短路在各種電路中應(yīng)用的探究

王鐵靜

（廣東省南方技師學(xué)院）

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短路在各種電路中應(yīng)用的探究

王鐵靜

（廣東省南方技師學(xué)院）

摘要：短路既可能產(chǎn)生危害，也可以在許多實(shí)際應(yīng)用電路中得以充分利用。本文從短路的定義、短路電路分析、短路產(chǎn)生的原因及防護(hù)措施、短路的應(yīng)用等方面進(jìn)行全面闡述，以便電工專業(yè)技術(shù)人員在實(shí)際應(yīng)用中更好地掌握其不利和有利的一面。

關(guān)鍵詞：短路；電路分析；危害及防護(hù)；典型應(yīng)用

0 引言

短路是電路的三種工作狀態(tài)之一，是電工專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的基本概念。在實(shí)際應(yīng)用中，既要防止電路因短路而產(chǎn)生的危害的發(fā)生，更要充分掌握其可以利用的一面。筆者根據(jù)多年的電工從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，從短路的定義、短路電路分析、產(chǎn)生的原因、防護(hù)措施及應(yīng)用等方面進(jìn)行全面闡述，以幫助電工專業(yè)技術(shù)人員更好地理解和掌握這一點(diǎn)。

1 短路的定義

短路是指電路或電路中的一部分被短接。如負(fù)載與電源兩端被導(dǎo)線連接在一起，就稱為短路，短路時(shí)電源提供的電流將比通路時(shí)提供的電流大得多，一般情況下不允許短路，如果短路，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞電源或設(shè)備。

2 短路電路的分析

從短路的定義中可以看出，短路一般分為兩種情況：電源短路和負(fù)載短路。

2.1 電源短路

如圖1所示，電源兩端a、b之間用導(dǎo)線連接導(dǎo)致電源被短路。

其特征如下：

Uab=0

I=Is=E/R0（Is為短路電流）

P=△P=R0I2

P=0

由于電源內(nèi)阻R0較小，短路電流Is較大，電源的端電壓為0，這時(shí)電源的電動(dòng)勢(shì)全部降在內(nèi)阻上。

圖1　電源短路

短路電流可能使電源遭受機(jī)械的與熱的損傷或毀壞，短路時(shí)電源所產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗，短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。

2.2 負(fù)載短路

如圖2所示，負(fù)載R2兩端被導(dǎo)線連接而被短路。短路前電路中電流：I1=E/（R0+ R1+ R2）

圖2　負(fù)載短路

Uab=I1R2

短路后電路中電流：

I2=E/（R0+ R1）

Uab=0

可以發(fā)現(xiàn)：R2短路后，勢(shì)必造成電路中的電流變大，R2無(wú)法工作。如果此時(shí)電路的實(shí)際電流超過(guò)R1的額定電流，則可能導(dǎo)致R1損壞。

3 短路產(chǎn)生的原因及防護(hù)措施

3.1 短路產(chǎn)生的原因

短路往往是由于絕緣損壞或接線不慎所引起的。有時(shí)由于操作不當(dāng)亦可引起短路。

3.2 短路的防護(hù)措施

經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況是一項(xiàng)很重要的安全措施。此外，為了防止短路事故所引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或空氣斷路器，以便短路發(fā)生時(shí)，能迅速將故障電路自動(dòng)切除。

4 短路的典型應(yīng)用

并非所有短路都是壞事，有時(shí)還需要利用短路來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)或者工作。具體應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。

4.1 短路在保護(hù)接零系統(tǒng)（TN系統(tǒng)）中的應(yīng)用

在圖3中，設(shè)備外殼通過(guò)保護(hù)線與線路中N線作電氣上的可靠連接，當(dāng)設(shè)備的外殼與帶電體相碰（漏電）時(shí)，保護(hù)線起到制造短路的作用。電流將從設(shè)備外殼經(jīng)由零線流回中性點(diǎn)。由于零線電阻很小，所以這一短路電流很大，而經(jīng)由人體到中性點(diǎn)的這條通路電阻很大，電流幾乎為零。由此產(chǎn)生的大電流迫使線路中的保護(hù)元件動(dòng)作（如熔斷器或斷路器跳閘），使設(shè)備迅速脫離電源，從而避免觸電事故的發(fā)生。而且總希望此時(shí)短路電流越大越好，因?yàn)槎搪冯娏髟酱螅Ｗo(hù)元件動(dòng)作越快。可見(jiàn)在這種情況下，就是依靠短路電流達(dá)到保護(hù)的目的。

4.2 短路在電流互感器運(yùn)行中的應(yīng)用

電流互感器主要用來(lái)擴(kuò)大測(cè)量交流電流量程，也是為了使測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔開(kāi)，以保證人身與設(shè)備的安全。其接線圖如圖4所示。

圖4　電流互感器的接線圖

圖3　保護(hù)接零系統(tǒng)中短路的應(yīng)用

運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)絕對(duì)不允許開(kāi)路。因?yàn)樗囊淮卫@組是與負(fù)載串聯(lián)的，其中電流I1的大小取決于負(fù)載的大小。如果二次繞組電路斷開(kāi)，二次繞組的電流和磁通勢(shì)立即消失，但一次繞組的電流I1未變。這時(shí)鐵心內(nèi)的磁通全由一次繞組的磁通勢(shì)N1I1產(chǎn)生，結(jié)果造成鐵心內(nèi)很大的磁通（因?yàn)榇藭r(shí)二次繞組的磁通勢(shì)為零，不能對(duì)一次繞組的磁通勢(shì)起去磁作用了）。一方面使鐵心損耗急劇增加，造成鐵心過(guò)熱，燒毀繞組；另一方面在二次繞組上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì), 可能使絕緣擊穿，并危及設(shè)備和人身安全。因此，二次側(cè)繞組不能接熔斷器，如果需要拆除運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)的儀表如電流表、電能表等之前，必須先將其二次側(cè)短路。此時(shí)的短路不僅是允許的，而且是必須的。

4.3 短路在電力變壓器負(fù)載試驗(yàn)中的應(yīng)用

變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。電力變壓器在投入運(yùn)行前或在運(yùn)行過(guò)程中，需要進(jìn)行一些試驗(yàn)，以保證電力變壓器安全運(yùn)行。試驗(yàn)項(xiàng)目包括：變壓器油的簡(jiǎn)化試驗(yàn)、絕緣吸收比試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、空載試驗(yàn)及負(fù)載試驗(yàn)。其中負(fù)載試驗(yàn)的目的是測(cè)量變壓器的負(fù)載損耗PK和阻抗電壓UK，以檢查繞組實(shí)際結(jié)構(gòu)是否符合技術(shù)要求。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將二次繞組短路（見(jiàn)圖5），通過(guò)調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓，使得一次側(cè)的電流等于額定電流，這時(shí)電壓表V的讀數(shù)就是變壓器的阻抗電壓UK，功率表W測(cè)出的一次輸入功率就是變壓器的負(fù)載損耗PK。

圖5　變壓器負(fù)載試驗(yàn)接線圖

負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，由于二次側(cè)處于短路狀態(tài)，負(fù)載阻抗等于零，輸出功率也等于零，而在二次繞組中流過(guò)的電流恰好等于額定值，所以輸入功率都為變壓器自身所損耗。同時(shí)，試驗(yàn)時(shí)加在一次繞組上的電壓UK很低，一般僅為額定電壓UN的5％～10％之間，因?yàn)殡妷旱?，鐵心中的主磁通也很少，僅為額定工作磁通的百分之幾，所以鐵耗PFe很小，因此變壓器的負(fù)載損耗幾乎就是變壓器繞組的銅耗Pcu。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前應(yīng)用較廣的交流弧焊機(jī)，其工作原理就是在焊接過(guò)程中，利用電焊條與被焊接件接觸瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，形成短路電流，從而使焊條熔化，達(dá)到焊接的目的。另外，有時(shí)為了某種需要，例如調(diào)節(jié)電路中的電壓或電流，也常常將電路中某段電路短路。

短路猶如其他任何事物一樣都具有雙面性，除了要防止其危害，更要重視其作用。除了本文所列的幾處作用外，還有其他很多用途。只要根據(jù)實(shí)際需要加以好好利用，對(duì)電路的研究、檢測(cè)、維修均可帶來(lái)極大的方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 段盛開(kāi),陳學(xué)軍.電工基礎(chǔ)[M].廣州: 世界圖書(shū)出版廣東有限公司,2011.

[2] 陶健,耿一波.實(shí)用電工電子技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2011.

[3] 邵展圖.電工學(xué)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007.

[4] 秦曾煌.電工學(xué)/上冊(cè)/電工技術(shù)[M].7版.北京：高等教育出版社,2009.

[5]技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編審委員會(huì).電工工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.