Введение

Устройство, которое направляет электрический ток в обход точки в цепи.

Шунт – это устройство, предназначенное для обеспечения пути с низким сопротивлением для электрического тока в цепи. Обычно он используется для отвода тока от системы или компонента с целью предотвращения перегрузки по току. Электрические шунты широко применяются в различных областях, включая системы распределения электроэнергии, системы электрических измерений, автомобильную и морскую технику.

Неисправный обход устройства

Один из примеров – миниатюрные рождественские гирлянды, соединенные последовательно. Когда нить накаливания перегорает в одной из ламп накаливания, полное сетевое напряжение оказывается на перегоревшей лампе. Шунтовой резистор, который был подключен параллельно нити накаливания до ее перегорания, затем замыкает цепь, обходя перегоревшую нить и позволяя остальной части гирлянды светиться. Однако, если перегорает слишком много ламп, шунт тоже выходит из строя, и для определения места неисправности требуется мультиметр.

Фотоэлектричество

В фотоэлектрике этот термин широко используется для описания нежелательного короткого замыкания между передним и задним контактами солнечного элемента, как правило, вызванного повреждением подложки.

Защитная от молний

Газонаполненная трубка также может использоваться в качестве шунта, особенно в устройстве защиты от молнии. Неон и другие благородные газы обладают высоким пробивным напряжением, поэтому в нормальных условиях ток через них не протекает. Однако прямое попадание молнии (например, в антенну радиовышки) вызовет пробой шунта и отвод огромного количества электричества в землю, защищая передатчики и другое оборудование. Другой, более старый тип устройства защиты от молнии использует простой узкий воздушный зазор, через который возникает дуга при высоком напряжении. Хотя это недорогое решение, его высокое напряжение срабатывания обеспечивает практически никакой защиты для современных электронных устройств с твердотельными компонентами, питаемых от защищаемой цепи.

Электрический шумный обход

Конденсаторы используются как шунты для отвода высокочастотных помех на землю до того, как они распространятся к нагрузке или другим элементам схемы.

Использование в электронных фильтрах

Термин "шунт" используется в фильтрах и подобных схемах с топологией лестницы для обозначения компонентов, соединенных между линией и землей (общим проводом). Этот термин используется для различения шунтирующих компонентов, соединенных между сигнальной и возвратной линиями, и компонентов, соединенных последовательно по сигнальной линии. В более общем смысле термин "шунт" может применяться к любому компоненту, соединенному параллельно с другим. Например, полусекция, выведенная из шунта m, является распространенной секцией фильтра, используемой в методе импедансов изображения при проектировании фильтров.

Диоды в качестве шунтов

Если устройства чувствительны к обратной полярности сигнала или источника питания, для защиты цепи можно использовать диод. При последовательном подключении он просто блокирует обратный ток, а при параллельном – шунтирует обратное напряжение, что приводит к срабатыванию предохранителя или другой схемы ограничения тока. Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение – обычно от 0,5 до 1 вольта – которое необходимо превысить, чтобы через диод пошел значительный ток в допустимом направлении. Два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для пропускания тока в каждом направлении) могут использоваться для ограничения сигнала, проходящего через них, до уровня их пороговых напряжений, чтобы защитить последующие компоненты от перегрузки.

Шанты в качестве защиты цепи

Когда схема должна быть защищена от перенапряжения и в источнике питания существуют режимы отказа, способные вызвать такое перенапряжение, схема может быть защищена устройством, обычно называемым схемой "crowbar". При обнаружении перенапряжения это устройство создает короткое замыкание между источником питания и землей (или общим проводом). Это приводит к немедленному падению напряжения (защищая схему) и мгновенному возникновению высокого тока, который должен сработать на токовое защитное устройство (например, предохранитель или автоматический выключатель). Устройство получило название "crowbar" (монтировка) по аналогии с тем, как если бы реальная монтировка была брошена на набор шин (открытых электрических проводников).

Бой короткий

На военных кораблях принято устанавливать шунты боевого режима параллельно предохранителям критически важного оборудования перед вступлением в бой. Это отключает защиту от перегрузки по току в ситуациях, когда прекращение подачи питания к оборудованию недопустимо.

Шантаж прибора, но серийно соединенного в цепи

В качестве введения к следующей главе, на этой фигуре показано, что термин "шунтирующий резистор" следует понимать в контексте того, что он шунтирует. В этом примере резистор RL будет пониматься как "шунтирующий резистор" (для нагрузки L), поскольку этот резистор пропускает ток в обход нагрузки L. RL соединен параллельно с нагрузкой L. Однако, последовательные резисторы RM1 и RM2 являются резисторами с низким сопротивлением (как на фотографии), предназначенными для пропускания тока в обход приборов M1 и M2 и выполняющими функцию шунтирующих резисторов для этих приборов. RM1 и RM2 соединены параллельно с M1 и M2. Если смотреть без учета приборов, эти два резистора будут рассматриваться как последовательные резисторы в этой схеме.

Использование в измерении тока

Шант амперметра позволяет измерять значения тока, слишком большие для непосредственного измерения данным амперметром. В этом случае отдельный шунт – резистор очень низкого, но точно известного сопротивления – помещается параллельно вольтметру, так что практически весь измеряемый ток протекает через шунт (при условии, что внутреннее сопротивление вольтметра настолько мало, что им можно пренебречь). Сопротивление выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на нем было измеримым, но достаточно низким, чтобы не нарушать работу схемы. Напряжение на шунте пропорционально протекающему через него току, поэтому измеренное напряжение можно масштабировать для прямого отображения значения тока. Шунты характеризуются максимальным током и падением напряжения при этом токе. Например, шунт на 500 А, 75 мВ будет иметь сопротивление 150 Ом, максимально допустимый ток 500 ампер, а при этом токе падение напряжения составит 75 милливольт. По соглашению, большинство шунтов рассчитаны на падение 50 мВ, 75 мВ или 100 мВ при работе на полном номинальном токе, и большинство амперметров состоят из шунта и вольтметра с полным отклонением 50, 75 или 100 мВ. Все шунты имеют коэффициент снижения номинальной мощности при длительном (более 2 минут) использовании, наиболее распространенное значение – 66%. Таким образом, приведенный выше пример шунта не следует использовать при токе более 330 А (и падении напряжения 50 мВ) в течение более длительного времени. Это ограничение обусловлено тепловыми пределами, при которых шунт перестает работать корректно. Для марганита, распространенного материала для шунтов, при 80 °C начинается термический дрейф, при 120 °C термический дрейф становится существенной проблемой, когда погрешность, в зависимости от конструкции шунта, может достигать нескольких процентов, а при 140 °C сплав марганита необратимо повреждается из-за отжига, что приводит к изменению сопротивления в большую или меньшую сторону. Если измеряемый ток также находится под высоким напряжением, это напряжение будет присутствовать и в соединительных проводах, и в измерительном приборе. Если схема заземлена с одной стороны, шунт для измерения тока можно установить либо в незаземленный, либо в заземленный проводник. Шант в незаземленном проводнике должен быть изолирован на полное напряжение цепи относительно земли; измерительный прибор должен быть изначально изолирован от земли или включать в себя резистивный делитель напряжения или изоляционный усилитель между относительно высоким напряжением синфазной составляющей и более низкими напряжениями внутри прибора. Шант в заземленном проводнике может не обнаруживать токи утечки, обходящие шунт, но он не будет подвергаться воздействию высокого напряжения синфазной составляющей относительно земли. Нагрузка снимается с прямого пути к земле, что может создать проблемы для управляющей схемы, вызвать нежелательные излучения или и то, и другое.