短路在各种电路中应用的探究

王铁静

（广东省南方技师学院）



短路在各种电路中应用的探究

王铁静

（广东省南方技师学院）

摘要：短路既可能产生危害，也可以在许多实际应用电路中得以充分利用。本文从短路的定义、短路电路分析、短路产生的原因及防护措施、短路的应用等方面进行全面阐述，以便电工专业技术人员在实际应用中更好地掌握其不利和有利的一面。

关键词：短路；电路分析；危害及防护；典型应用

0 引言

短路是电路的三种工作状态之一，是电工专业技术人员必须掌握的基本概念。在实际应用中，既要防止电路因短路而产生的危害的发生，更要充分掌握其可以利用的一面。笔者根据多年的电工从业经验，从短路的定义、短路电路分析、产生的原因、防护措施及应用等方面进行全面阐述，以帮助电工专业技术人员更好地理解和掌握这一点。

1 短路的定义

短路是指电路或电路中的一部分被短接。如负载与电源两端被导线连接在一起，就称为短路，短路时电源提供的电流将比通路时提供的电流大得多，一般情况下不允许短路，如果短路，严重时会烧坏电源或设备。

2 短路电路的分析

从短路的定义中可以看出，短路一般分为两种情况：电源短路和负载短路。

2.1 电源短路

如图1所示，电源两端a、b之间用导线连接导致电源被短路。

其特征如下：

Uab=0

I=Is=E/R0（Is为短路电流）

P=△P=R0I2

P=0

由于电源内阻R0较小，短路电流Is较大，电源的端电压为0，这时电源的电动势全部降在内阻上。

图1　电源短路

短路电流可能使电源遭受机械的与热的损伤或毁坏，短路时电源所产生的电能全被内阻所消耗，短路通常是一种严重事故，应该尽力预防。

2.2 负载短路

如图2所示，负载R2两端被导线连接而被短路。短路前电路中电流：I1=E/（R0+ R1+ R2）

图2　负载短路

Uab=I1R2

短路后电路中电流：

I2=E/（R0+ R1）

Uab=0

可以发现：R2短路后，势必造成电路中的电流变大，R2无法工作。如果此时电路的实际电流超过R1的额定电流，则可能导致R1损坏。

3 短路产生的原因及防护措施

3.1 短路产生的原因

短路往往是由于绝缘损坏或接线不慎所引起的。有时由于操作不当亦可引起短路。

3.2 短路的防护措施

经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。此外，为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或空气断路器，以便短路发生时，能迅速将故障电路自动切除。

4 短路的典型应用

并非所有短路都是坏事，有时还需要利用短路来实现保护或者工作。具体应用有以下几个方面。

4.1 短路在保护接零系统（TN系统）中的应用

在图3中，设备外壳通过保护线与线路中N线作电气上的可靠连接，当设备的外壳与带电体相碰（漏电）时，保护线起到制造短路的作用。电流将从设备外壳经由零线流回中性点。由于零线电阻很小，所以这一短路电流很大，而经由人体到中性点的这条通路电阻很大，电流几乎为零。由此产生的大电流迫使线路中的保护元件动作（如熔断器或断路器跳闸），使设备迅速脱离电源，从而避免触电事故的发生。而且总希望此时短路电流越大越好，因为短路电流越大，保护元件动作越快。可见在这种情况下，就是依靠短路电流达到保护的目的。

4.2 短路在电流互感器运行中的应用

电流互感器主要用来扩大测量交流电流量程，也是为了使测量仪表与高压电路隔开，以保证人身与设备的安全。其接线图如图4所示。

图4　电流互感器的接线图

图3　保护接零系统中短路的应用

运行中的电流互感器二次侧绝对不允许开路。因为它的一次绕组是与负载串联的，其中电流I1的大小取决于负载的大小。如果二次绕组电路断开，二次绕组的电流和磁通势立即消失，但一次绕组的电流I1未变。这时铁心内的磁通全由一次绕组的磁通势N1I1产生，结果造成铁心内很大的磁通（因为此时二次绕组的磁通势为零，不能对一次绕组的磁通势起去磁作用了）。一方面使铁心损耗急剧增加，造成铁心过热，烧毁绕组；另一方面在二次绕组上感应出很高的电动势, 可能使绝缘击穿，并危及设备和人身安全。因此，二次侧绕组不能接熔断器，如果需要拆除运行中的电流互感器二次侧的仪表如电流表、电能表等之前，必须先将其二次侧短路。此时的短路不仅是允许的，而且是必须的。

4.3 短路在电力变压器负载试验中的应用

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。电力变压器在投入运行前或在运行过程中，需要进行一些试验，以保证电力变压器安全运行。试验项目包括：变压器油的简化试验、绝缘吸收比试验、耐压试验、空载试验及负载试验。其中负载试验的目的是测量变压器的负载损耗PK和阻抗电压UK，以检查绕组实际结构是否符合技术要求。

实验时，将二次绕组短路（见图5），通过调压器调节电压，使得一次侧的电流等于额定电流，这时电压表V的读数就是变压器的阻抗电压UK，功率表W测出的一次输入功率就是变压器的负载损耗PK。

图5　变压器负载试验接线图

负载试验时，由于二次侧处于短路状态，负载阻抗等于零，输出功率也等于零，而在二次绕组中流过的电流恰好等于额定值，所以输入功率都为变压器自身所损耗。同时，试验时加在一次绕组上的电压UK很低，一般仅为额定电压UN的5％～10％之间，因为电压低，铁心中的主磁通也很少，仅为额定工作磁通的百分之几，所以铁耗PFe很小，因此变压器的负载损耗几乎就是变压器绕组的铜耗Pcu。

5 结束语

目前应用较广的交流弧焊机，其工作原理就是在焊接过程中，利用电焊条与被焊接件接触瞬间产生强烈的电弧，形成短路电流，从而使焊条熔化，达到焊接的目的。另外，有时为了某种需要，例如调节电路中的电压或电流，也常常将电路中某段电路短路。

短路犹如其他任何事物一样都具有双面性，除了要防止其危害，更要重视其作用。除了本文所列的几处作用外，还有其他很多用途。只要根据实际需要加以好好利用，对电路的研究、检测、维修均可带来极大的方便。

参考文献：

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