Короткое замыкание (иногда сокращенно короткое замыкание или s/c ) — это электрическая цепь , которая позволяет току проходить по непреднамеренному пути с нулевым или очень низким электрическим сопротивлением . Это приводит к чрезмерному току, протекающему через цепь. Противоположностью короткого замыкания является разомкнутая цепь , которая представляет собой бесконечное сопротивление (или очень высокое сопротивление ) между двумя узлами.
Короткое замыкание — это ненормальное соединение между двумя узлами электрической цепи, предназначенными для разных напряжений. Это приводит к электрическому току, ограниченному только эквивалентным сопротивлением Тевенина остальной части сети, что может привести к повреждению цепи, перегреву , пожару или взрыву . Хотя обычно это происходит в результате неисправности , существуют случаи, когда короткие замыкания вызываются намеренно, например, для защиты цепи с помощью шурупов, чувствительных 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, что нет сопротивления и, следовательно, нет падения напряжения на соединении. В реальных цепях результатом является соединение практически без сопротивления. В таком случае ток ограничен только сопротивлением остальной части цепи.
Обычный тип короткого замыкания происходит, когда положительные и отрицательные клеммы батареи или конденсатора соединены проводником с низким сопротивлением , например, проводом . При низком сопротивлении в соединении будет протекать большой ток , что приведет к подаче большого количества энергии за короткий промежуток времени.
Высокий ток, протекающий через аккумулятор, может вызвать быстрое повышение температуры, что может привести к взрыву с выделением водорода и электролита ( кислоты или основания ), что может привести к ожогам тканей и вызвать слепоту или даже смерть. Перегруженные провода также будут перегреваться, что приведет к повреждению изоляции провода или возникновению пожара.
В электрических устройствах непреднамеренные короткие замыкания обычно возникают при повреждении изоляции провода или при появлении другого проводящего материала, что позволяет заряду течь не по тому пути, по которому предполагалось.
В цепях электропитания короткие замыкания могут возникать между двумя фазами , между фазой и нейтралью или между фазой и землей (заземлением). Такие короткие замыкания, скорее всего, приведут к очень высокому току и, следовательно, быстро вызовут срабатывание устройства защиты от перегрузки по току. Однако короткие замыкания могут возникать между нейтралью и заземляющими проводниками, а также между двумя проводниками одной и той же фазы. Такие короткие замыкания могут быть опасны, особенно потому, что они могут не сразу привести к большому току и, следовательно, с меньшей вероятностью будут обнаружены. Возможные последствия включают неожиданное включение цепи, которая предположительно изолирована. Чтобы помочь уменьшить негативные последствия коротких замыканий, силовые распределительные трансформаторы намеренно проектируются с определенным значением реактивного сопротивления утечки . Реактивное сопротивление утечки (обычно около 5–10 % от полного сопротивления нагрузки) помогает ограничить как величину, так и скорость нарастания тока короткого замыкания .
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 с током, а также улетучивается в воздух в виде мелких частиц. [1]
Ток короткого замыкания может в течение миллисекунд быть в тысячи раз больше нормального рабочего тока системы. [2] Ущерб от короткого замыкания 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 для крупных бытовых приборов требуют защитных устройств, установленных или рассчитанных на более высокие токи, чем цепи освещения. Сечения проводов , указанные в строительных и электрических нормах, выбираются для обеспечения безопасной работы в сочетании с защитой от перегрузки. Устройство защиты от перегрузки по току должно быть рассчитано на безопасное прерывание максимального предполагаемого тока короткого замыкания .
При неправильной установке перегрузка по току от короткого замыкания может вызвать омический нагрев частей цепи с плохой проводимостью (неисправные соединения в проводке, неисправные контакты в розетках или даже само место короткого замыкания). Такой перегрев является частой причиной пожаров . Электрическая дуга, если она образуется во время короткого замыкания, выделяет большое количество тепла и может также вызвать возгорание горючих веществ.
В промышленных и коммунальных распределительных системах динамические силы, создаваемые высокими токами короткого замыкания, вызывают раздвижение проводников. Шины, кабели и аппаратура могут быть повреждены силами, создаваемыми при коротком замыкании.
В электронике идеальная модель (бесконечное усиление ) операционного усилителя , как говорят, создает виртуальное короткое замыкание между его входными клеммами, потому что независимо от выходного напряжения, разность потенциалов между его входными клеммами равна нулю. Если одна из входных клемм подключена к земле, то другая, как говорят, обеспечивает виртуальное заземление, потому что ее потенциал (в идеале) идентичен потенциалу земли. [3] [4] Идеальный операционный усилитель также имеет бесконечное входное сопротивление , поэтому в отличие от реального короткого замыкания, между клеммами виртуального короткого замыкания ток не течет. [5]
