tegoed: Exploratorium Maak je eigen kortsluitingsexperiment met een batterij en een stuk geleidende draad.In residentiële bedrading, de term kortsluiting kan worden gedefinieerd als elke situatie waarin de stroom in de gevestigde bedrading van een circuit in plaats daarvan wordt omgeleid naar een onverwacht pad dat geen weerstand heeft. Het is in wezen een situatie waarin elektrische stroom "lekt" buiten de gevestigde bedrading en stroomt waar het niet is bedoeld. De term "kortsluiting" is eigenlijk vrij nauwkeurig, omdat deze onbedoelde, toevallige route inderdaad een circuit is dat "korter" is dan een standaard circuit - de huidige stroom omzeilt de circuitdraden om een kortere weg naar zijn uiteindelijke bestemming te vestigen.
Volgens deze definitie kan een aardlek technisch gezien worden als een type kortsluiting, een waarbij de stroom in een hete draad een korter pad naar aarde vindt. In de wereld van de elektricien voor thuisbedrading is de term kortsluiting meestal gereserveerd om de situatie te beschrijven wanneer een hete draad direct een neutrale draad.
- EEN aardlek treedt op in residentiële circuits wanneer een hete draad contact maakt met de aarddraad of een geaard element, zoals een metalen kast, en elektriciteit stroomt dan onmiddellijk naar de aarde. Een enorme hoeveelheid stroom vloeit tijdens een aardlek, voldoende om elektrocutie en branden te veroorzaken. Het gevaar van elektrocutie treedt op als een persoon in contact staat met dat grondpad waardoor de stroom vloeit.
- EEN kortsluiting treedt op wanneer de hete draad contact maakt met de neutrale draad zonder door een weerstandsbelasting te gaan. Een enorme hoeveelheid stroom vloeit ook tijdens een kortsluiting en het kan voldoende warmte genereren om een brand te veroorzaken, maar het veroorzaakt zelden elektrocutie. De reden waarom dit niet het geval is, is dat de stroom binnen het elektrische circuit blijft en niet weglekt, zoals bij een aardlek. Dat wil echter niet zeggen dat een short geen blessures kan veroorzaken.
Kortsluitingsexperiment
U kunt zelf een kortsluiting aantonen met een 6-volt batterij, een korte lengte van 12-gauge elektrische draad en een geïsoleerde tang. Buig de draad in een U-vorm zodat deze beide batterijpolen tegelijkertijd kan raken. Houd de draad vast met de tang en raak de contactpunten aan. Afhankelijk van de staat van de batterij, zult u waarschijnlijk vonken zien en wanneer u de draad verwijdert, zult u merken dat zowel de batterij als de batterij heet zijn. (Opmerking: Doe dit experiment niet met een grotere batterij, zoals een 12-volt autobatterij, omdat deze kan worden beschadigd.)
U hebt een kortsluiting gemaakt door een pad met lage weerstand te bieden voor elektriciteit die rechtstreeks tussen de batterijpolen stroomt. De gelijkstroom genereerde weerstandswarmte in de draad, en als hetzelfde zou gebeuren in uw 120-volt wisselstroomcircuit, zou de hitte waarschijnlijk voldoende zijn geweest om de draadisolatie te smelten. Dat is gevaarlijk, maar niet zo gevaarlijk als de elektrische vonken die tussen de draden zouden zijn opgetreden.
tegoed: Shedu / iStock / GettyImages Boogschieten heeft veel gemeen met cloud-to-cloud-bliksem.Het grootste gevaar van kortsluiting is elektrische vonken, die optreedt wanneer de geleiders elkaar niet raken, maar dichtbij genoeg zijn om elektriciteit over de luchtspleet te laten springen die hen scheidt. De resulterende vonken zijn in feite bliksem, en net als bliksem, kunnen ze de lucht verhitten tot belachelijk hoge temperaturen vergelijkbaar met die op het oppervlak van de zon. Ze kunnen metaal verdampen, dus iedereen in de buurt van een vlamboog kan ernstig gewond raken of gedood worden.
Hoe een kortsluiting optreedt
De hete draad in wooncircuits draagt de elektrische lading van de stroombron en de neutrale draad voert de lading terug naar de bron. De elektriciteit in de hete draad probeert constant terug te keren naar de bron of naar de aarde, volgens de route die wordt bepaald door de draden van het warme en neutrale circuit en alle lampen, verlichtingsarmaturen of apparaten die op dat circuit zijn aangesloten. Zolang deze stroom beperkt is tot draden die door isolatie worden beschermd, zijn er geen problemen. De elektriciteit wordt effectief getemd door bedrading die weerstand biedt tegen de ongecontroleerde stroom van elektriciteit.
Elk elektrisch apparaat heeft de elektriciteit nodig om te werken, en dat werk houdt elektrische weerstand in, die de stroom beperkt. Maar als de hete draad de neutrale draad raakt zonder door een belasting te gaan, wordt de weerstand plotseling erg laag, en dat maakt de stroom zeer hoog.
- Technische notitie: Omdat de spanning (V) in een wooncircuit een constante 120 volt is, hebben stroom (I) en weerstand (R) een omgekeerde relatie volgens de wet van Ohm, V = IR.
Deze plotselinge ongehinderde stroom van de hete draad naar het neutrale pad, onderbroken door geen weerstand te bieden aan belastingen, is wat bekend staat als een kortsluiting. Kortsluiting kan om verschillende redenen optreden:
- De isolatie tussen de warme en neutrale draden kan vanaf de leeftijd dun worden gedragen, waardoor de draden contact kunnen maken.
- Een slecht aangesloten hete of neutrale draad kan loskomen van een lamp of stopcontact en de andere aanraken.
- Op een natte plug kan elektriciteit door het water van de ene naar de andere tand reizen.
- Een elektrische draad kan schade oplopen waardoor de draden bloot komen te liggen en de warme draad de neutrale kan raken.
- De interne bedrading van een apparaat kan defect zijn, waardoor de interne hete draad en de neutrale draad elkaar kunnen raken. Als u een lamp of ander apparaat aansluit en vonken of een geactiveerde stroomonderbreker ervaart, kan er een kortsluiting in het apparaat zelf optreden.
tegoed: itsarasak thithuekthak / iStock / GettyImages Door kortsluiting te veroorzaken kunnen stekkers en stopcontacten smelten.Er zijn meestal vonken wanneer een kortsluiting optreedt, omdat de draden niet permanent in contact staan. De vonken genereren voldoende warmte om plastic apparaten, zoals stopcontacten, schakelaars en stekkers, te smelten en om ontvlambare materialen in de buurt te ontsteken.
Veiligheidsinrichtingen die schade door kortsluiting voorkomen
Elk huis heeft een stroomonderbrekingspaneel en de stroomonderbrekers zijn ontworpen om abnormaal hoge stroomstromen te detecteren en de stroom af te sluiten wanneer ze dat doen. Als een circuit een kortsluiting heeft, wordt de stroomonderbreker geactiveerd en kunt u deze niet resetten totdat u de kortsluiting vindt en deze oplost. Een GFCI-uitgang (aardlekstroomonderbreker) of stroomonderbreker is primair ontworpen om stroomafwijkingen te detecteren die verband houden met aardfouten, maar deze zal, net als alle stroomonderbrekers, ook worden uitgeschakeld als er een kortsluiting optreedt.
tegoed: Elite-analyse AFCI-stroomonderbrekers en -uitgangen detecteren de oorzaak van de vlamboog door kortsluiting en doden de stroom.Geen van deze apparaten is zo gevoelig voor kortsluiting als een AFCI-uitgang (stroomonderbreker) of stroomonderbreker. Het vonken van een kortsluiting is meestal intermitterend en een GFCI of een conventionele stroomonderbreker kan het missen. Een AFCI is echter verwaardigd om de specifieke signaalafwijking veroorzaakt door boogvorming te detecteren en wordt uitgeschakeld zodra dit gebeurt. Om deze reden vereist de elektrische code in toenemende mate AFCI-verkooppunten op strategische locaties in huizen en commerciële instellingen. Veel fabrikanten bieden nu GFCI / AFCI-combinatieuitgangen en stroomonderbrekers aan.
Elektrische vonken zijn niet altijd slecht
Als u de warmte kunt regelen die wordt gegenereerd tijdens een boogflits, kunt u deze voor verschillende doeleinden gebruiken. Dat is het principe achter boog- en weerstandslassen.
In een basisbooglascircuit is het te lassen metaal - het werk - via een draad verbonden met een stroombron waarmee de lasstaaf ook is verbonden. Wanneer de lasser de stang dicht genoeg bij het werk beweegt, treedt er een kortsluiting op die ervoor zorgt dat er stroom tussen de stang en het werk ontstaat. Dit genereert temperaturen in het bereik van 6500 graden Fahrenheit, die heet genoeg zijn om het metaal te smelten zodat het kan versmelten met een ander stuk metaal dat zich ook binnen het bereik van de boog bevindt.
tegoed: EXTREME-PHOTOGRAPHER / iStock / GettyImages Lassers gebruiken de warmte van elektrische vonken om metaal te smelten.Elektrische vonken werden in de vroegste gloeilampen gebruikt totdat deze werden vervangen door gloeiende gloeidraden. Het wordt nog steeds gebruikt in sommige moderne gloeilampen wanneer een bijzonder heldere lichtbron, of een die het licht van de zon nauw benadert, vereist is. De kleur van de boog is afhankelijk van de elektrodematerialen, dus onderzoekers kunnen het spectrum van een boog analyseren dat door een paar elektroden is gecreëerd om de materialen in de elektroden te identificeren.
Deze en andere toepassingen laten zien dat elektrische vonken veroorzaakt door kortsluiting gevaarlijk kunnen zijn, maar dat is niet altijd slecht.
