Nehmen wir an, ich habe eine einphasige Stromversorgung mit 100 V und 10 Ampere an meiner Steckdose. Wenn ich ein Element mit sehr niedrigem Widerstand (z. B. 0,1 Ohm) anschließen würde, könnte ich nach dem Ohmschen Gesetz sagen, dass der Widerstand V / R = 100 / 0,1 = 1000 Ampere zieht. Das ist, was einige Leute um mich herum sagen, passiert. Ich denke jedoch, dass der Strom auf 10 Ampere begrenzt ist und nicht darüber hinausgehen kann, da er sonst wie folgt gegen das Energieerhaltungsgesetz verstößt.
Die elektrische Energieversorgung beträgt 100 V × 10 Ampere = 1000 W. Wenn der Widerstand einen Strom von 1000 Ampere ziehen würde, wäre die Wärmeabgabe I^2×R = 1000^2×0,1 = 100000 W = 100 kW, also nicht ganz möglich. Der tatsächlich gezogene Strom sollte also 10 Ampere betragen, und die vom Widerstand abgegebene Wärme beträgt 10 ^ 2 × 0,1 = 10 W. Daher führt der Widerstand tatsächlich nur einen Bruchteil der verfügbaren Leistung ab.
Alle Erklärungen oder Klarstellungen werden geschätzt.
Dies ist eine gute Gelegenheit für ein bisschen Experimentieren!
Ich wähle eine Doppelsteckdose in meinem Haus, stecke meine Multimetersonden in eine der Steckdosen und stecke einen 2200-W-Wasserkocher in die andere.
Wasserkocher aus: 232,3 V AC RMS
Wasserkocher an: 227,4 V AC RMS
Das Heizelement des Wasserkochers ist ein Widerstand, etwa 24 Ohm.
Die Netzimpedanz und das Heizelement bilden einen Spannungsteiler , sodass ich die "Ausgangsimpedanz" dieser Hauptsteckdose berechnen kann. Bei einem Strom von etwa 9,6 Ampere fällt die Spannung um 4,9 V ab, sodass diese Steckdose eine Impedanz von etwa 0,5 Ohm hat. Das ist eine Annäherung, aber es ist gut genug.
In diesem Fall beträgt die vom Wasserkocher verbrauchte Leistung RI^2 = 2211 W (mit R = 24 Ohm). Die Verwendung der gleichen Formel mit R = 0,5 Ohm ergibt eine Obergrenze von 46 W für die im Stromnetz verlorene Leistung. Die tatsächlichen Verluste sind geringer, da die von mir an meiner Steckdose gemessene Impedanz nicht rein ohmsch ist, sondern eine induktive Komponente enthält, aber eine einfache Multimetermessung nicht zwischen ohmscher und induktiver Impedanz unterscheidet.
Ich werde von nun an so tun, als ob die Quellenimpedanz 0,5 Ohm ohmsch ist, und die Induktivität vergessen.
Wenn eine sehr niedrige Impedanz an die Buchse angeschlossen wäre, wie die 0,1 Ohm in Ihrer Frage, wäre sie immer noch in Reihe mit der Quellenimpedanz von 0,5 Ohm, sodass sie höchstens 230/0,6 = 383 Ampere ziehen würde.
Da dies ein Spannungsteiler mit 0,5 Ohm Quellenimpedanz oben und 0,1 Ohm unten ist, würden 230 * 0,1 / (0,1 + 0,5) = 38,3 V über den 0,1-Ohm-Widerstand (Verlustleistung 14,7 kW) und den Rest von Die Spannung bis zu 230 V würde durch Verluste im Stromnetz verursacht.
(230V-38,3V) * 383A = 73,5 kW würden im Stromnetz verloren gehen.
Die Antwort auf Ihre Frage lautet also: Sie haben vergessen, den durch den Strom in den Drähten verursachten Spannungsabfall zu berücksichtigen, und haben daher den falschen Strom erhalten.
Der 0,1-Ohm-Widerstand verbraucht jedoch immer noch eine RIESIGE Menge an Leistung, und die Drähte werden es auch tun.
Was die gesetzliche Strombegrenzung für Steckdosen bestimmt, ist die maximale Nenntemperatur der Isolierung. Betrachten Sie einen 1,5-mm2-Draht (ca. 15-16 AWG). In Frankreich sind diese für 16 A ausgelegt, wenn sie mit einem genauen Leistungsschalter verwendet werden, 10 A, wenn sie mit Sicherungen verwendet werden. Ein solcher Draht kann viel mehr Strom führen, wenn er luftgekühlt wird, beispielsweise durch einen Lüfter. Aber innerhalb einer Wand, die von einer Wärmedämmung umgeben ist, kann Wärme nirgendwo hingehen, und die PVC-Dämmung schmilzt bei einer ziemlich niedrigen Temperatur. Die Nennwerte sind also eher konservativ ... aber Drähte haben eine gewisse thermische Masse, sodass ein enormer Überstrom, der einige zehn Millisekunden dauert, die Dinge nicht zum Schmelzen bringt, zumindest nicht zu viel. Es könnte jedoch Schalter in einem dauerhaft geschlossenen Zustand punktschweißen und andere Nebenwirkungen haben.
Was die tatsächliche Stromgrenze bestimmt, ist die Quellenimpedanz, der Leitungswiderstand, die Ausgangsimpedanz des Transformators auf der Straße usw. Berücksichtigen Sie bei der Verwendung von Batterien auch deren Innenimpedanz.
Für minimale Verluste möchten Sie, dass diese Quellenimpedanz niedrig ist, sodass die tatsächliche Stromgrenze viel höher ist als die gesetzliche, sichere Nennleistung. In diesem Fall sind 380 Ampere etwa das 24-fache der Auslösestromspezifikation für einen 16-A-Leistungsschalter, und laut Datenblatt schaltet er bei diesem Strom die Stromversorgung in etwa 8 Millisekunden ab. Das ist ziemlich schnell, aber immer noch genug, um die Spitze einer Schraubendreherklinge zu verdampfen. Es macht auch einen schönen Knall. Tragen Sie bei Arbeiten an Netzspannung eine Schutzbrille.
Wenn Sie also kein Tischnetzteil oder ein anderes Netzteil verwenden, das den Strom bei Bedarf sicher begrenzt, ohne Strom zu verschwenden, wenn dies nicht der Fall ist, schreibt die Notwendigkeit der Effizienz (drähte mit niedrigem Widerstand) vor, dass die tatsächliche Stromgrenze immer viel höher ist als die sichere aktuelle "Grenze". Ersteres wird durch die Physik erzwungen (dh was auch immer zuerst explodiert oder schmilzt, öffnet den Stromkreis) und letzteres wird durch Leistungsschalter, Sicherungen und andere Sicherheitsvorrichtungen erzwungen.
Nehmen wir an, ich habe eine einphasige Stromversorgung mit 100 V und 10 Ampere.
Wir wissen aus Ihrer Beschreibung nicht, was passieren wird, wenn Sie 10 A überschreiten. Wenn es abgesichert oder mit einem Leistungsschalter ausgestattet ist, wird es bei einem bestimmten Strom und einer bestimmten Zeit durchbrennen oder auslösen. (Details finden Sie in den Datenblättern.) Wenn es einen Strombegrenzungsregler hat, wird der Strom auf 10 A begrenzt, indem die Ausgangsspannung verringert wird.
Wenn ich ein Element mit sehr niedrigem Widerstand anschließen würde (z. B. 0,1 Ampere) [ich glaube, Sie meinen Ohm], könnte ich nach dem Ohmschen Gesetz sagen, dass der Widerstand V / R = 100 / 0,1 = 1000 Ampere zieht.
Deine Rechnung ist richtig.
Das ist, was einige Leute um mich herum sagen, passiert. Ich denke jedoch, dass der Strom auf 10 Ampere begrenzt ist und nicht darüber hinausgehen kann, da er sonst wie folgt gegen das Energieerhaltungsgesetz verstößt ...
Wenn der Strom direkt aus dem nationalen Netz kommt, wird der Strom nur durch den Widerstand der gesamten Verkabelung von den verschiedenen Generatoren zur Last begrenzt. Da es sich um einen 10-A-Stromkreis handelt, ist es unwahrscheinlich, dass er mit einem dicken Draht verdrahtet wird, sodass ein gewisser Serienwiderstand vorhanden ist - beispielsweise 1 Ω. Das allein würde den maximalen Strom auf 100 A begrenzen.
Wenn der Strom beispielsweise von einer 100-V-Batteriebank kommt, hat auch diese einen gewissen Innenwiderstand, aber dieser kann ziemlich niedrig sein, und es können sehr große Ströme fließen und beängstigende und gefährliche Energiemengen entladen.
Kommentare:
Ich hatte den Eindruck, dass der aus einem Netz gelieferte Strom eine Nennspannung und einen Stromwert hat. Also habe ich gesagt, ob der an meine Steckdose gelieferte Strom für 100 V und 10 Ampere ausgelegt ist.
Die Stromgrenze wird durch Konstruktion und örtliche Vorschriften bestimmt. Im Folgenden sind einige der Faktoren aufgeführt:
All das bestimmt die Wertung. Die Sicherung oder der Leistungsschalter werden hinzugefügt, um sicherzustellen, dass die Konstruktionsspezifikation nicht überschritten wird, aber es dauert einige Zeit, bis sie auslösen. In der Zwischenzeit können relativ große Ströme fließen.
Ist der maximale Strom, den ein Widerstand ziehen kann, durch den maximal verfügbaren Strom (Nennstrom) in der Stromversorgung begrenzt?
Die Nennstromstärke der meisten Netzteile ist kein Versprechen, nicht mehr als so viel Strom zu liefern. Es ist eine Anforderung für den Benutzer, nicht zu versuchen, mehr Strom zu ziehen.
Abhängig von der Konstruktion des Netzteils kann das Verhalten sein, wenn Sie mehr Strom als die Nennleistung ziehen
Normal arbeiten und mehr als den Nennstrom liefern (dies würde nur bei einer kleinen Überstromlast passieren)
Schmelzen Sie eine Sicherung durch oder lösen Sie einen Leistungsschalter aus
Überhitzen und die Lebensdauer verringern
Versagen Sie auf andere Weise und beschädigen Sie die Quelle dauerhaft
Überhitzen Sie und fangen Sie Feuer, riskieren Sie Leben und Eigentum um ihn herum
Ausgangsspannung und -strom stark reduzieren. Um dieses Verhalten zu erhalten, kaufen Sie eine Quelle mit einer Foldback- Schaltung.
Reduzieren Sie die Ausgangsspannung, um den Ausgangsstrom auf dem angegebenen Grenzwert zu halten. Dies ist, was Ihre Frage impliziert, das normale Verhalten, aber es ist tatsächlich sehr ungewöhnlich. Wenn Sie dieses Verhalten benötigen, müssen Sie eine Quelle finden, die es speziell als Funktion anbietet, die als Strombegrenzung bezeichnet werden könnte .
Wenn der Widerstand einen Strom von 1000 Ampere ziehen würde, wäre die Wärmeabgabe I^2×R = 1000^2×0,1 = 100000 W = 100 kW, was nicht ganz möglich ist.
Warum nicht. Machen Sie einfach Ihren Widerstand sehr groß, und Sie sollten in der Lage sein, 100 kW einfach abzuleiten. Sie können bei Bedarf Zwangsluft-, Wasser- oder Ölkühlung verwenden. Aber es gibt keinen theoretischen Grund, warum ein Widerstand nicht 100 kW abführen kann.
Transistor
Sine Nomine
Hilmar