Қысқа тұйықталу – электр тізбегіндегі кедергісіз ток өтетін қауіпті жағдай. Ток күші артып, құрылысқа зиян келтіруі, өртке немесе жарылысқа әкелуі мүмкін.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Төмен кедергіге ие электр тізбегі
Electrical circuit with negligible impedance
Қысқа тұйықталу (кейде қысқа немесе s/c деп қысқартылады) – токтың жоспарланбаған, кедергісі жоқ немесе өте төмен жолмен өтуіне мүмкіндік беретін электр тізбегі. Бұл тізбектен артық ток өтуіне себеп болады. Қысқа тұйықталудың қарама-қарсысы – ашық тізбек, яғни екі нүкте арасындағы шексіз кедергі (немесе өте жоғары импеданс).
A short circuit (sometimes abbreviated to short or s/c) is an electrical circuit that allows a current to travel along an unintended path with no or very low electrical impedance. This results in an excessive current flowing through the circuit. The opposite of a short circuit is an open circuit, which is an infinite resistance (or very high impedance) between two nodes.
Анықтама
Қысқа тұйықталу – әр түрлі кернеуде болуы тиіс электр тізбегінің екі нүктесі арасындағы қалыптан тыс қосылыс. Бұл тізбектегі қалған бөліктерінің Тевенин эквивалентті кедергісімен ғана шектелген электр тогын тудырады, бұл тізбектің зақымдануына, қызып кетуіне, өртке немесе жарылысқа әкелуі мүмкін. Көбінесе бұл ақаудың салдары болғанымен, кейде қысқа тұйықталу қасақана жасалады, мысалы, кернеуді сезетін қорғау тізбектері үшін. Тізбектерді талдауда қысқа тұйықталу – екі нүктенің бірдей кернеуде болуын қамтамасыз ететін қосылыс ретінде анықталады. "Идеалды" қысқа тұйықталуда кедергі болмайды, демек қосылыста кернеудің төмендеуі болмайды. Нақты тізбектерде нәтиже – дерлік кедергісі жоқ қосылыс. Мұндай жағдайда ток тек тізбектің қалған бөлігінің кедергісімен шектеледі.
A short circuit is an abnormal connection between two nodes of an electric circuit intended to be at different voltages. This results in an electric current limited only by the Thévenin equivalent resistance of the rest of the network which can cause circuit damage, overheating, fire or explosion. Although usually the result of a fault, there are cases where short circuits are caused intentionally, for example, for the purpose of voltage sensing crowbar circuit protectors. In circuit analysis, a short circuit is defined as a connection between two nodes that forces them to be at the same voltage. In an 'ideal' short circuit, this means there is no resistance and thus no voltage drop across the connection. In real circuits, the result is a connection with almost no resistance. In such a case, the current is limited only by the resistance of the rest of the circuit.
Мысалдар
Қысқа тұйықталудың жиі кездесетін түрі – батареяның оң және теріс терминалдары сым сияқты төмен кедергілі өткізгішпен қосылғанда пайда болады. Қосылымдағы кедергі төмен болса, жоғары ток ағып, қысқа мерзім ішінде көп мөлшерде энергия жеткізіледі. Батарея арқылы өтетін жоғары ток температураның күрт өсуіне алып келуі мүмкін, бұл жарылысқа, сутегі газы мен электролиттің (қышқыл немесе сілте) шығарылуына әкелуі мүмкін, ол тіндерді күйдіріп, соқырлыққа немесе тіпті өлімге ұшыратуы мүмкін. Артық жүктелген сымдар да қызып, сымның оқшаулағышын зақымдап, өртке себеп болуы мүмкін. Электр құрылғыларындағы қасақана емес қысқа тұйықталулар көбінесе сымның оқшаулағышының бұзылуынан немесе басқа өткізгіш материалдың енгізілуінен туындайды, бұл зарядтың жоспарланған жолдан өзгеше жолмен ағуына мүмкіндік береді. Желілік тізбектерде қысқа тұйықталу екі фазаның арасында, фаза мен нейтральдің арасында немесе фаза мен жердің (жерге қосылған) арасында болуы мүмкін. Мұндай қысқа тұйықталулар өте жоғары токқа әкелуі мүмкін, сондықтан артық токтан қорғау құрылысы тез жұмыс істейді. Дегенмен, нейтраль және жер өткізгіштері арасында, сондай-ақ бір фазадағы екі өткізгіш арасында қысқа тұйықталулар пайда болуы мүмкін. Мұндай қысқа тұйықталулар қауіпті болуы мүмкін, әсіресе олар бірден үлкен ток тудырмауы мүмкін болғандықтан, оларды анықтау қиын. Мүмкін болатын салдары – оқшауланған деп есептелген тізбектің күтпеген қосылуы. Қысқа тұйықталудың зиянды әсерлерін азайту үшін электр энергиясын тарату трансформаторлары белгілі бір деңгейде индуктивті кедергіге ие болу үшін арнайы жобаланады. Индуктивті кедергі (әдетте толық жүктеме кедергісінің 5-10% шамасында) ақау тогының шамасын және өсу жылдамдығын шектеуге көмектеседі. Қысқа тұйықталу электр доғасының пайда болуына әкелуі мүмкін. Доға – ыстық иондалған плазма арнасы, өте жақсы өткізгіш және өткізгіштерден бастапқы материалдың маңызды бөлігі буланғаннан кейін де сақталуы мүмкін. Электр доғасының зақымдануының ерекше белгісі – беттік эрозия. Тіпті қысқа доғалар да электродтардан маңызды мөлшерде материалды алып тастауы мүмкін. Пайда болған электр доғасының температурасы өте жоғары (ондаған мың градусқа жетеді), байланыс беттеріндегі металлдың еруіне, жиналуына және токпен бірге жылжуына, сондай-ақ ұсақ бөлшектер түрінде ауаға таралуына себеп болады.
A common type of short circuit occurs when the positive and negative terminals of a battery are connected with a low resistance conductor, like a wire. With a low resistance in the connection, a high current will flow, causing the delivery of a large amount of energy in a short period of time. A high current flowing through a battery can cause a rapid increase of temperature, potentially resulting in an explosion with the release of hydrogen gas and electrolyte (an acid or a base), which can burn tissue and cause blindness or even death. Overloaded wires will also overheat causing damage to the wire's insulation, or starting a fire. In electrical devices, unintentional short circuits are usually caused when a wire's insulation breaks down, or when another conducting material is introduced, allowing charge to flow along a different path than the one intended. In mains circuits, short circuits may occur between two phases, between a phase and neutral or between a phase and earth (ground). Such short circuits are likely to result in a very high current and therefore quickly trigger an overcurrent protection device. However, it is possible for short circuits to arise between neutral and earth conductors and between two conductors of the same phase. Such short circuits can be dangerous, particularly as they may not immediately result in a large current and are therefore less likely to be detected. Possible effects include unexpected energisation of a circuit presumed to be isolated. To help reduce the negative effects of short circuits, power distribution transformers are deliberately designed to have a certain amount of leakage reactance. The leakage reactance (usually about 5 to 10% of the full load impedance) helps limit both the magnitude and rate of rise of the fault current. A short circuit may lead to formation of an electric arc. The arc, a channel of hot ionized plasma, is highly conductive and can persist even after significant amounts of original material from the conductors has evaporated. Surface erosion is a typical sign of electric arc damage. Even short arcs can remove significant amounts of material from the electrodes. The temperature of the resulting electrical arc is very high (tens of thousands of degrees), causing the metal on the contact surfaces to melt, pool and migrate with the current, as well as to escape into the air as fine particulate matter.
Зақым
Қысқа тұйықталу тогы, миллисекунд ішінде, жүйенің қалыпты жұмыс тогынан мың есе артық болуы мүмкін. Қысқа тұйықталудан туындайтын зақымды сақтандырғыштар, автоматтық ажыратқыштар немесе басқа да артық жүктемеден қорғау құралдарын қолдану арқылы азайтуға немесе болдырмауға болады, олар шамадан тыс токқа жауап ретінде қуатты ажыратады. Артық жүктемеден қорғау құрылғысы тізбектің номиналды тогына сәйкес таңдалуы керек. Ірі тұрмыстық техникаға арналған тізбектерге, жарықтандыру тізбектеріне қарағанда жоғарырақ токқа орнатылған немесе бағаланған қорғаныш құрылғылары қажет. Құрылыс және электрлік ережелерде көрсетілген сымдардың диаметрі артық жүктемеден қорғаумен бірге қауіпсіз жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін таңдалады. Артық токтан қорғау құрылғысы максималды күтілетін қысқа тұйықталу тогын қауіпсіз түрде үзуге бағаланған болуы тиіс. Дұрыс орнатылмаған жағдайда, қысқа тұйықталудан туындаған артық ток, нашар өткізгіштігі бар тізбек бөліктерінде (сымдардағы нашар жалғаулар, розеткалардағы ақаулы контактілер немесе тіпті қысқа тұйықталу орнының өзінде) кедергілік қызуға әкелуі мүмкін. Мұндай қызып кету өрттің жиі кездесетін себебі болып табылады. Қысқа тұйықталу кезінде пайда болатын электр доғасы көп мөлшерде жылу шығарып, жанғыш заттардың тұтануына да себеп болуы мүмкін. Өнеркәсіптік және пайдалы тарату жүйелерінде қысқа тұйықталудың жоғары тогынан туындайтын динамикалық күштер өткізгіштердің кеңеюіне әкеледі. Автобус тақталары, кабельдер және аппараттар қысқа тұйықталу кезінде пайда болатын күштерден зақымдануы мүмкін.
A short circuit fault current can, within milliseconds, be thousands of times larger than the normal operating current of the system. Damage from short circuits can be reduced or prevented by employing fuses, circuit breakers, or other overload protection, which disconnect the power in reaction to excessive current. Overload protection must be chosen according to the current rating of the circuit. Circuits for large home appliances require protective devices set or rated for higher currents than lighting circuits. Wire gauges specified in building and electrical codes are chosen to ensure safe operation in conjunction with the overload protection. An overcurrent protection device must be rated to safely interrupt the maximum prospective short circuit current. In an improper installation, the overcurrent from a short circuit may cause ohmic heating of the circuit parts with poor conductivity (faulty joints in wiring, faulty contacts in power sockets, or even the site of the short circuit itself). Such overheating is a common cause of fires. An electric arc, if it forms during the short circuit, produces high amount of heat and can cause ignition of combustible substances as well. In industrial and utility distribution systems, dynamic forces generated by high short circuit currents cause conductors to spread apart. Busbars, cables, and apparatus can be damaged by the forces generated in a short circuit.
Қарым-қатынас ұғымдары
Электрондық техникада операциялық күшейткіштің идеалдық моделі (шексіз күшейту) кіріс терминалдары арасында виртуалды қысқа тұйықталу тудырады, себебі шығу кернеуіне қарамастан, кіріс терминалдары арасындағы потенциалдар айырмашылығы нөлге тең болады. Егер кіріс терминалдарының бірі жерге қосылса, онда екіншісі виртуалды жер болып табылады, өйткені оның потенциалы (идеал жағдайда) жер потенциалымен толықтай сәйкес келеді. Идеалдық операциялық күшейткіштің кіріс кедергісі шексіз болғандықтан, нақты қысқа тұйықтан айырмашылығы, виртуалды қысқа тұйықталу терминалдары арасында ток ағыны болмайды.
In electronics, the ideal model (infinite gain) of an operational amplifier is said to produce a virtual short circuit between its input terminals because no matter what the output voltage is, the difference of potential between its input terminals is zero. If one of the input terminals is connected to the ground, then the other one is said to provide a virtual ground because its potential is (ideally) identical to that of the ground. An ideal operational amplifier also has infinite input impedance, so unlike a real short circuit, no current flows between the terminals of the virtual short.