Основные сведения о коротком замыкании как физическом явлении
Короткое замыкание (КЗ) — соединение в электрической цепи двух точек с различными потенциалами, не предусмотренное нормальным режимом работы цепи, что приводит к критическому росту силы тока в месте соединения.
Короткое замыкание приводит к образованию разрушительных токов, превышающим допустимые значения, повреждениям проводки и выходу приборов из строя.
- однофазные КЗ — частые КЗ. Фазный провод замыкается на ноль;
- двухфазные КЗ — одна фаза замыкается на другую;
- трехфазные КЗ — самое проблемное КЗ. Происходит замыкание трех фаз.
Основные причины образования короткого замыкания:
- устаревшая или изношенная электросеть (плохой изоляционный материал, оголенные контакты, разрывы в области перегибов);
- высокая влажность в помещении, которая портит изоляцию скруток и соединений проводов;
- нарушение целостности кабеля;
- перегрузка электрической цепи в течение долгого промежутка времени;
- неправильное использование электрического оборудования;
- вмешательство в целостность изоляционного материала (вбитый гвоздь, ввинченный шуруп).
К короткому замыканию имеет отношение сила тока. Возьмем в качестве примера замкнутую электрическую цепь. В ней действует закон Ома, и он гласит: сила тока прямо соответствует напряжению и обратно соответствует сопротивлению. То есть, чем меньше будет сопротивление, тем больше будет сила тока.
Получается, что если в электрической цепи сопротивления не будет, или оно будет слишком мало, то сила тока увеличится, вследствие чего в цепи потечет ток короткого замыкания.
Почему короткое замыкание так называется
Замыкание называется коротким из-за движения тока. При таком замыкании цепи ток течет по кратчайшему пути, минуя нагрузку, то есть проходит по наименьшему сопротивлению.
Как происходит короткое замыкание
Короткое замыкание происходит через переходные сопротивления посторонних предметов в месте повреждения, заземлений или опор, а также сопротивления между проводами фаз и землей.
Короткое замыкание приводит к снижению напряжения в электрической цепи, к поражению током или резким выделением тепла, к расплавлению изоляционного материала с последующим возгоранием, повреждению электрического оборудования, без возможности восстановления.
Расчет тока короткого замыкания
Вычислить ток короткого замыкания можно по следующей формуле. Формула выводится из закона Ома для полной электрической цепи:
Петля фаза-нуль — это электрическая цепь (контур), которая состоит из фазного и нулевого проводников, а также фазы трансформатора.
При замыкании провода фазы на нулевой провод, который соединен с нейтралью (соединением обмоток всех фаз) трансформатора, получим контур, называемый петлей «фаза-ноль».
Меры, исключающие короткое замыкание
Защита от короткого замыкания основана на быстром разрыве электрической цепи. Это можно осуществить с помощью различных аппаратов.
Во многих современных электрических приборах имеется плавкий предохранитель, который расплавляется от большого количества тока, тем самым разрывая цепь.
В помещениях от короткого замыкания используют автоматы защиты. Они автоматически разрывают электрическую цепь при превышении допустимого значения тока.
В промышленности от коротких замыканий используют специальные реле.
Что такое короткое замыкание физика 8 класс
Азбука физики 
Научные игрушки 
Простые опыты 
Этюды об ученых 
Решение задач 
Презентации 
Книги по физике 
Умные книжки 
Есть вопросик? 
Его величество. 
Музеи науки. 
Достижения. 
Викторина по физике 
Физика в кадре 
Учителю 
Читатели пишут 
Физика 8 класс. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
При прохождении электрического тока металлические проводники нагреваются
и могут даже расплавиться. Сильный нагрев проводов может привести к возгоранию изоляции
и к пожару.
Любой проводник во всех электрических устройствах, а также в бытовых электрических цепях
рассчитан на какой-то определенный максимальный ток, превышение которого ведет к нарушению работоспособности электроаппаратуры и возгоранию.
Практически максимально возможный ток может быть превышен из-за короткого замыкания цепей
по раличным причинам: нарушение изоляции проводов, попадания воды в устройство и т.д.
Короткое замыкание — это такое состояние электрической цепи, когда клеммы источника тока замыкаются накоротко без потребителя электроэнергии (без нагрузки).
Чтобы не возникали недопустимые токи, в электрическую цепь включается предохранитель,
который автоматически размыкает цепь, если ток превысил допустимое значение.
Условное обозначение предохранителя на электрической схеме:
Существуют разные виды предохранителей.
1. Самый простой вид — плавкая вставка. Она применяется, например, в бытовой радиоаппаратуре.
Главная часть — проволчка из легкоплавкого металла, с толщина которой рассчитана на определенный ток. При коротком замыкании проволочка плавится и размыкает цепь.
2. В жилых домах стоят предохранители — пробки. Они более мощные и рассчитаны на большие токи. Есть такое выражение «перегорели пробки». Перегоревшую пробку меняют на новую.
. 
3. В настоящее время в домах стоят современные автоматы — предохранители другой конструкции,
но принцип действия остается прежним: не допустить опасный по величине ток !
Что такое короткое замыкание
Короткое замыкание — это состояние электрической цепи, при котором ток проходит по недопустимому маршруту, на котором обычно практически отсутствует (или очень низкое) электрическое сопротивление.
Импеданс — это комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала. Этот недопустимый или неправильный маршрут с малым сопротивлением может находиться между проводами под напряжением, или между проводом под напряжением и землей, при этом в стандартных рабочих условиях в них существует разность потенциалов.
После того как электрический ток поступает на проводник, создается магнитное поле. В подобном случае образования переменного тока магнитное поле меняется на этот ток. Это магнитное поле влияет на прилегающие проводники двумя способами: в первом случае образуются вихревые токи, во втором — электромагнитное поле.
В условиях короткого замыкания магнитные поля вокруг проводников создают механические силы между этими проводниками. Эти силы могут быть достаточно большими и увеличиваются по мере сближения проводников друг с другом.
Помимо того, что постоянный ток создает магнитное поле, данное магнитное поле является постоянным, а его следствием является намагничивание ближайших чувствительных объектов.
ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (ТОКИ ФУКО)
Вихревые токи — это электрические токи, образующиеся в проводниках в тот момент, когда эти проводники подвергаются воздействию переменного магнитного поля.
Вихревые токи образуются в окружном направлении вокруг токопроводящих проводников. По этой причине в одножильных кабелях, использующихся в цепях переменного тока, недопустимо использование стальной проволочной или ленточной брони. Также настоятельно не рекомендуется использовать чугунные или ферромагнитные кабельные скобы совместно с отдельными одножильными кабелями, используемыми в цепях переменного тока.
ЧТО
Кабельные вводы
Нажмите здесь, чтобы
просмотреть весь ассортимент
Предохранители. Короткое замыкание
Любая электрическая цепь рассчитана на определенную максимально допустимую силу тока. Если по какой-то причине сила тока в цепи превышает это значение, то мы можем столкнуться с неприятными последствиями. Провода начинают так сильно нагреваться, что их изоляция воспламеняется. Это может привести к пожару.
Что может служить причиной значительного увеличения силы тока в цепи? Во-первых, это может произойти при одновременном включении мощных приборов. Во-вторых, причиной резкого увеличения силы тока в цепи может являться короткое замыкание.
На данном уроке вы узнаете, что называется коротким замыканием и как оно связано с увеличением силы тока в цепи, а также познакомитесь с новым устройством, обеспечивающим безопасность использования электроприборов, — предохранителем.
Короткое замыкание
Начнем с определения.
Короткое замыкание — это соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.
Такая ситуация может произойти при ремонте проводки, когда ток продолжает идти по цепи. Случайное соприкосновение с открытыми контактами приводит к короткому замыканию.
Мы уже сказали, что короткое замыкание является причиной резкого повышения силы тока в цепи. Чем объяснить, что при этом сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?
Дело в том, что сопротивление проводника при коротком замыкании резко уменьшается. Вспомните закон Ома: $I = \frac$. При падении сопротивления сила тока увеличивается. При этом увеличение ее столь существенно, что провода накаляются и могут стать причиной пожара.
Короткое замыкание при соприкосновении с открытыми контактами
Рассмотрим подробнее, как происходит короткое замыкание. Как может произойти соприкосновение с открытыми контактами? Например, это произойдет, если засунуть в розетку шпильку для волос или другой металлический предмет (НЕ СЛЕДУЕТ ПРОВЕРЯТЬ ЭТО НА ПРАКТИКЕ).
Допустим, что сопротивление шпильки в 10 раз меньше, чем среднее сопротивление электроприборов, подключаемых к этой сети: ($R_1 = \frac$). По закону Ома сила тока в таком проводнике увеличится:
$I_1 = \frac = \frac<\frac> = \frac$.
То есть сила тока увеличится в 10 раз:
$I_1 = 10I$.
А теперь взглянем на закон Джоуля-Ленца и количество тепла, которое выделяет проводник (шпилька) с током:
$Q_1 = (10I)^2R_1t = (10I)^2 \fract = 10I^2Rt = 10Q$.
Получается, что количество теплоты тоже увеличится в 10 раз. В других ситуациях это увеличение может достигать и больших значений. Это как раз и способно привести к воспламенению.
Короткое замыкание при неисправностях проводки
Короткое замыкание может произойти и при повреждении проводов или их изоляции. Например, при подключении к сети электроприбора с подобными повреждениями.
Представьте, что вы включаете в розетку утюг мощностью $500 \space Вт$ (рисунок 1). Напряжение в розетке равно $220 \space В$.
Чему будет равна сила тока? По определению мощности тока: $P = UI$. Выразим отсюда силу тока и рассчитаем ее:
$I = \frac$,
$I = \frac \approx 2.3 \space А$.
Зная силу тока в утюге и напряжение, к которому он подключен, рассчитаем его сопротивление, используя закон Ома:
$I = \frac$,
$R = \frac$,
$R = \frac \approx 96 \space Ом$.
Сопротивление проводов при этом равно приблизительно $0.1 \space Ом$.
А теперь представьте, что провод утюга неисправен. Цепь замкнута и по ней течет ток, но он не протекает через утюг, а идет дальше по проводу до розетки — проходит путь AB (рисунок 2).
Возникает короткое замыкание. Сопротивление проводов очень мало по сравнению с сопротивлением утюга. Это приводит к резкому увеличению силы тока:
$I = \frac$,
$I = \frac = 2200 \space A$.
Это значение почти в 1000 раз больше, чем сила тока, возникающая при правильном подключении электроприбора в сеть. Это же и приводит к огромному увеличению количества тепла, выделяемого проводником, — он может начать плавиться или воспламениться.
Предохранители
Для предотвращения резкого увеличения силы тока в цепи существуют специальные приборы — предохранители.
Предохранитель — это устройство, которое сразу отключает линию, если сила тока оказывается больше допустимой нормы.
Так, предохранители присутствуют во всех электроприборах — они защищают приборы от выхода из строя.
Один из самых распространенных видов предохранителей изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом (рисунок 3).
Такие предохранители устанавливаются на входе электроприборов. При повышении силы тока проволока плавится и цепь размыкается. Поэтому такие предохранители называются плавкими.
Зачастую используются предохранители, основанные на тепловом действии тока (рисунок 4). При нагревании провода расширяются. Реагируя на эти изменения, предохранитель выключается автоматически.
Вспомните выражение «вышибло пробки». Так говорят, когда предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком, и часть приборов (или все) в квартире перестают работать. Это происходит при перегревании проводов, например при одновременном включении большого количества техники. Эти предохранители находятся на специальном щитке (на вводе проводов в квартиру).
Предохранители имеют свой условный знак для обозначения на схеме электрической цепи (рисунок 5).