Vad är en kortslutning?

kredit: Exploratorium Skapa ditt eget kortslutningsförsök med ett batteri och en ledningslängd.

I ledningar för bostäder är termen kortslutning kan definieras som varje situation där strömmen i den etablerade ledningen av en krets istället avleds till en oväntad väg som inte har något motstånd. Det är i huvudsak en situation där elektrisk ström "läcker" utanför den etablerade ledningen och flyter där den inte är avsedd. Uttrycket "kortslutning" är faktiskt ganska exakt, eftersom denna oavsiktliga, oavsiktliga väg är verkligen en krets som är "kortare" än en standardkrets - strömmen går förbi kretsledningarna för att etablera en kortare väg till dess slutliga destination.

Genom denna definition kan ett jordfel tekniskt ses som en typ av kortslutning, en där strömmen i en het ledning hittar en kortare väg till marken. Men i elektrikerens värld av bostadsledningar är termen kortslutning vanligtvis reserverad för att beskriva situationen när en varm tråd direkt vidrör en neutral tråd.

• EN jordfel inträffar i bostadskretsar när en varm tråd kommer i kontakt med jordledningen eller ett jordat element, såsom en metalllåda, och elektricitet flyter sedan omedelbart till marken. En enorm mängd ström flyter under ett jordfel som är tillräckligt för att orsaka elektrokution och bränder. Faren för elektrokution uppstår om en person är i kontakt med den markväg genom vilken strömmen flyter.
• EN kortslutning uppstår när den heta ledningen kommer i kontakt med neutral tråd utan att passera genom en resistiv belastning. En enorm mängd ström flyter också under en kortslutning, och den kan generera tillräckligt med värme för att starta en brand, men det orsakar sällan elektrokution. Anledningen till att det inte är är att strömmen håller sig inom den elektriska kretsen och inte läcker ut, som det gör när ett jordfel uppstår. Men det betyder inte att en kort inte kan orsaka skador.

Kortslutningsförsök

Du kan demonstrera en kortslutning för dig själv med ett 6-volts batteri, en kort längd på 12-gauge elektrisk ledning och ett par isolerade tång. Böj ledningen i en U-form som gör att den kan röra vid båda batteripolarna samtidigt. Håll i kabeln med tangen och rör vid terminalerna. Beroende på batteriets skick ser du förmodligen gnista, och när du tar bort kabeln kommer du att märka att både det och batteriet är heta. (Notera: Gör inte detta experiment med ett större batteri, t.ex. ett 12-volts bilbatteri, eftersom det kan skadas.)

Du skapade en kortslutning genom att tillhandahålla en lågmotståndsväg för el som flödar direkt mellan batteriterminalerna. DC-strömmen genererade resistiv värme i ledningen, och om samma sak skulle hända i din 120-volts AC-hemkrets, skulle värmen troligen ha varit tillräckligt för att smälta trådisoleringen. Det är farligt, men inte lika farligt som den elektriska ljusbågen som skulle ha inträffat mellan ledningarna.

kredit: Shedu / iStock / GettyImagesArcering från en kortslutning har mycket gemensamt med moln-till-moln blixt.

Den största faran i samband med kortslutningar är elektrisk ljusbåge, vilket inträffar när ledarna faktiskt inte rör, men är tillräckligt nära för att låta el hoppa över luftgapet som separerar dem. De resulterande gnistorna är i princip blixtnedslag, och som blixtnedslag kan de värma luften till löjligt höga temperaturer jämförbara med de på solens yta. De kan förångas av metall, så att alla som är nära en bågblixten kan bli allvarligt skadade eller dödade.

Hur en kortslutning inträffar

Den heta ledningen i bostadskretsar transporterar den elektriska laddningen från strömkällan, och den neutrala ledningen transporterar laddningen tillbaka till källan. Elektriciteten i den heta ledningen försöker ständigt återvända till källan eller till marken, efter den rutt som fastställts av de heta och neutrala kretsarna och eventuella lampor, lampor eller apparater som är anslutna till den kretsen. Så länge strömmen är begränsad till ledningar skyddade av isolering finns inga problem. Elen tämmas effektivt av ledningar som ger motstånd mot det okontrollerade flödet av el.

Varje elektrisk enhet kräver elektricitet för att utföra arbete, och det arbetet innebär elektriskt motstånd, vilket begränsar det nuvarande flödet. Men om den heta tråden rör vid den neutrala tråden utan att passera genom en last, blir motståndet plötsligt mycket lågt, och det gör strömmen mycket hög.

• Teknisk anmärkning: Eftersom spänningen (V) i en bostadskrets är konstant 120 volt, har ström (I) och motstånd (R) ett omvänt förhållande enligt Ohms lag, V = IR.

Detta plötsliga obehindrade flöde från den heta tråden till den neutrala vägen, avbruten av ingen motståndskraftig belastning, är vad som är känt en kortslutning. En kortslutningssituation kan uppstå av många skäl:

• Den isolering som skiljer de varma och neutrala ledningarna kan bäras tunn från åldern, så att ledningarna kan komma i kontakt.
• En dåligt ansluten varm eller neutral tråd kan lossna från en lampa eller uttag och röra vid den andra.
• På en våt plugg kan elektricitet resa från en bricka till en annan genom vattnet.
• En elektrisk ledning kan leda till skador som exponerar ledningarna och gör att den heta kan röra den neutrala.
• En inbyggnadsanslutning av en apparat kan vara felaktig, så att den interna heta ledningen och neutralledningen kan röra. Om du ansluter en lampa eller annan apparat och upplever gnistor eller en utlöst strömbrytare, kan det bli en brist på själva enheten.

kredit: itsarasak thithuekthak / iStock / GettyImagesArcing från en kortslutning kan smälta pluggar och uttag.

Det finns vanligtvis gnistor när ett kort inträffar, eftersom trådarna inte är i permanent kontakt. Gnistorna genererar tillräckligt med värme för att smälta plastanordningar, såsom uttag, strömbrytare och pluggar, och för att antända brandfarliga material i närheten.

Säkerhetsanordningar som förhindrar skador från kortslutningar

Varje hus har en effektbrytare och brytarna är utformade för att upptäcka anomalt högt strömflöde och stänga av strömmen när de gör det. Om en krets har en kort, bryter brytaren, och du kan inte återställa den förrän du hittar korten och fixar den. Ett GFCI (jordfelsströmavbrott) eller strömbrytare är främst utformat för att upptäcka avvikelser som är förknippade med markfel, men det, liksom alla brytare, kommer också att stängas av när en kortslutning inträffar.

kredit: Elite AnalysAFCI-brytare och uttag upptäcker bågsorsaken av kortslutningar och dödar ström.

Ingen av dessa enheter är lika känslig för en kortslutning som ett AFCI (bågfelströmavbrott) eller brytare. Båge från en kortslutning är vanligtvis intermittent, och en GFCI eller en konventionell brytare kan missa det. En AFCI är dock avsedd för att upptäcka den specifika signalanomalin som orsakas av båge, och den stängs av så fort den gör. Av denna anledning kräver den elektriska koden alltmer AFCI-uttag på strategiska platser i hem och kommersiella anläggningar. Många tillverkare erbjuder nu GFCI / AFCI-kombinationer och brytare.

Elektrisk ljusbåge är inte alltid dålig

Om du kan kontrollera värmen som genereras under en bågblixten kan du använda den till en mängd olika användningsområden. Det är principen bakom båg- och motståndssvetsning.

I en grundläggande bågsvetsningskrets är den metall som ska svetsas - arbetet - ansluten av en tråd till en kraftkälla till vilken svetsstången också är ansluten. När svetsaren förflyttar stången tillräckligt nära arbetet, uppstår en kortslutning som får elektrisk båge mellan stången och arbetet. Detta genererar temperaturer i intervallet 6 500 grader Fahrenheit, som är tillräckligt varma för att smälta metallen så att den kan smälta till en annan metallbit som också är inom bågens räckvidd.

kredit: EXTREMFOTOGRAFER / iStock / GettyImagesWelders använder värmen från elektrisk båge för att smälta metall.

Elektrisk ljusbåge användes i de tidigaste glödlamporna tills den ersattes av glödande glödtrådar. Det används fortfarande i vissa moderna glödlampor när det krävs en särskilt ljus ljuskälla, eller en som närmar sig ljuset från solen. Färgen på bågen beror på elektrodmaterialen, så forskare kan analysera spektrumet för en båge som skapas av ett par elektroder för att identifiera materialen i elektroderna.

Dessa och andra applikationer visar att kortslutning orsakar elektriska bågar kan vara farliga, men det är inte alltid dåligt.