Co to jest zwarcie?

W instalacjach domowych termin ten zwarcie można zdefiniować jako każdą sytuację, w której prąd w ustalonym okablowaniu obwodu jest zamiast tego kierowany na nieoczekiwany szlak, który nie ma oporności. Zasadniczo jest to sytuacja, w której prąd elektryczny „wycieka” poza ustalone okablowanie i przepływa tam, gdzie nie jest przeznaczony. Termin „zwarcie” jest właściwie dość dokładny, ponieważ ta niezamierzona, przypadkowa ścieżka jest rzeczywiście obwodem „krótszy” niż obwód standardowy - przepływ prądu omija druty obwodu, aby ustanowić krótszą ścieżkę do jego ostateczności Miejsce docelowe.

Według tej definicji: zwarcie doziemne technicznie może być postrzegany jako jeden rodzaj zwarcia, w którym prąd w gorącym przewodzie znajduje krótszą ścieżkę do uziemienia. Jednak w świecie elektryków w okablowaniu mieszkalnym termin zwarcie jest zwykle zarezerwowany do opisania sytuacji, w której gorący drut dotyka bezpośrednio neutralny drut.

• ZA zwarcie doziemne występuje w obwodach mieszkalnych, gdy gorący drut styka się z przewodem uziemiającym lub uziemionym elementem, takim jak metalowa skrzynka, a energia elektryczna przepływa natychmiast do ziemi. Ogromna ilość prądu płynie podczas zwarcia doziemnego - wystarczy, aby spowodować porażenie prądem i pożar. Niebezpieczeństwo porażenia prądem występuje, gdy osoba ma kontakt z tą ścieżką uziemienia, przez którą przepływa prąd.
• ZA zwarcie występuje, gdy gorący drut styka się z neutralny drut bez przechodzenia przez obciążenie rezystancyjne. Ogromna ilość prądu płynie również podczas zwarcia i może wytworzyć wystarczającą ilość ciepła, aby rozpalić ogień, ale rzadko powoduje porażenie prądem. Powodem, dla którego tak nie jest, jest to, że prąd pozostaje w obwodzie elektrycznym i nie wycieka, jak ma to miejsce w przypadku wystąpienia zwarcia doziemnego. Nie oznacza to jednak, że krótki nie może powodować obrażeń.

Możesz wykazać zwarcie za pomocą 6-woltowej baterii, krótkiej długości 12-metrowego przewodu elektrycznego i pary izolowanych szczypiec. Zegnij drut w kształcie litery U, który pozwoli mu dotknąć obu zaciski akumulatora w tym samym czasie. Przytrzymaj drut szczypcami i dotknij końcówek. W zależności od stanu baterii prawdopodobnie zobaczysz iskrzenie, a po usunięciu przewodu zauważysz, że zarówno on, jak i bateria są gorące. (Uwaga: Nie rób tego eksperymentu z większą baterią, taką jak 12-woltowa bateria samochodowa, ponieważ może zostać uszkodzona).

Powstało zwarcie, zapewniając ścieżkę o niskiej rezystancji, aby prąd przepływał bezpośrednio między zaciskami akumulatora. Prąd stały generował ciepło rezystancyjne w przewodzie, a gdyby to samo miało się wydarzyć w domowych obwodach prądu przemiennego o napięciu 120 woltów, ciepło prawdopodobnie wystarczyłoby do stopienia izolacji przewodu. Jest to niebezpieczne, ale nie tak niebezpieczne, jak iskrzenie elektryczne, które wystąpiłoby między drutami.

Największe ryzyko związane z zwarciami to iskrzenie elektryczne, co ma miejsce, gdy przewodniki właściwie się nie dotykają, ale są wystarczająco blisko, aby umożliwić przeskok elektryczności przez szczelinę powietrzną, oddzielając je. Powstałe iskry są w zasadzie błyskawicami i podobnie jak błyskawice mogą ogrzewać powietrze do absurdalnie wysokich temperatur porównywalnych z temperaturami na powierzchni Słońca. Mogą odparowywać metal, więc każdy, kto znajduje się w pobliżu łuku elektrycznego, może zostać poważnie ranny lub zabity.

Gorący drut w obwodach domowych przenosi ładunek elektryczny ze źródła zasilania, a przewód neutralny przenosi ładunek z powrotem do źródła. Elektryczność w gorącym drucie stale dąży do powrotu do źródła lub do ziemi, zgodnie z trasą ustalone przez gorące i neutralne przewody obwodu oraz wszelkie podłączone do nich lampy, oprawy oświetleniowe lub urządzenia obwód. Tak długo, jak prąd ten jest zamknięty w przewodach chronionych izolacją, nie ma żadnych problemów. Energia elektryczna jest skutecznie oswajana przez okablowanie, które zapewnia odporność na niekontrolowany przepływ energii elektrycznej.

Każde urządzenie elektryczne wymaga prądu do działania, a praca ta wymaga oporu elektrycznego, który ogranicza przepływ prądu. Ale jeśli gorący drut dotknie drutu neutralnego bez przechodzenia przez obciążenie, rezystancja nagle staje się bardzo niska, co powoduje, że przepływ prądu jest bardzo wysoki.

• Uwaga techniczna: Ponieważ napięcie (V) w obwodzie mieszkalnym wynosi stałe 120 woltów, prąd (I) i rezystancja (R) mają odwrotną zależność zgodnie z prawem Ohma, V = IR.

Ten nagły, niezakłócony przepływ z gorącego drutu na ścieżkę neutralną, przerwany przez brak obciążenia oporowego, jest znany jako zwarcie. Sytuacja zwarcia może wystąpić z wielu powodów:

• Izolacja oddzielająca gorące i neutralne druty mogą być zużyte cienkie od wieku, umożliwiając kontakt drutów.
• Źle podłączony gorący lub neutralny drut może poluzować się od oprawy oświetleniowej lub gniazdka i dotknąć drugiego.
• Na mokrej wtyczce prąd może przepływać z jednego bolca do drugiego przez wodę.
• Przewód elektryczny może ulec uszkodzeniu, odsłaniając przewody i pozwalając gorącemu dotknąć przewodu neutralnego.
• Wewnętrzne okablowanie urządzenia może być wadliwe, umożliwiając dotykanie wewnętrznego gorącego drutu i przewodu neutralnego. Jeśli podłączysz lampę lub inne urządzenie i zauważysz iskry lub wyzwolony wyłącznik automatyczny, w samym urządzeniu może wystąpić zwarcie.

Zwykle występują iskry, gdy występuje zwarcie, ponieważ przewody nie są w stałym kontakcie. Iskry wytwarzają wystarczającą ilość ciepła do stopienia urządzeń z tworzyw sztucznych, takich jak gniazda, przełączniki i wtyczki oraz do zapalenia materiałów łatwopalnych w pobliżu.

Każdy dom ma panel z wyłącznikami, a wyłączniki są zaprojektowane do wykrywania nietypowo wysokiego przepływu prądu i odcięcia zasilania, gdy to robią. Jeśli obwód ma zwarcie, wyłącznik wyłączy się i nie będziesz mógł go zresetować, dopóki nie znajdziesz zwarcia i nie naprawisz go. Gniazdo GFCI (wyłącznik różnicowoprądowy) jest przeznaczone głównie do wykrywania prądu anomalie związane z zwarciami doziemnymi, ale podobnie jak wszystkie wyłączniki, również wyłączą się w przypadku zwarcia występuje.

Żadne z tych urządzeń nie jest tak wrażliwe na zwarcie jak gniazdko AFCI (przerywacz prądu zwarciowego) lub wyłącznik automatyczny. Wyładowanie łukowe z powodu zwarcia jest zwykle przerywane, a GFCI lub konwencjonalny wyłącznik może go przegapić. Jednak AFCI ma rację, by wykryć specyficzną anomalię sygnału spowodowaną łukiem elektrycznym i natychmiast się wyłączy. Z tego powodu kodeks elektryczny coraz częściej wymaga punktów AFCI w strategicznych lokalizacjach w domach i placówkach handlowych. Wielu producentów oferuje obecnie gniazda kombinowane i wyłączniki GFCI / AFCI.

Jeśli potrafisz kontrolować ciepło wytwarzane podczas wyładowania łukowego, możesz wykorzystać je do różnych zastosowań. To jest zasada stojąca za łukiem i zgrzewanie oporowe.

W podstawowym obwodzie spawania łukowego spawany metal - praca - jest połączony drutem ze źródłem prądu, do którego jest również podłączony pręt spawalniczy. Gdy spawacz przesuwa pręt wystarczająco blisko pracy, dochodzi do zwarcia, które powoduje łuk elektryczny między prętem a pracą. Generuje to temperatury w zakresie 6500 stopni Fahrenheita, które są wystarczająco gorące, aby stopić metal, dzięki czemu może on stopić się z innym kawałkiem metalu, który również znajduje się w zasięgu łuku.

W pierwszych żarówkach zastosowano łuk elektryczny, aż zastąpiono go świecącymi żarnikami. Nadal jest stosowany w niektórych nowoczesnych żarówkach, gdy wymagane jest szczególnie jasne źródło światła lub takie, które zbliża światło słoneczne. Kolor łuku zależy od materiałów elektrody, więc badacze mogą analizować widmo łuku utworzonego przez parę elektrod w celu zidentyfikowania materiałów w elektrodach.

Te i inne zastosowania pokazują, że iskrzenie elektryczne spowodowane przez zwarcia może być niebezpieczne, ale nie zawsze jest złe.