Кредит: ExploratoriumСтворіть власний експеримент із коротким замиканням із акумулятором та довжиною провідного проводу.У житловій електропроводці термін коротке замикання можна визначити як будь-яку ситуацію, коли струм у встановленому проводці ланцюга замість цього переводиться на несподіваний шлях, який не має опору. По суті це ситуація, коли електричний струм "протікає" за межами встановленої електропроводки і тече там, де він не призначений. Термін "коротке замикання" насправді досить точний, тому що цей ненавмисний, випадковий шлях дійсно є ланцюгом, який "коротший", ніж стандартний ланцюг - потік струму обходить дроти ланцюга, щоб встановити коротший шлях до його кінцевого пункту призначення.
За цим визначенням несправність заземлення технічно можна розглядати як один тип короткого замикання, такий, в якому струм у гарячому проводі знаходить коротший шлях до заземлення. Однак у світі електромонтажників електропроводки термін коротке замикання зазвичай зарезервований для опису ситуації, коли гарячий провід безпосередньо торкається нейтральний дріт.
- А замикання на землю виникає в житлових схемах, коли гарячий провід контактує із заземленим дротом або заземленим елементом, таким як металевий ящик, і електрика потім негайно надходить на землю. Величезна кількість струму, що протікає під час поломки землі, є достатньою для спричинення електричного струму та пожеж. Небезпека електричного струму виникає, якщо людина контактує з тією земною доріжкою, через яку протікає струм.
- А коротке замикання виникає, коли гарячий провід контактує з нейтральний дріт без проходження через резистивний вантаж. Величезна кількість струму також протікає під час короткого замикання, і він може генерувати достатню кількість тепла для початку пожежі, але це рідко спричиняє електричний струм. Причиною цього є те, що струм залишається в електричному ланцюзі і не протікає, як це відбувається при виникненні несправності заземлення. Однак це не означає, що короткий не може спричинити травми.
Експеримент із коротким замиканням
Ви можете продемонструвати собі коротке замикання за допомогою 6-вольтового акумулятора, короткої довжини електричного дроту 12 калібру та пари ізольованих плоскогубців. Зігніть провід у формі U, що дозволяє йому торкатися обох клем акумулятора одночасно. Тримайте дріт за допомогою плоскогубців і торкайтесь клем. Залежно від стану акумулятора, ймовірно, ви побачите іскри, і коли ви виймете дріт, ви помітите, що і він, і акумулятор гарячі. (Примітка: Не робіть цього експерименту з більшим акумулятором, наприклад, 12-вольтовим акумулятором, оскільки він може бути пошкоджений.)
Ви створили коротке замикання, забезпечивши шлях низького опору, щоб електроенергія надходила безпосередньо між клемами акумулятора. Струм постійного струму генерував резистивне тепло в проводі, і якби те ж саме трапилось у вашій домашній схемі змінного струму на 120 вольт, тепла, ймовірно, вистачило б для розплавлення ізоляції дроту. Це небезпечно, але не так небезпечно, як електричне напруження, яке могло б статися між проводами.
Кредит: Shedu / iStock / GettyImagesДоступ від короткого замикання має багато спільного з блискавкою в хмару.Найбільша небезпека, пов’язана з короткими замиканнями електрична дуга, що виникає, коли провідники насправді не торкаються, але є досить близькими, щоб електрика могла перестрибувати повітряний проміжок, що їх розділяє. Отримані в результаті іскри - це блискавки, і, як блискавка, вони можуть нагрівати повітря до смішно високих температур, порівнянних з температурами на поверхні сонця. Вони можуть випаровувати метал, тому кожен, хто наближається до спалаху дуги, може бути серйозно поранений або вбитий.
Як виникає коротке замикання
Гарячий провід в житлових схемах несе електричний заряд від джерела живлення, а нейтральний провід переносить заряд назад до джерела. Електрична енергія в гарячому проводі постійно прагне повернутися до джерела або заземлити, слідуючи маршруту, встановленому дротами гарячого та нейтрального контуру та будь-якими лампами, світильниками або приладами, підключеними до цього контуру. Поки цей струм обмежений проводами, захищеними ізоляцією, проблем не існує. Електроенергія ефективно приручається електропроводкою, яка надає опір неконтрольованому потоку електроенергії.
Кожен електричний пристрій вимагає електроенергії, щоб виконувати роботу, і ця робота передбачає електричний опір, який обмежує поточний струм. Але якщо гарячий провід торкається нейтрального проводу, не проходячи через навантаження, опір раптом стає дуже низьким, а це робить потік струму дуже високим.
- Технічна примітка: Оскільки напруга (V) в житловому ланцюзі є постійною 120 вольт, струм (I) і опір (R) мають зворотну залежність згідно із Законом Ома, V = ІЧ.
Цей раптовий безперешкодний потік від гарячого проводу до нейтрального шляху, перерваний відсутністю опору навантаження, є тим, що відомо коротким замиканням. Ситуація в короткому замиканні може виникнути з багатьох причин:
- Ізоляція, що розділяє гарячий та нейтральний провід, може бути зношеною з віком, що дозволяє дротам налагоджувати контакт.
- Погано підключений гарячий або нейтральний провід може вийти зі світильника або розетки і торкатися іншого.
- На мокрій штепсельній мережі електрика може переходити від одного зубця до іншого через воду.
- Електричний провід може зазнати пошкоджень, які піддають провід та дозволяють гарячому торкнутися нейтрального.
- Внутрішня електропроводка пристрою може бути несправною, що дозволяє торкатися внутрішнього гарячого і нейтрального проводу. Якщо ви підключите лампу чи інший прилад і зіткнетеся з іскрами або вимкненим автоматичним вимикачем, у самого пристрою може виникнути нестача.
Кредит: itsarasak thithuekthak / iStock / GettyImagesЗабезпечення від короткого замикання може розплавити пробки та розетки.Зазвичай виникають іскри, коли виникає короткий, тому що дроти не знаходяться в постійному контакті. Іскри генерують достатню кількість тепла для розплавлення пластикових пристроїв, таких як розетки, вимикачі та пробки, і для запалювання легкозаймистих матеріалів поблизу.
Пристрої безпеки, що запобігають пошкодженню коротких замикань
У кожному будинку є панель автоматичних вимикачів, а вимикачі призначені для виявлення аномально високого потоку струму та відключення живлення, коли вони є. Якщо ланцюг короткий, вимикач відключиться, і ви не зможете скинути його, поки не знайдете короткий і не виправите його. Розетка або автоматичний вимикач GFCI (переривник струму замикання на землю) насамперед призначений для виявлення аномалій струму, пов'язаних з несправностями заземлення, але він, як і всі вимикачі, також відключається при виникненні короткого замикання.
Кредит: Вимикачі та розетки Elite AnalysisAFCI виявляють причину спрацьовування за допомогою короткого замикання та вбивають потужність.Жоден із цих пристроїв не є настільки чутливим до короткого замикання, як розетка AFCI (переривник струму дуги) або вимикач. Дуже коротке замикання зазвичай є переривчастим, і GFCI або звичайний вимикач може пропустити його. Однак AFCI призначений для виявлення конкретної аномалії сигналу, викликаної дугою, і вона вимикається, як тільки це відбудеться. З цієї причини електричний код все частіше вимагає розеток AFCI в стратегічних місцях в будинках та комерційних установах. Зараз багато виробників пропонують комбіновані розетки та автоматичні вимикачі GFCI / AFCI.
Електрична стрілянина не завжди погана
Якщо ви можете керувати теплом, що утворюється під час спалаху дуги, ви можете використовувати його для різних цілей. Це принцип дугового і опорного зварювання.
У базовій схемі дугового зварювання метал, який зварюється - робота - з'єднаний дротом до джерела живлення, до якого також підключений зварювальний стрижень. Коли зварювальник переміщує стрижень досить близько до роботи, виникає коротке замикання, яке спричиняє електричну дугу між стрижнем і роботою. Це створює температуру в діапазоні 6500 градусів за Фаренгейтом, які є досить гарячими, щоб розплавити метал, щоб він міг сплавитись на інший шматок металу, який також знаходиться в межах дуги.
Кредит: EXTREME-PHOTOGRAPHER / iStock / GettyImagesЗварювачі використовують тепло від електричної дуги для сплавлення металу.Електрична дуга використовувалася в самих ранніх лампочках, поки її не замінили світяться нитки. Він все ще використовується в деяких сучасних лампах розжарювання, коли потрібне особливо яскраве джерело світла, або таке, яке близько наближає світло від сонця. Колір дуги залежить від матеріалів електродів, тому дослідники можуть проаналізувати спектр дуги, створеної парою електродів для ідентифікації матеріалів в електродах.
Ці та інші програми показують, що причиною короткого замикання можуть стати електричні напруги, але це не завжди погано.
