Короткое замыкание (иногда сокращенно короткое замыкание или короткое замыкание ) — это электрическая цепь , которая позволяет току перемещаться по непредусмотренному пути с нулевым или очень низким электрическим сопротивлением . Это приводит к тому, что через цепь протекает чрезмерный ток. Противоположностью короткого замыкания является разомкнутая цепь , представляющая собой бесконечное сопротивление (или очень высокое сопротивление ) между двумя узлами.
Короткое замыкание – это ненормальное соединение между двумя узлами электрической цепи, находящимися под разным напряжением. В результате электрический ток ограничивается только эквивалентным сопротивлением Тевенена остальной части сети, что может привести к повреждению цепи, перегреву , возгоранию или взрыву . Хотя обычно короткое замыкание происходит в результате неисправности , бывают случаи, когда короткое замыкание вызывается намеренно, например, с целью защиты от замыкания на лом , чувствительного к напряжению .
В анализе цепей короткое замыкание определяется как соединение между двумя узлами, которое заставляет их находиться под одинаковым напряжением. В «идеальном» коротком замыкании это означает отсутствие сопротивления и, следовательно, отсутствие падения напряжения на соединении. В реальных цепях результатом является соединение практически без сопротивления. В таком случае ток ограничивается только сопротивлением остальной части цепи.
Распространенный тип короткого замыкания возникает, когда положительная и отрицательная клеммы батареи соединены проводником с низким сопротивлением , например проводом . При низком сопротивлении в соединении будет протекать большой ток , вызывающий выдачу большого количества энергии за короткий промежуток времени.
Сильный ток, протекающий через батарею, может вызвать быстрое повышение температуры, что потенциально может привести к взрыву с выбросом газообразного водорода и электролита ( кислоты или основания ), что может привести к ожогу тканей и вызвать слепоту или даже смерть. Перегруженные провода также перегреются , что приведет к повреждению изоляции провода или возникновению пожара.
В электрических устройствах непреднамеренные короткие замыкания обычно возникают, когда нарушается изоляция провода или когда вводится другой проводящий материал, что позволяет заряду течь по другому пути, чем предполагалось.
В сетевых цепях короткое замыкание может произойти между двумя фазами , между фазой и нейтралью или между фазой и землей . Такие короткие замыкания могут привести к очень высокому току и, следовательно, быстро вызвать срабатывание устройства защиты от перегрузки по току. Однако возможно возникновение коротких замыканий между нейтральным и заземляющим проводниками, а также между двумя проводниками одной фазы. Такие короткие замыкания могут быть опасными, особенно потому, что они не могут сразу же привести к большому току и, следовательно, с меньшей вероятностью будут обнаружены. Возможные последствия включают неожиданное включение напряжения в цепь, предположительно изолированную. Чтобы уменьшить негативные последствия коротких замыканий, силовые распределительные трансформаторы специально проектируются так, чтобы иметь определенное реактивное сопротивление рассеяния . Реактивное сопротивление утечки (обычно около 5–10 % полного сопротивления нагрузки) помогает ограничить как величину, так и скорость нарастания тока повреждения.
Короткое замыкание может привести к образованию электрической дуги . Дуга, канал горячей ионизированной плазмы , обладает высокой проводимостью и может сохраняться даже после испарения значительного количества исходного материала из проводников. Эрозия поверхности является типичным признаком повреждения электрической дугой. Даже короткие дуги могут удалить значительное количество материала с электродов. Температура образующейся электрической дуги очень высока (десятки тысяч градусов), в результате чего металл на контактных поверхностях плавится, скапливается и мигрирует вместе с током, а также улетучивается в воздух в виде мелких частиц. [1]
Ток короткого замыкания может за миллисекунды превысить нормальный рабочий ток системы в тысячи раз. [2] Повреждения от коротких замыканий можно уменьшить или предотвратить, используя предохранители , автоматические выключатели или другие средства защиты от перегрузки , которые отключают питание в ответ на чрезмерный ток. Защита от перегрузки должна выбираться в соответствии с номинальным током цепи. Цепи крупной бытовой техники требуют защитных устройств, рассчитанных на более высокие токи, чем цепи освещения. Сечения проводов , указанные в строительных и электротехнических нормах , выбираются для обеспечения безопасной эксплуатации в сочетании с защитой от перегрузки. Устройство защиты от перегрузки по току должно быть рассчитано на безопасное прерывание максимального предполагаемого тока короткого замыкания .
При неправильном монтаже сверхток от короткого замыкания может вызвать омический нагрев частей схемы с плохой проводимостью (неправильные соединения проводки, неисправные контакты в розетках или даже место самого короткого замыкания). Такой перегрев является частой причиной пожаров . Электрическая дуга, если она образуется при коротком замыкании, выделяет большое количество тепла, а также может вызвать воспламенение горючих веществ.
В промышленных и коммунальных распределительных системах динамические силы, создаваемые высокими токами короткого замыкания, вызывают расхождение проводников. Шины, кабели и оборудование могут быть повреждены силами, возникающими при коротком замыкании.
В электронике считается , что идеальная модель (бесконечное усиление ) операционного усилителя создает виртуальное короткое замыкание между его входными клеммами, поскольку независимо от выходного напряжения разность потенциалов между его входными клеммами равна нулю. Если одна из входных клемм подключена к земле, то говорят, что другая обеспечивает виртуальную землю , поскольку ее потенциал (в идеале) идентичен потенциалу земли. [3] [4] Идеальный операционный усилитель также имеет бесконечное входное сопротивление , поэтому, в отличие от реального короткого замыкания, ток между клеммами виртуального короткого замыкания не течет. [5]
