Анатомия короткого замыкания

Это была медленная автомобильная неделя с точки зрения BMW, так как мое свободное время было съедено заменой прохудившихся прокладок под габаритными огнями на крыше грузовика и заменой заклинившего суппорта на Corolla 2007 года выпуска моего младшего сына. Итак, вместо настоящей автомобильной работы на этой неделе я собираюсь поговорить с вами об автомобильных коротких замыканиях. Я объясню, как они являются функцией «хорошего» сопротивления, но в худшем из возможных мест.

Во-первых, мне нужно надеть шляпу профессора хак-механики и провести вам небольшой урок по основам работы электричества в автомобиле.

Электричество определяется как поток заряда. Вы можете запутаться в том, что на самом деле означают понятия «поток» и «заряд», но ради этого обсуждения мы будем использовать соглашение, согласно которому электрический ток течет от положительной клеммы батареи к «нагрузочному устройству», выполняющему работу (например, свет, электродвигатель) и завершает обратный путь, возвращаясь к отрицательной клемме аккумулятора. На небольших портативных устройствах со сменными батареями, таких как фонарик, подключения выполняются непосредственно к положительной и отрицательной клеммам батареи. Это показано на рисунке ниже.

Нагрузочное устройство, подобное лампочке, подключенной непосредственно к аккумулятору.

Если вы не работали с автомобилями, вы могли бы предположить, что они тоже подключены таким же образом, но на ранних этапах разработки автомобиля полезность использования металлического шасси автомобиля для одной ветви цепи стала очевидной, поскольку Таким образом, каждое устройство (каждый фонарь или двигатель) можно было подключить с помощью одного длинного провода к батарее и короткого провода к шасси. Первоначально некоторые производители заземляли положительную клемму, а другие - отрицательную (и положительная основа была не только у этих дурацких британцев; на удивление, Форд придерживался положительной точки зрения до середины 50-х годов), но в конечном итоге отрасль стандартизировалась на отрицательной основе. Таким образом, у подавляющего большинства транспортных средств на дороге отрицательный провод аккумуляторной батареи подключен к массе шасси. Отдельные провода передают электричество от «+» клеммы аккумулятора к каждому устройству, но почти каждое устройство имеет общий путь заземления через корпус. Это изображено для простой схемы на рисунке ниже.

Простая схема с нагрузочным устройством и заземлением шасси, используемым в качестве обратного пути.

Теперь давайте добавим в схему еще две вещи — предохранитель и выключатель. Таким образом, ток не будет течь через цепь до тех пор, пока переключатель не будет включен, и если цепь потребляет больше тока, чем должна, предохранитель перегорит, останавливая весь ток. Большинство (но определенно не все) цепей автомобиля выглядят примерно так.

Простая, но очень репрезентативная автомобильная схема с выключателем и предохранителем.

Когда мы говорим в автомобиле о «коротком замыкании» (или, короче, «коротком замыкании»), мы почти всегда имеем в виду наличие положительного провода, изоляция которого стерлась, в результате чего оголенная медь жилы внутри него случайно касаются земли, в результате чего схема обходит нагрузочное устройство, к которому подключен провод. (Существует такое понятие, как «короткое замыкание на питание», но замыкание на землю встречается гораздо чаще.) Два таких замыкания на землю показаны на рисунке ниже.

Допустим, провод, расположенный между предохранителем и нагрузочным устройством, протер свою изоляцию и касается кузова автомобиля. Это короткое замыкание №1, показанное зеленым цветом. В этом случае ток — МНОГО тока — внезапно потечет от положительного полюса аккумулятора через предохранитель, через провод и непосредственно на землю. Обратите внимание, что это произойдет, даже если переключатель на схеме показан разомкнутым — то есть это называется «коротким замыканием» именно потому, что он создает путь замыкания, который короче запланированного. Поскольку сила тока значительно превышает номинал предохранителя (поверьте, так и есть, и мы к этому еще вернемся), предохранитель перегорит почти мгновенно, прекращая протекание тока.

Короткое замыкание на массу в двух возможных местах.

Если вместо этого стертая изоляция окажется на участке провода перед предохранителем, произойдет короткое замыкание № 2 — красный путь. Как и в случае короткого замыкания № 1, внезапно потечет МНОГО тока, но на этом пути нет предохранителя, который мог бы перегореть, поэтому нет ничего, что могло бы остановить протекание тока. Это кошмарный сценарий — полное замыкание незамкнутой цепи на землю, что приводит к расплавлению изоляции, сгоранию провода и, возможно, возгоранию электропроводки. Даже если пожара нет, но если сгоревший провод пройдет через жгут, то, скорее всего, оплавится и изоляция соседних проводов в жгуте. Это беспорядок.