Короткое замыкание выглядит иногда довольно "весело" - вспышки, искры, выбитые автоматы и горелый запах или что-то такое. Но в учебниках оно описывается удивительно скучно. Отмечается лишь, что напряжение при коротком замыкании равно нулю и это, пожалуй, всё.
Но вопросов больше, чем ответов. Если напряжение будет ноль, откуда тогда берётся разрушительный ток, который плавит медь и прожигает металл? Понятно, что напряжение и сила тока связаны, но логика ломается на том месте, где мы видим нолик. Нет напряжения - не логично и само движение чего-то.
Опять-таки, если подставлять нули в закон Ома, то получается что-то совершенно нелогичное. Напряжение ниже, тогда и сопротивление вроде как ниже, а ток выше. Но если там ноль, то тогда и электрического тока быть не должно или маячит что-то совсем нелогичное, когда ноль в знаменателе - это ближе к бесконечному значению искомой величины. В общем, каша и безобразие. Или непонимание физики процесса?
Итак. Короткое замыкание по определению - это соединение двух точек цепи проводником с почти нулевым сопротивлением.
В идеальной физической модели сопротивление принимают равным строго нулю, и тогда напряжение между этими точками математически обязано быть нулевым. Это прямое следствие формулы.
Почему тогда ток не равен нулю и что-то в этой системе вообще происходит? Ведь очень приближенно (и, наверное, не очень правильно) можно сказать, что ток - это количество зарядов в проводнике, а напряжение - характеристика их движения.
На самом деле напряжение исчезает не во всей цепи, а только на участке короткого замыкания. Источник энергии всё равно продолжает создавать электродвижущую силу. Просто теперь вместо полезной нагрузки ток течёт по пути с минимальным сопротивлением. Ток на этом участке течёт не из-за напряжения на участке замыкания, а из-за напряжения в остальной цепи.
Это как если бы вода под давлением нашла огромную дыру в трубе. Давление на самой дыре почти нулевое, но поток через неё максимальный.
Ключ к пониманию проблемы - внутреннее сопротивление источника. Любой реальный источник электричества не идеален. Внутри него есть сопротивление проводников, химических процессов, трансформаторов и прочее. Когда цепь замыкается коротко, ток ограничивается именно этим внутренним сопротивлением. Напряжение на внешних клеммах падает почти до нуля, потому что вся энергия расходуется внутри источника. Она и сжигает его, если нет устройства защиты.
Формально ток короткого замыкания равен ЭДС источника, делённой на его внутреннее сопротивление.
Почему же инженеры спокойно пишут в расчётах, что напряжение при коротком замыкании равно нулю, если в реальности оно не совсем ноль?
Потому что физика любит идеализации. Настоящий провод имеет сопротивление, контакты нагреваются, на месте соединения появляются милливольты и даже вольты падения напряжения. Но по сравнению с сотнями киловольт в сети это ничтожно. В теории короткое замыкание - это математический предел, точка, к которой стремится система, когда сопротивление становится пренебрежимо малым.
Самое интересное, что короткое замыкание и опасно-то не из-за напряжения, а из-за тока. Именно ток нагревает проводники, расплавляет изоляцию и вызывает пожары. Напряжение в точке замыкания почти отсутствует, но энергия, выделяемая в виде тепла, огромна. Поэтому автоматические выключатели и предохранители реагируют на ток, а не на исчезновение напряжения. Для электросети это водопад из зарядов, которые пытаются разом пройти по слишком тонким проводам.
Теперь второй момент. Если сопротивление стремится к нулю, ток стремится к бесконечности, но в реальном мире бесконечностей не бывает. Вмешиваются сопротивления материалов, индуктивности, дуговые разряды, даже механическое разрушение проводников. Природа всегда ставит физический предел там, где математика рисует бесконечность.
В итоге фраза напряжение короткого замыкания равно нулю - это не про отсутствие энергии, а про то, как упрощают реальность, чтобы её можно было считать и понимать. На самом деле процесс куда сложнее и интереснее, а тут мы получаем некоторые допустимые приближения.
Кажется ничего не забыл, но если есть что дополнить или исправить по теме - комментарии вам в помощь!
👍 Не забывайте подписываться и ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами