credit: ExploratoriumErstellen Sie Ihr eigenes Kurzschlussexperiment mit einer Batterie und einem Stück Kabel.In der Hausverkabelung ist der Begriff Kurzschluss kann als jede Situation definiert werden, in der der Strom in der festgelegten Verdrahtung eines Stromkreises stattdessen in einen unerwarteten Pfad ohne Widerstand umgeleitet wird. Es ist im Wesentlichen eine Situation, in der elektrischer Strom außerhalb der festgelegten Verkabelung "leckt" und dort fließt, wo dies nicht beabsichtigt ist. Der Begriff "Kurzschluss" ist eigentlich ziemlich genau, da dieser unbeabsichtigte, zufällige Weg tatsächlich ein Weg ist, der "kürzer" als ein Standardweg ist - der Stromfluss umgeht die Schaltungsdrähte, um einen kürzeren Weg zu seinem endgültigen Bestimmungsort herzustellen.
Nach dieser Definition kann ein Erdschluss technisch als eine Art von Kurzschluss angesehen werden, bei dem der Strom in einem heißen Draht einen kürzeren Weg zur Erde findet. In der Welt der Hausverkabelung von Elektrikern ist der Begriff Kurzschluss jedoch normalerweise darauf beschränkt, die Situation zu beschreiben, in der ein heißer Draht a direkt berührt neutral Draht.
- EIN Grundfehler tritt in Wohngebieten auf, wenn ein heißer Draht den Erdungsdraht oder ein geerdetes Element wie eine Metallbox berührt und die Elektrizität sofort zur Erde fließt. Während eines Erdschlusses fließt eine enorme Strommenge, die einen Stromschlag und Brände verursacht. Die Gefahr eines Stromschlags besteht, wenn eine Person mit dem Erdungspfad in Kontakt kommt, durch den der Strom fließt.
- EIN Kurzschluss tritt auf, wenn der Heißdraht die neutral Draht ohne Durchgang durch eine ohmsche Last. Während eines Kurzschlusses fließt auch eine große Menge Strom und es kann genug Wärme erzeugt werden, um ein Feuer zu entzünden, aber es verursacht selten einen Stromschlag. Der Grund, warum dies nicht der Fall ist, ist, dass der Strom im Stromkreis bleibt und nicht ausläuft, wie es der Fall ist, wenn ein Erdschluss auftritt. Das heißt aber nicht, dass ein Short keine Verletzungen verursachen kann.
Kurzschlussexperiment
Mit einer 6-Volt-Batterie, einem kurzen 12-Gauge-Kabel und einer isolierten Zange können Sie einen Kurzschluss nachweisen. Biegen Sie den Draht in eine U-Form, die es ihm ermöglicht, beide Batteriepole gleichzeitig zu berühren. Halten Sie den Draht mit der Zange und berühren Sie die Klemmen. Abhängig vom Zustand des Akkus werden Sie wahrscheinlich Funken sehen, und wenn Sie das Kabel entfernen, werden Sie feststellen, dass sowohl der Akku als auch der Akku heiß sind. (Hinweis: Führen Sie dieses Experiment nicht mit einer größeren Batterie durch, z. B. einer 12-Volt-Autobatterie, da diese beschädigt werden kann.)
Sie haben einen Kurzschluss verursacht, indem Sie einen niederohmigen Pfad für den Stromfluss direkt zwischen den Batteriepolen bereitgestellt haben. Der Gleichstrom erzeugte Widerstandswärme im Kabel, und wenn dasselbe in Ihrem 120-Volt-Wechselstromkreis geschehen würde, hätte die Wärme wahrscheinlich ausgereicht, um die Kabelisolierung zum Schmelzen zu bringen. Das ist gefährlich, aber nicht so gefährlich wie der Lichtbogen, der zwischen den Drähten aufgetreten wäre.
Kredit: Shedu / iStock / GettyImagesArcing von einem Kurzschluss hat viel mit Cloud-to-Cloud-Blitz gemeinsam.Die größte Gefahr im Zusammenhang mit Kurzschlüssen ist elektrische Lichtbogenbildung, Dies tritt auf, wenn sich die Leiter nicht berühren, aber nahe genug sind, damit Elektrizität über den Luftspalt springen kann, der sie voneinander trennt. Die entstehenden Funken sind im Grunde genommen Blitze und können wie Blitze die Luft auf lächerlich hohe Temperaturen erwärmen, die mit denen auf der Sonnenoberfläche vergleichbar sind. Sie können Metall verdampfen, sodass jeder, der sich in der Nähe eines Lichtbogenblitzes befindet, ernsthaft verletzt oder getötet werden kann.
Wie ein Kurzschluss auftritt
Der heiße Draht in Wohngebieten leitet die elektrische Ladung von der Stromquelle und der neutrale Draht leitet die Ladung zurück zur Quelle. Die Elektrizität in dem heißen Draht versucht ständig, zur Quelle oder zur Erde zurückzukehren, und zwar auf dem Weg, der durch die Drähte des heißen und des neutralen Stromkreises sowie durch Lampen, Leuchten oder Geräte, die an diesen Stromkreis angeschlossen sind, festgelegt ist. Solange dieser Strom in durch Isolation geschützten Drähten begrenzt ist, gibt es keine Probleme. Die Elektrizität wird effektiv durch Kabel gezähmt, die dem unkontrollierten Stromfluss Widerstand entgegensetzen.
Jedes elektrische Gerät benötigt für seine Arbeit Elektrizität, und diese Arbeit ist mit elektrischem Widerstand verbunden, der den Stromfluss begrenzt. Berührt der heiße Draht jedoch den neutralen Draht, ohne eine Last zu passieren, wird der Widerstand plötzlich sehr niedrig, und der Stromfluss wird dadurch sehr hoch.
- Technischer Hinweis: Da die Spannung (V) in einem Hausstromkreis konstant 120 Volt beträgt, haben Strom (I) und Widerstand (R) eine umgekehrte Beziehung gemäß dem Ohmschen Gesetz, V = IR.
Dieser plötzliche ungehinderte Fluss vom heißen Draht zum neutralen Pfad, der durch keine widerstandsbehaftete Last unterbrochen wird, ist ein sogenannter Kurzschluss. Eine Kurzschlusssituation kann aus vielen Gründen auftreten:
- Die Isolierung, die die heißen und neutralen Drähte trennt, ist möglicherweise abgenutzt, damit die Drähte Kontakt haben.
- Ein schlecht angeschlossener heißer oder neutraler Draht kann sich von einer Leuchte oder Steckdose lösen und den anderen berühren.
- An einem feuchten Stecker kann Strom von einem Stift zum anderen durch das Wasser wandern.
- Ein Elektrokabel kann beschädigt werden, wodurch die Kabel freigelegt werden und das heiße Kabel das neutrale Kabel berühren kann.
- Die interne Verkabelung eines Geräts ist möglicherweise fehlerhaft, sodass sich der interne Heißdraht und der Neutralleiter berühren können. Wenn Sie eine Lampe oder ein anderes Gerät anschließen und Funken oder einen ausgelösten Schutzschalter feststellen, liegt möglicherweise ein Kurzschluss im Gerät selbst vor.
Gutschrift: itsarasak thithuekthak / iStock / GettyImages Durch einen Kurzschluss können Stecker und Steckdosen zum Schmelzen gebracht werden.Wenn ein Kurzschluss auftritt, treten normalerweise Funken auf, da die Drähte keinen Dauerkontakt haben. Die Funken erzeugen genug Wärme, um Kunststoffgeräte wie Steckdosen, Schalter und Stecker zum Schmelzen zu bringen und brennbare Materialien in der Nähe zu entzünden.
Sicherheitsvorrichtungen, die Schäden durch Kurzschlüsse verhindern
Jedes Haus verfügt über eine Leistungsschaltertafel, und die Leistungsschalter sind so ausgelegt, dass sie einen ungewöhnlich hohen Stromfluss erkennen und die Stromversorgung abschalten, wenn sie dies tun. Wenn ein Stromkreis einen Kurzschluss hat, löst der Leistungsschalter aus, und Sie können ihn erst zurücksetzen, wenn Sie den Kurzschluss gefunden und behoben haben. Ein FI-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) oder ein Leistungsschalter dient in erster Linie zur Erkennung von Stromstörungen im Zusammenhang mit Erdschlüssen. Wie alle Leistungsschalter schaltet sich auch dieser Schalter aus, wenn ein Kurzschluss auftritt.
Kredit: Elite AnalysisAFCI Leistungsschalter und Steckdosen erkennen die Lichtbogenursache durch Kurzschlüsse und töten die Stromversorgung.Keines dieser Geräte ist so kurzschlussempfindlich wie eine AFCI-Steckdose (Arc Fault Current Interrupter) oder ein Leistungsschalter. Lichtbögen aufgrund eines Kurzschlusses treten normalerweise nur sporadisch auf und werden möglicherweise von einem FI-Schutzschalter oder einem herkömmlichen Leistungsschalter übersehen. Ein AFCI erkennt jedoch die durch Lichtbögen verursachte spezifische Signalanomalie und schaltet sich aus, sobald dies der Fall ist. Aus diesem Grund erfordert der elektrische Code zunehmend AFCI-Steckdosen an strategischen Standorten in Privathaushalten und gewerblichen Einrichtungen. Viele Hersteller bieten jetzt GFCI / AFCI-Kombinationssteckdosen und Leistungsschalter an.
Lichtbögen sind nicht immer schlecht
Wenn Sie die während eines Lichtbogenblitzes erzeugte Wärme steuern können, können Sie sie für verschiedene Zwecke einsetzen. Das ist das Prinzip des Lichtbogen- und Widerstandsschweißens.
In einer grundlegenden Lichtbogenschweißschaltung wird das zu schweißende Metall - das Werkstück - über einen Draht mit einer Stromquelle verbunden, an die auch der Schweißstab angeschlossen ist. Wenn der Schweißer den Stab nahe genug an das Werkstück heranführt, tritt ein Kurzschluss auf, der einen Lichtbogen zwischen dem Stab und dem Werkstück erzeugt. Dies erzeugt Temperaturen im Bereich von 6500 Grad Fahrenheit, die heiß genug sind, um das Metall zum Schmelzen zu bringen, damit es mit einem anderen Metallstück verschmelzen kann, das sich ebenfalls im Bereich des Lichtbogens befindet.
Bildnachweis: EXTREME-PHOTOGRAPHER / iStock / GettyImagesSchweißer nutzen die Wärme von elektrischen Lichtbögen, um Metall zu verschmelzen.In den frühesten Glühbirnen wurde ein elektrischer Lichtbogen verwendet, bis er durch glühende Filamente ersetzt wurde. Es wird immer noch in einigen modernen Glühlampen verwendet, wenn eine besonders helle Lichtquelle oder eine Lichtquelle erforderlich ist, die dem Sonnenlicht sehr nahe kommt. Die Farbe des Lichtbogens hängt von den Elektrodenmaterialien ab, sodass die Forscher das Spektrum eines Lichtbogens analysieren können, der von einem Elektrodenpaar erzeugt wird, um die Materialien in den Elektroden zu identifizieren.
Diese und andere Anwendungen zeigen, dass Lichtbögen, die durch Kurzschlüsse verursacht werden, gefährlich sein können, aber nicht immer schlecht sind.
