Вход в личный кабинет

26/01/2020

Что такое короткое замыкание?


Создайте свой собственный эксперимент по короткому замыканию с аккумулятором и длиной проводящего провода.

короткое замыкание

В жилой проводке термин короткое замыкание можно определить как любую ситуацию, в которой ток в установленной проводке цепи вместо этого отклоняется в неожиданный путь, который не имеет сопротивления. По сути, это ситуация, при которой электрический ток «протекает» за пределы установленной проводки и протекает там, где он не предназначен. Термин «короткое замыкание» на самом деле довольно точный, потому что этот непреднамеренный, случайный путь действительно является схемой, которая «короче», чем стандартная цепь - поток тока обходит провода цепи, чтобы установить более короткий путь к конечному пункту назначения.

По этому определению замыкание на землю технически можно рассматривать как один тип короткого замыкания, при котором ток в горячем проводе находит более короткий путь к земле. Однако в мире бытовой электропроводки термин короткое замыкание обычно используется для описания ситуации, когда горячий провод непосредственно касается нейтрального провода.

Замыкание на землю происходит в жилых цепях, когда горячий провод соприкасается с заземляющим проводом или заземленным элементом, таким как металлическая коробка, и электричество немедленно поступает на землю. Огромное количество тока течет во время замыкания на землю - достаточно, чтобы вызвать поражение электрическим током и возгорание. Опасность поражения электрическим током возникает, если человек соприкасается с той земной дорожкой, по которой течет ток.Короткое замыкание возникает , когда горячий провод контактирует с нейтральной проволокой без прохождения через резистивную нагрузку. Огромное количество тока также течет во время короткого замыкания, и оно может генерировать достаточно тепла, чтобы вызвать пожар, но это редко вызывает поражение электрическим током. Причина этого заключается в том, что ток остается внутри электрической цепи и не вытекает, как это происходит при замыкании на землю. Однако это не значит, что короткое замыкание не может привести к травмам.

Эксперимент по короткому замыканию
Вы можете продемонстрировать короткое замыкание для себя с 6-вольтовой батареей, коротким отрезком электрического провода 12-го калибра и парой изолированных плоскогубцев. Согните провод в U-образной форме, чтобы он мог одновременно касаться обеих клемм аккумулятора . Держите провод плоскогубцами и касайтесь клемм. В зависимости от состояния батареи, вы, вероятно, увидите искрение, а когда вы отсоедините провод, вы заметите, что он и батарея горячие. ( Примечание . Не проводите этот эксперимент с батареей большего размера, например, с 12-вольтовым автомобильным аккумулятором, поскольку она может быть повреждена.)

Вы создали короткое замыкание, обеспечив путь с низким сопротивлением для электрического тока, проходящего непосредственно между клеммами аккумулятора. Постоянный ток генерировал резистивное тепло в проводе, и если бы то же самое происходило в вашей 220-вольтной электрической цепи переменного тока, тепла, вероятно, было бы достаточно, чтобы расплавить изоляцию провода. Это опасно, но не так опасно, как электрическое искрение, которое могло бы произойти между проводами.

гроза

Искрение от короткого замыкания имеет много общего с молнией «от облака к облаку».
Наибольшую опасность, связанную с короткими замыканиями, представляет электрическое искрение, которое возникает, когда проводники фактически не соприкасаются, но находятся достаточно близко, чтобы позволить электричеству перепрыгнуть через воздушный зазор, разделяющий их. Получающиеся искры в основном являются молнией, и подобно молнии они могут нагревать воздух до смехотворно высоких температур, сравнимых с температурой на поверхности солнца. Они могут испарять металл, поэтому любой, кто находится рядом с дуговой вспышкой, может быть серьезно ранен или убит.

Как происходит короткое замыкание
Горячий провод в жилых цепях переносит электрический заряд от источника питания, а нейтральный провод переносит заряд обратно к источнику. Электричество в горячем проводе постоянно стремится вернуться к источнику или заземлению, следуя маршруту, установленному проводами горячего и нейтрального контура и любыми лампами, осветительными приборами или приборами, подключенными к этой цепи. Пока этот ток ограничен проводами, защищенными изоляцией, никаких проблем не возникает. Электричество эффективно приручено проводкой, которая обеспечивает сопротивление неконтролируемому потоку электричества.

Каждое электрическое устройство требует электричества для выполнения работы, и эта работа включает в себя электрическое сопротивление, которое ограничивает ток. Но если горячий провод касается нейтрального провода, не проходя через нагрузку, сопротивление внезапно становится очень низким, и это делает ток очень высоким.
Техническое примечание. Поскольку напряжение (V) в жилом контуре составляет 120 вольт, ток (I) и сопротивление (R) имеют обратную зависимость в соответствии с законом Ома, V = IR.

Этот внезапный беспрепятственный поток от горячего провода к нейтральному пути, прерываемый отсутствием сопротивления нагрузки, является тем, что известно как короткое замыкание. Ситуация короткого замыкания может возникнуть по многим причинам.
Изоляция, разделяющая горячие и нейтральные провода, может изнашиваться от старения, что позволяет контактам соприкасаться.Плохо подключенный горячий или нейтральный провод может отсоединиться от осветительного прибора или розетки и коснуться другого.На мокрой вилке электричество может перемещаться от одного зубца к другому через воду.Электрический провод может пострадать, что подвергает его воздействию и позволяет горячему дотронуться до нейтрального.Внутренняя проводка прибора может быть неисправна, что может привести к соприкосновению внутреннего горячего провода и нейтрального провода. Если вы подключите лампу или другое устройство и столкнетесь с искрами или сработавшим автоматическим выключателем, в самом устройстве может произойти короткое замыкание.

дуга короткого замыкания

Дуга от короткого замыкания может расплавить вилки и розетки.
При коротком замыкании обычно возникают искры, потому что провода не находятся в постоянном контакте. Искры генерируют достаточно тепла, чтобы расплавить пластиковые устройства, такие как розетки, выключатели и штепсели, и воспламенить горючие материалы поблизости.

Устройства безопасности, которые предотвращают повреждение от коротких замыканий
В каждом доме есть панель автоматического выключателя, и автоматические выключатели предназначены для обнаружения аномально высокого тока и отключения питания, когда они это делают. Если цепь имеет короткое замыкание, автоматический выключатель отключится, и вы не сможете сбросить его, пока не найдете короткое замыкание и не исправите его. Розетка или автоматический выключатель GFCI (прерыватель тока замыкания на землю) в первую очередь предназначен для обнаружения аномалий тока, связанных с замыканиями на землю, но, как и все выключатели, он также отключается при возникновении короткого замыкания.

 

выключатель

Автоматические выключатели и розетки AFCI обнаруживают причину искрения при коротких замыканиях и отключают питание.
Ни одно из этих устройств не так чувствительно к короткому замыканию, как розетка AFCI (прерыватель тока дуги) или автоматический выключатель. Искрение от короткого замыкания обычно прерывисто, и GFCI или обычный автоматический выключатель могут пропустить его. AFCI, однако, предназначен для обнаружения конкретной аномалии сигнала, вызванной искрением, и он отключится, как только это произойдет. По этой причине для электрического кодекса все чаще требуются торговые точки AFCI в стратегически важных местах в жилых домах и коммерческих учреждениях. Многие производители теперь предлагают комбинированные розетки GFCI / AFCI и автоматические выключатели.

Электрическое искрение не всегда плохо
Если вы можете контролировать тепло, выделяемое во время вспышки дуги, вы можете использовать его для различных целей. Это принцип дуговой и контактной сварки .
В базовой схеме дуговой сварки подлежащий сварке металл - заготовка - соединяется проволокой с источником питания, к которому также присоединен сварочный стержень. Когда сварщик перемещает стержень достаточно близко к работе, возникает короткое замыкание, которое вызывает образование электрической дуги между стержнем и работой. Это создает температуры в диапазоне 6500 градусов по Фаренгейту, которые достаточно горячие, чтобы расплавить металл, чтобы он мог расплавиться с другим куском металла, который также находится в пределах дуги.

электросварщики

Сварщики используют тепло от электрической дуги для плавления металла.
Электрическая дуга использовалась в самых ранних лампочках, пока ее не заменили светящиеся нити. Это все еще используется в некоторых современных лампах накаливания, когда требуется особенно яркий источник света, или источник, который близко приближает свет от солнца. Цвет дуги зависит от материалов электрода, поэтому исследователи могут проанализировать спектр дуги, созданной парой электродов, для идентификации материалов в электродах.

Эти и другие применения показывают, что причиной возникновения электрической дуги при коротких замыканиях может быть опасность, но это не всегда плохо.