкание — это серьезная проблема с электричеством, которая может значительно повредить всю электрическую систему. Если неисправный участок не будет отключен своевременно, это может даже привести к повреждению прибора, поражению электрическим током, возгоранию или взрыву. Может быть много причин короткого замыкания, например, существующие проблемы со шнурами или переключателями, неисправная проводка, электрическая перегрузка и т. д. Наем профессионального электрика для осмотра вашей электрической системы — это способ предотвратить превращение этих проблем в опасные.

Что вызывает короткое замыкание?

Короткое замыкание происходит при соприкосновении нулевого и горячего проводов из-за повреждения изоляции или из-за неплотных соединений проводов. Неисправная проводка в старых или сломанных приборах является еще одной причиной, и иногда вредители, такие как белки, мыши и т. Д., Могут съесть проводку, что может вызвать короткое замыкание.

Как определить короткое замыкание?

1. Отключайте электронику, когда она не используется

Это один из самых простых способов избежать короткого замыкания в вашем доме. Многие электронные устройства в вашем доме потребляют энергию, даже когда они не используются. Например, мигание индикатора на приборах даже после их выключения показывает, что они все еще потребляют энергию в режиме ожидания. Это может создать возможность короткого замыкания.

2. Избегайте использования нескольких розеток

Следует избегать одновременного использования нескольких розеток в одной вилке. Если цепь будет перегружена, она может загореться, подвергая опасности вас и ваше имущество. Поэтому, если в одну розетку включено слишком много электроприборов, отключите те, которые не нужны.

3. Установите предохранители

Всякий раз, когда ток превышает пороговое значение, на которое рассчитана цепь, предохранитель прерывает подачу тока для предотвращения короткого замыкания. Поэтому для предотвращения коротких замыканий и связанных с ними повреждений рекомендуется устанавливать предохранители.

4. Проверка состояния электрических проводов

Резиновое покрытие проводов может изнашиваться или ломаться в течение времени, когда провода остаются открытыми. Это может привести к пожару в доме, поэтому обязательно регулярно проверяйте всю электропроводку, если она работает в надлежащем состоянии или нет, а также на наличие повреждений или поломок. Немедленно замените поврежденную проводку.

5. Основное техническое обслуживание автоматических выключателей

Автоматические выключатели предназначены для прерывания тока в электрической цепи в целях безопасности. Они отключаются, когда электрические токи нестабильны. Поэтому мы советуем вам выполнить базовое техническое обслуживание автоматических выключателей, чтобы убедиться, что они функционируют должным образом. Проверьте гидромолот на наличие любых повреждений, трещин, ослабленных соединений или скопления грязи. Замените или отремонтируйте прерыватель в случае его повреждения.

Запись на осмотр

Atlas проверит вашу электрическую систему и выявит проблему с электричеством, чтобы определить порядок действий при необходимом ремонте. Позвоните (956) 758-3669, чтобы назначить встречу сегодня.

Как моделировать короткие замыкания в литий-ионных батареях

Короткое замыкание в батарее — это плохая новость: химическая энергия, запасенная в батарее, теряется в виде тепла, а не используется для питания устройства. Короткие замыкания создают сильное тепло, которое может повредить материалы батареи или привести к возгоранию или взрыву из-за теплового разгона. Чтобы избежать условий, которые приводят к коротким замыканиям в устройствах, и гарантировать, что короткие замыкания не вызовут небезопасных условий эксплуатации, мы можем изучить конструкции литий-ионных аккумуляторов с помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics®.

Как происходит короткое замыкание в батареях?

Аккумулятор преобразует накопленную химическую энергию в электрическую. При нормальной работе на двух электродах батареи происходят электрохимические реакции: на катоде происходит восстановление, а на аноде — окисление. Во время разряда положительный электрод работает как катод, а отрицательный электрод работает как анод; во время перезарядки электроды меняются ролями, поэтому положительный электрод является анодом, а отрицательный электрод — катодом.

На одном электроде электроны выбрасываются в электрическую цепь, а на другом электроны забираются из цепи. Общая благоприятная химическая реакция опосредована током, протекающим по цепи, так что любое устройство, которое мы питаем, например, двигатель или лампочка, может рекуперировать энергию из батареи.

Лампочка, работающая от батарейки.

Короткое замыкание возникает всякий раз, когда электроны могут протекать между электродами, минуя цепь, подключенную к питаемому устройству. Поскольку этим электронам не требуется выполнять механическую работу, заметное сопротивление протеканию тока гораздо меньше. В результате химические реакции будут протекать быстро, и батарея начнет саморазряжаться, теряя свою химическую энергию без совершения какой-либо полезной работы. Большой ток при коротком замыкании, в свою очередь, приводит к резистивному нагреву (джоулевому нагреву) батареи, что может повредить устройство.

Механическое повреждение аккумулятора является одной из причин короткого замыкания. Если внутрь аккумуляторной батареи проникнет посторонний металлический предмет или если аккумуляторная батарея будет повреждена в результате сжатия, это может привести к возникновению внутреннего пути проводимости, что приведет к короткому замыканию. Одним из стандартных испытаний на безопасность литий-ионных аккумуляторов является «тест на гвоздь», при котором гвоздь вбивается в аккумулятор, чтобы создать короткое замыкание.

Чтобы пройти тест, аккумулятор должен разрядиться при коротком замыкании без резистивного нагрева от внутреннего протекания тока, вызывающего пожар или взрыв. Ток течет от положительного к отрицательному электроду в ногте и от отрицательного к положительному электроду в электролите поры, а также в электролите (сепараторе). Гвоздь проводит ток как внешняя цепь с очень небольшой нагрузкой, в то время как область вокруг гвоздя ведет себя как при разряде (см. рис. 5 в разделе «Текет ли ток назад внутри батареи?»).

Схема батарейного теста на проникновение гвоздей. Увеличенное поперечное сечение показывает площадь контакта между гвоздем и электродами, а также направление тока.

Химический состав батарей также может вызывать внутренние короткие замыкания. Для литий-ионных аккумуляторов одним из наиболее распространенных механизмов является образование дендритного металлического лития путем отложения литиевой соли. Хотя атомы лития обычно должны безопасно внедряться в материалы электродов, может происходить образование свободного металлического лития. Как и большинство металлов, литий обладает гораздо большей электропроводностью, чем оксидные материалы и электролит, используемые в батарее. Это создает проблему, когда металлический литий растет в батарее, где он может соединять два электрода, потому что он обеспечивает отличный путь проводимости от одного электрода к другому и создает короткое замыкание.

Давайте посмотрим, как смоделировать короткое замыкание в литий-ионной батарее с помощью COMSOL Multiphysics.

Моделирование типичного короткого замыкания в литий-ионной батарее

В учебной модели Внутреннее короткое замыкание литий-ионной батареи мы используем COMSOL Multiphysics для прогнозирования протекания тока и локализованного нагрева, связанного с внутренним коротким замыканием. Короткое замыкание вызвано литиевой нитью микронного размера, соединяющей материалы положительного и отрицательного электродов. Обратите внимание, что нить соединяет только положительный и отрицательный электроды: она не проникает сквозь электроды, как гвоздь выше. В этом примере предполагается, что ток короткого замыкания будет небольшим по сравнению с общей емкостью батареи, поэтому локальное короткое замыкание не оказывает существенного влияния на рабочее напряжение элемента.

В этом примере модели мы используем известную модель Ньюмана (см. ссылки в документации модели) для химического состава литий-ионных аккумуляторов. Во-первых, мы реализуем готовый интерфейс Lithium-Ion Battery в модуле Batteries & Fuel Cells. Эта теоретическая модель позволяет нам учитывать комбинированные эффекты переноса заряда и массы в растворе концентрированного литиевого электролита вместе с протеканием тока в твердых электродных материалах и токосъемниках. Мы описываем реакции батареи, используя кинетику введения лития на поверхность частиц электродного материала, а также модель диффузии твердого лития внутри частиц электрода. Подробнее о модели Ньюмана и ее возможных расширениях читайте здесь.

Затем мы используем функцию электродной области, которая описывает обычные металлические проводники, такие как токосъемники. Эту особенность также можно использовать для описания металлической области, способствующей короткому замыканию, например литиевой нити. Возвращаясь к нашей модели батареи, электропроводность лития составляет около 10 ⁷ См/м. Хотя это немного меньше, чем у алюминия или меди, это все же на несколько порядков больше, чем типичная проводимость материалов литиевых электродов (100 См/м) и литиевых электролитов (анализ теплопередачи в твердых телах, который решает уравнение теплопроводности, так что мы можем прогнозировать температуры. Далее мы добавляем готовый Электрохимический источник тепла Мультифизическая функция для непосредственного включения этой связи. Предполагается, что токосъемники представляют собой хорошие теплоотводы с большой теплоемкостью, обеспечивающие путь для рассеивания тепла, выделяющегося в результате короткого замыкания. В свою очередь, кинетика электрода и свойства материала также меняются в зависимости от вычисленных температур в каждой точке батареи.

Анализ результатов

На приведенном ниже рисунке используется таблица цветов Aurora Borealis, чтобы показать состояние заряда локального электрода после 0,01 секунды короткого замыкания.

Доступный литий значительно истощается на отрицательном электроде (почти 0 на цветной полосе) и накапливается на положительном электроде (почти 1 на цветной полосе) из-за саморазряда батареи. Это представляет собой потерю емкости по сравнению с ожидаемым содержанием энергии батареи. На рисунке также показан электрический потенциал в нити накала (радуга, где красный цвет соответствует высокому уровню, а синий — низкому) и плотность тока (белые стрелки) в пористом электролите и сепараторе электролита. Потенциал электролита показан изопотенциальными поверхностями (радуга), а стрелки плотности тока перпендикулярны изопотенциалам повсюду в электролите. Процессы и явления, связанные с этим, почти идентичны описанному выше случаю с гвоздем, за исключением того, что нить накала не проникает в электроды: она устанавливает электронный контакт с поверхностями электродов, не делая отверстий в электродах.

Локальное состояние заряда на поверхности электродных частиц в литий-ионном аккумуляторе после 0,01 секунды саморазряда. Из-за внутреннего короткого замыкания происходит обеднение отрицательного электрода (внизу) и накопление в положительном электроде (вверху).

Затем мы наносим температуру через поперечное сечение батареи (показано на рисунке ниже). Повышенная плотность тока из-за короткого замыкания вызывает более интенсивный резистивный нагрев, что повышает температуру нити накала почти до 60°С. Растворители аккумуляторов летучи, поэтому, если температура становится слишком высокой, аккумулятор может герметизироваться и взорваться. За этим может последовать взрыв, так как растворитель также легко воспламеняется. Однако температура кипения растворителя батареи EC:DMC превышает 100°C, поэтому мы можем ожидать, что батарея будет безопасна в отношении внутреннего повышения давления в этих условиях.

Температура в поперечном сечении литий-ионной батареи при внутреннем коротком замыкании. Температура повышается вблизи литиевой нити, где протекает ток короткого замыкания.

На графике ниже показаны температурные переходные процессы для максимальной температуры батареи для двух размеров литиевой нити накала. В обоих случаях пиковая температура быстро достигает асимптотического значения из-за рассеивания избыточного тепла через токосъемники. При наличии более крупного литиевого включения максимальная температура несколько выше. Это связано с тем, что нить накала большего размера допускает большую величину тока короткого замыкания и, следовательно, повышенную температуру, учитывая рассеяние через такое же количество окружающего материала электрода.

Максимальная температура батареи за 0,1 секунды саморазряда при коротких замыканиях через литиевые нити 1 мкм и 5 мкм.

Возгорание литий-ионных аккумуляторов из-за короткого замыкания и теплового выхода из строя представляет серьезную угрозу безопасности при транспортировке и использовании обычных накопителей энергии. Моделирование сценария короткого замыкания позволяет нам создавать подробные конструкции аккумуляторов, чтобы свести к минимуму эти риски. Объединив подробную электрохимическую модель с анализом теплопередачи в COMSOL Multiphysics, мы можем исследовать процесс короткого замыкания и лучше понять характеристики батареи, чтобы предотвратить отказ и оптимизировать безопасность устройства.