Was passiert, wenn ein Widerstand kurzgeschlossen wird?

Was passiert, wenn ein Widerstand kurzgeschlossen wird?

Ein Kurzschluss ist eine abnormale Verbindung zwischen zwei Knoten eines Stromkreises, die für unterschiedliche Spannungen ausgelegt sind. Dies führt dazu, dass der elektrische Strom nur durch den Thevenin-Ersatzwiderstand des restlichen Netzes begrenzt wird, was zu Stromkreisschäden, Überhitzung, Feuer oder Explosion führen kann. Obwohl es sich in der Regel um einen Fehler handelt, gibt es Fälle, in denen Kurzschlüsse absichtlich herbeigeführt werden, beispielsweise zum Schutz der Schlagkreise von Spannungssensoren.

In der Schaltungsanalyse wird ein Kurzschluss als eine Verbindung zwischen zwei Knoten definiert, die dazu führt, dass diese auf der gleichen Spannung liegen. Bei einem „idealen“ Kurzschluss bedeutet dies, dass es keinen Widerstand gibt und daher kein Spannungsabfall in der Verbindung auftritt. In realen Stromkreisen ergibt sich eine nahezu widerstandsfreie Verbindung. In einem solchen Fall wird der Strom nur durch den Widerstand des restlichen Stromkreises begrenzt.

Zum Beispiel: Eine häufige Art von Kurzschluss tritt auf, wenn die Plus- und Minuspole einer Batterie mit einem Leiter mit niedrigem Widerstand, beispielsweise einem Kabel, verbunden sind. Bei geringer Verbindungskraft fließt ein hoher Strom, der dazu führt, dass in kurzer Zeit eine große Energiemenge abgegeben wird.

Ein hoher Strom, der durch eine Batterie fließt, kann zu einem schnellen Temperaturanstieg führen, der zu einer Explosion mit der Freisetzung von Wasserstoffgas und Elektrolyten (Säure oder Base) führen kann, die das Gewebe verbrennen und zur Erblindung oder sogar zum Tod führen können. Überlastete Drähte werden überhitzen, wodurch die Drahtisolierung beschädigt wird oder ein Brand entsteht. Hochstrombedingungen können auch bei Elektromotorlasten im stationären Zustand auftreten, beispielsweise wenn der Rotor einer elektrisch angetriebenen Pumpe durch Schmutz blockiert ist; Das ist nicht kurz, obwohl es einige ähnliche Auswirkungen haben kann.

In elektrischen Geräten kommt es im Allgemeinen zu unbeabsichtigten Kurzschlüssen, wenn die Isolierung eines Kabels durchbricht oder wenn ein anderes Hauptmaterial eingeführt wird, wodurch die Last auf einem anderen als dem gewünschten Weg fließen kann.

In Netzstromkreisen können Kurzschlüsse zwischen zwei Phasen, zwischen Phase und Neutralleiter oder zwischen Phase und Erde auftreten. Es ist wahrscheinlich, dass solche Kurzschlüsse einen sehr hohen Strom erzeugen und daher schnell einen Überstromschutz auslösen. Allerdings kann es zu Kurzschlüssen zwischen Neutralleitern und Erde sowie zwischen zwei Leitern derselben Phase kommen.

Diese Kurzschlüsse können gefährlich sein, insbesondere weil sie keinen hohen Strom erzeugen können und daher weniger wahrscheinlich entdeckt werden. Zu den möglichen Auswirkungen gehört die unerwartete Aktivierung eines Stromkreises, der isoliert werden soll. Um die negativen Auswirkungen von Kurzschlüssen zu reduzieren, sind Energieverteilungstransformatoren bewusst so ausgelegt, dass sie eine gewisse Streureaktanz aufweisen. Der Ableitwiderstand (normalerweise etwa 5 bis 10 % der gesamten Lastimpedanz) trägt dazu bei, sowohl die Größe als auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Fehlerstroms zu begrenzen.

Ein Kurzschluss kann zur Entstehung eines Lichtbogens führen. Der Lichtbogen, ein Kanal aus heißem ionisiertem Plasma, ist sehr leitfähig und kann auch dann bestehen bleiben, wenn erhebliche Mengen des ursprünglichen Materials aus den Leitern verdampft sind. Oberflächenerosion ist ein typisches Zeichen für eine Schädigung des Lichtbogens. Selbst kurze Federn können erhebliche Materialmengen von den Elektroden entfernen.

Die Temperatur des entstehenden Lichtbogens ist sehr hoch (Zehntausende Grad Fahrenheit), was dazu führt, dass das Metall auf den Kontaktflächen schmilzt, mit dem Strom verfischt und wandert und in Form feiner Pulver in die Luft entweicht.

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