ما هي الدائرة القصيرة؟

في الأسلاك السكنية ، المصطلح دائرة مقصورة يمكن تعريفه على أنه أي موقف يتم فيه تحويل التيار في الأسلاك المحددة للدائرة بدلاً من ذلك إلى مسار غير متوقع لا يوجد لديه مقاومة. إنها في الأساس حالة "تسريب" التيار الكهربائي خارج الأسلاك والتدفقات المنشأة حيث لا يقصد. إن مصطلح "دارة قصيرة" هو في الواقع دقيق تمامًا ، لأن هذا المسار العرضي غير المقصود هو في الواقع دارة "أقصر" من الدائرة القياسية - يتجاوز التدفق الحالي أسلاك الدائرة لإنشاء مسار أقصر إلى أقصى حد المكان المقصود.

من هذا التعريف ، أ خطأ أرضي من الناحية الفنية ، يمكن اعتباره نوعًا واحدًا من ماس كهربائى ، واحد حيث يجد التيار في سلك ساخن مسارًا أقصر إلى الأرض. ومع ذلك ، في عالم الأسلاك الكهربائية للكهرباء ، عادة ما يتم حجز مصطلح الدائرة القصيرة لوصف الوضع عندما يلمس سلك ساخن مباشرة محايد الأسلاك.

• أ خطأ أرضي يحدث في الدوائر السكنية عندما يتصل سلك ساخن بالسلك الأرضي أو عنصر مؤرض ، مثل صندوق معدني ، ثم تتدفق الكهرباء على الفور إلى الأرض. كمية هائلة من التدفقات الحالية أثناء حدوث خطأ أرضي ، وهو ما يكفي لإحداث الصعق الكهربائي والحرائق. يحدث خطر الصعق بالكهرباء إذا كان الشخص على اتصال بهذا المسار الأرضي الذي يتدفق منه التيار.
• أ دائرة مقصورة يحدث عندما تلامس السلك الساخن محايد سلك دون المرور عبر حمولة مقاومة. تتدفق كمية كبيرة من التيار أيضًا خلال دائرة كهربائية قصيرة ، ويمكن أن تولد حرارة كافية لبدء حريق ، ولكن نادرًا ما يسبب الصعق بالكهرباء. السبب في عدم حدوث ذلك هو أن التيار يبقى داخل الدائرة الكهربائية ولا يتسرب ، كما يحدث عند حدوث خطأ أرضي. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن قصير لا يمكن أن يسبب إصابات.

يمكنك إظهار ماس كهربائى لنفسك ببطارية 6 فولت وطول قصير من الأسلاك الكهربائية قياس 12 وزوج من الكماشة المعزولة. ثني السلك على شكل حرف U يسمح له بلمس كلاهما أطراف البطارية في نفس الوقت. امسك السلك بالكماشة والمس أطراف التوصيل. اعتمادًا على حالة البطارية ، من المحتمل أن تشاهد شرارة ، وعند إزالة السلك ، ستلاحظ أن كل من البطارية والبطارية ساخنان. (ملحوظة: لا تقم بهذه التجربة مع بطارية أكبر ، مثل بطارية السيارة 12 فولت ، لأنها قد تتلف.)

لقد أنشأت دائرة قصر من خلال توفير مسار منخفض المقاومة لتدفق الكهرباء مباشرة بين أطراف البطارية. أدى تيار التيار المستمر إلى توليد حرارة مقاومة في السلك ، وإذا حدث نفس الشيء في دارة التيار المتردد المنزلية بجهد 120 فولت ، فربما تكون الحرارة كافية لإذابة عزل السلك. هذا أمر خطير ، ولكن ليس بنفس خطورة الانحناء الكهربائي الذي كان سيحدث بين الأسلاك.

الخطر الأكبر المرتبط بالدوائر القصيرة هو الانحناء الكهربائي ، والذي يحدث عندما لا تلمس الموصلات بالفعل ، ولكنها قريبة بما يكفي للسماح للكهرباء بالقفز عبر فجوة الهواء التي تفصل بينها. الشرارات الناتجة هي في الأساس برق ، ومثل البرق ، يمكنها تسخين الهواء إلى درجات حرارة عالية بشكل مثير للسخرية مقارنة بتلك الموجودة على سطح الشمس. يمكنهم تبخير المعدن ، لذلك يمكن لأي شخص قريب من وميض القوس أن يصاب أو يقتل بشكل خطير.

يحمل السلك الساخن في الدوائر السكنية الشحنة الكهربائية من مصدر الطاقة ، ويحمل السلك المحايد الشحنة مرة أخرى إلى المصدر. تسعى الكهرباء في السلك الساخن باستمرار إلى العودة إلى المصدر أو الأرض ، باتباع المسار التي تم إنشاؤها بواسطة أسلاك الدائرة الساخنة والمحايدة وأي مصابيح أو تركيبات إضاءة أو أجهزة موصولة في ذلك دائرة كهربائية. طالما أن هذا التيار محصور في الأسلاك المحمية بالعزل ، فلا توجد مشاكل. يتم ترويض الكهرباء بشكل فعال عن طريق الأسلاك التي توفر مقاومة للتدفق غير المنضبط للكهرباء.

يتطلب كل جهاز كهربائي الكهرباء للقيام بالعمل ، وهذا العمل ينطوي على مقاومة كهربائية ، مما يحد من التدفق الحالي. ولكن إذا لامس السلك الساخن السلك المحايد دون المرور بحمل ، تصبح المقاومة فجأة منخفضة جدًا ، وهذا يجعل التدفق الحالي مرتفعًا جدًا.

• ملاحظة تقنية: بما أن الجهد (V) في الدائرة السكنية هو ثابت 120 فولت ، فإن التيار (I) والمقاومة (R) لهما علاقة عكسية وفقًا لقانون أوم ، V = IR.

هذا التدفق المفاجئ غير المعوق من السلك الساخن إلى المسار المحايد ، الذي يقطعه عدم وجود حمل مقاوم ، هو ما يعرف بدائرة كهربائية قصيرة. يمكن أن تحدث حالة ماس كهربائي لعدة أسباب:

• قد يتم ارتداء العزل الذي يفصل بين الأسلاك الساخنة والمحايد رقيقًا عن السن ، مما يسمح للأسلاك بالاتصال.
• قد يخرج السلك الساخن أو المحايد ضعيف التوصيل من مصدر ضوء أو مخرج ولمس السلك الآخر.
• على قابس مبلل ، قد تنتقل الكهرباء من شق إلى آخر عبر الماء.
• قد يعاني السلك الكهربائي من تلف يعرض الأسلاك ويسمح للحامل الساخن بلمس السلك المحايد.
• قد تكون الأسلاك الداخلية للجهاز معيبة ، مما يسمح للسلك الساخن الداخلي والأسلاك المحايدة باللمس. إذا قمت بتوصيل مصباح أو جهاز آخر وواجهت شرارات أو قاطع دائرة ، فقد يكون هناك نقص في الجهاز نفسه.

عادة ما تكون هناك شرارات عند حدوث قصر ، لأن الأسلاك ليست في اتصال دائم. تولد الشرارات حرارة كافية لإذابة الأجهزة البلاستيكية ، مثل المنافذ والمفاتيح الكهربائية والمقابس ، ولإشعال المواد القابلة للاشتعال في المنطقة المجاورة.

يحتوي كل منزل على لوحة قاطع الدائرة ، وقد تم تصميم القواطع لاكتشاف التدفق الحالي المرتفع بشكل غير طبيعي وإغلاق الطاقة عند حدوثها. إذا كانت الدائرة قصيرة ، فسوف يقطع القاطع ، ولن تتمكن من إعادة تعيينه حتى تجد القصر وإصلاحه. تم تصميم منفذ GFCI (قاطع تيار التيار الأرضي) أو قاطع الدائرة بشكل أساسي لاكتشاف التيار الشذوذات المرتبطة بالأعطال الأرضية ، ولكنها ، مثل جميع الكسارات ، ستغلق أيضًا عند حدوث دائرة قصر يحدث.

لا يعد أي من هذين الجهازين حساسًا للدائرة القصيرة مثل مخرج AFCI (قاطع التيار المتقطع) أو قاطع الدائرة. عادة ما يكون الانحناء من دائرة كهربائية متقطعة ، وقد يفوتها GFCI أو قاطع الدائرة التقليدية. ومع ذلك ، يتم تصميم AFCI للكشف عن شذوذ الإشارة المحدد الناتج عن الانحناء ، وسيتم إغلاقه بمجرد حدوثه. لهذا السبب ، يتطلب رمز الكهرباء بشكل متزايد منافذ AFCI في المواقع الاستراتيجية في المنازل والمؤسسات التجارية. تقدم العديد من الشركات المصنعة الآن منافذ تركيبة GFCI / AFCI وقواطع الدائرة.

إذا تمكنت من التحكم في الحرارة المتولدة أثناء الوميض القوسي ، فيمكنك وضعها في مجموعة متنوعة من الاستخدامات. هذا هو المبدأ وراء قوس و لحام المقاومة.

في دائرة لحام القوس الأساسية ، يتم توصيل المعدن الذي سيتم لحامه - العمل - بواسطة سلك بمصدر طاقة يتصل به قضيب اللحام أيضًا. عندما يقوم عامل اللحام بتحريك القضيب بالقرب من العمل ، تحدث دائرة كهربائية قصيرة تتسبب في تقوس الكهرباء بين القضيب والعمل. هذا يولد درجات حرارة في نطاق 6500 درجة فهرنهايت ، وهي ساخنة بما يكفي لإذابة المعدن بحيث يمكن أن تندمج مع قطعة أخرى من المعدن تقع أيضًا في نطاق القوس.

تم استخدام الانحناء الكهربائي في أقرب المصابيح الكهربائية حتى تم استبداله بشعيرات متوهجة. لا يزال يُستخدم في بعض المصابيح المتوهجة الحديثة عند الحاجة إلى مصدر ضوء ساطع بشكل خاص ، أو مصدر يقترب من ضوء الشمس عن قرب. يعتمد لون القوس على مواد القطب ، حتى يتمكن الباحثون من تحليل طيف القوس الذي تم إنشاؤه بواسطة زوج من الأقطاب الكهربائية لتحديد المواد في الأقطاب.

تظهر هذه التطبيقات وغيرها أن الانحناء الكهربائي الناتج عن الدوائر القصيرة قد يكون خطرًا ، ولكنه ليس دائمًا سيئًا.