Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Краткое замыкание (иногда сокращаемое до «короткое замыкание» или с/к) — это электрическая цепь, в которой ток протекает по непреднамеренному пути с пренебрежимо малым электрическим импедансом. Это приводит к возникновению чрезмерного тока в цепи. Противоположностью короткого замыкания является разрыв цепи, который представляет собой бесконечно большое сопротивление (или очень высокий импеданс) между двумя точками.
Electrical circuit with negligible impedance
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.
Определение
Краткое замыкание – это аномальное соединение между двумя узлами электрической цепи, которые должны находиться под разными напряжениями. Это приводит к электрическому току, ограниченному только эквивалентным сопротивлением Тевенина остальной части сети, что может вызвать повреждение цепи, перегрев, пожар или взрыв. Хотя обычно это результат неисправности, существуют случаи, когда короткие замыкания вызываются намеренно, например, в схемах защиты от перенапряжения, известных как "crowbar". В анализе цепей короткое замыкание определяется как соединение между двумя узлами, которое принуждает их к одинаковому напряжению. В "идеальном" коротком замыкании это означает отсутствие сопротивления и, следовательно, отсутствие падения напряжения на соединении. В реальных цепях результатом является соединение с практически нулевым сопротивлением. В этом случае ток ограничивается только сопротивлением остальной части цепи.
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.
Примеры
Обычный тип короткого замыкания возникает, когда положительные и отрицательные полюса батареи соединяются проводником с низким сопротивлением, например, проводом. При низком сопротивлении в соединении будет протекать высокий ток, что приводит к выделению большого количества энергии за короткий промежуток времени. Высокий ток, проходящий через батарею, может вызвать быстрое повышение температуры, потенциально приводящее к взрыву с выделением водородного газа и электролита (кислоты или щелочи), который может вызвать ожоги тканей, слепоту или даже смерть. Перегруженные провода также будут перегреваться, что может привести к повреждению их изоляции или возгоранию. В электрических устройствах непреднамеренные короткие замыкания обычно возникают из-за разрушения изоляции провода или попадания другого проводящего материала, позволяющего току течь по нежелательному пути. В электрических сетях короткие замыкания могут возникать между двумя фазами, между фазой и нейтралью или между фазой и землей (заземлением). Такие короткие замыкания, как правило, приводят к очень высокому току и, следовательно, быстро активируют устройство защиты от перегрузки по току. Однако короткие замыкания могут возникать и между нейтральным и заземляющим проводниками, а также между двумя проводниками одной фазы. Такие короткие замыкания могут быть опасными, особенно поскольку они не всегда сразу вызывают большой ток и, следовательно, менее вероятно будут обнаружены. Возможные последствия включают непреднамеренное включение цепи, считавшейся обесточенной. Для снижения негативных последствий коротких замыканий силовые трансформаторы намеренно проектируются с определенным уровнем индуктивного сопротивления рассеяния. Индуктивное сопротивление рассеяния (обычно составляет 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, представляющая собой канал горячей ионизированной плазмы, обладает высокой проводимостью и может сохраняться даже после испарения значительной части исходного материала проводников. Поверхностная эрозия – типичный признак повреждения, вызванного электрической дугой. Даже кратковременные дуги могут удалять значительное количество материала с электродов. Температура электрической дуги очень высока (десятки тысяч градусов), что приводит к плавлению, скоплению и перемещению металла на контактных поверхностях вместе с током, а также к его испарению в воздух в виде мелких частиц.
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.
Ущерб
Ток короткого замыкания может в течение миллисекунд в тысячи раз превышать нормальный рабочий ток системы. Повреждения от коротких замыканий можно уменьшить или предотвратить, используя предохранители, автоматические выключатели или другие устройства защиты от перегрузки, которые отключают питание при превышении допустимого тока. Защиту от перегрузки необходимо выбирать в соответствии с номинальным током цепи. Цепи, питающие мощные бытовые приборы, требуют защитных устройств, настроенных или рассчитанных на более высокие токи, чем цепи освещения. Сечения проводов, указанные в строительных и электротехнических 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 расчетного тока короткого замыкания. При неправильной установке ток короткого замыкания может вызывать джоулево нагревание элементов цепи с плохой проводимостью (некачественные соединения в проводке, неисправные контакты в розетках или даже место самого короткого замыкания). Такой перегрев является частой причиной пожаров. Электрическая дуга, возникающая при коротком замыкании, выделяет большое количество тепла и также может привести к воспламенению горючих материалов. В промышленных и распределительных сетях общего назначения динамические силы, возникающие при высоких токах короткого замыкания, приводят к разведению проводников. Шины, кабели и аппаратура могут быть повреждены силами, возникающими при коротком замыкании.
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.
Связанные понятия
В электронике идеальная модель (усилитель с бесконечным коэффициентом усиления) операционного усилителя создает виртуальное короткое замыкание между его входными выводами, поскольку разность потенциалов между этими выводами равна нулю, независимо от выходного напряжения. Если один из входных выводов соединен с землей, то другой считается обеспечивающим виртуальную землю, так как его потенциал (в идеале) совпадает с потенциалом земли. Идеальный операционный усилитель также обладает бесконечным входным импедансом, поэтому, в отличие от реального короткого замыкания, между выводами виртуального короткого замыкания ток не протекает.
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.