Что такое ток короткого замыкания?

Химические источники тока (батарейки и аккумуляторы) настолько прочно вошли в нашу жизнь, став чем-то привычным и естественным, что многие их владельцы даже не читают, что написано на их корпусах и упаковках. А совершенно напрасно, ведь там есть очень любопытное предупреждение – «Не замыкать». Кто хоть немного знаком с основами электротехники, хорошо знает, что такое ток короткого замыкания и почему нельзя замыкать контакты.

У любого источника тока всегда есть два полюса: положительный и отрицательный (+ и -) для постоянного тока, а также фаза и земля (нуль, масса, иногда другая фаза) для переменного. Движение заряженных частиц возможно только в том случае, если эти полюса соединены проводящим материалом. Если в разрыв проводника подключить электроприбор, то током, проходящим по цепям прибора, будет совершена определенная работа. Главная особенность – цепи указанного электроприбора не позволяют электронам проходить по ним беспрепятственно, поэтому всегда можно считать, что имеет место сопротивление (нагрузка), ограничивающая максимальный поток частиц (ток короткого замыкания).

Для упрощения понимания приведем пример с водой, текущей по каналу (проводнику). Начало потока – это один полюс, а его конец – второй полюс. Посреди канала расположены лопасти водяной мельницы (нагрузка), вращаемые движением воды (током). Очевидно, что скорость потока всегда ограничивается сопротивлением лопастей. Но что произойдет, если мельница исчезнет? Вода, не испытывающая сопротивления, устремится по каналу с предельной скоростью, которую сможет обеспечить источник (короткое замыкание). При этом очень высока вероятность повреждения бурным потоком как источника, так и канала. В электричестве интенсивность потока – это сила тока короткого замыкания.

То же самое происходит в электричестве. Если по какой-либо причине сопротивление цепи начинает стремиться к нулю, то возникает ток короткого замыкания. Проводник при этом нагревается, а источник тока повреждается. Данный режим работы электроустановки является аварийным и требует немедленного устранения. Обычно в цепи установлен автоматический выключатель, разрывающий контур, если им фиксируется ток короткого замыкания. По аналогии с водой: канал перекрывается и поток исчезает. При отключенном источнике энергии определить факт короткого замыкания на произвольном участке электрической цепи можно достаточно просто. Для этого специальным прибором (мультиметром) замеряют значение сопротивления между точками приложения щупов. Косвенный способ основан на использовании индикатора или прозвонки: если известно, что на проверяемом участке прямого соприкосновения полюсов быть не должно, то выполняют проверку этого условия. В силовых аппаратах это более рационально, чем замер точного сопротивления мультиметром.

Кстати, именно поэтому замыкать полюса батареек нельзя. Хотя их мощности недостаточно, чтобы существенно повредить проводник, но находящиеся внутри химические составляющие при коротком замыкании быстро деградируют, снижая общий ресурс работы источника.

При изучении электробезопасности часто используется понятие «ударный ток короткого замыкания». Оно определяет наибольшее значение тока, появляющегося в результате возникновения короткого замыкания. В цепях переменного тока его максимальное значение будет достигнуто спустя полупериод (0,01 с для частоты 50 Гц).

Стоит отметить, что существуют специальные электрические устройства, для которых режим короткого замыкания является не аварийным, а нормальным. Яркий пример – сварочные аппараты, в которых видимая дуга как раз и представляет собой ток короткого замыкания.