Короткое замыкание

Определение

Короткое замыкание (КЗ) — соединение двух точек цепи с разным потенциалом путём, не предусмотренным схемой, при котором ток обходит потребителя и ограничивается только сопротивлением проводов и источника.

Назначение

Своего назначения не имеет: это всегда дефект. Понятие существует потому, что вся система защиты автомобиля построена именно вокруг него — номиналы предохранителей, сечения проводов и точки установки защиты рассчитаны исходя из тока КЗ.

Расположение

Возникает там, где изоляция механически нагружена или нагрета: переходы жгута через кузов, места крепления хомутами, участки у выпускного коллектора, двери и капот, места после кузовного ремонта и установки дополнительного оборудования.

Устройство

Собственного устройства не имеет, но имеет три различимые формы, и путать их нельзя — они диагностируются по-разному.

  КЗ НА МАССУ         плюсовой провод касается кузова
                      самая частая форма, ток максимален

  КЗ МЕЖДУ ПРОВОДАМИ  две цепи соединены между собой
                      питание попадает туда, где его не ждут

  КЗ ВНУТРИ УЗЛА      межвитковое в обмотке, пробой в потребителе
                      ток вырос, но не до срабатывания защиты

Третья форма самая коварная: цепь остаётся частично работоспособной, предохранитель может не перегорать, а узел уже неисправен.

Входы

Разность потенциалов между точками, которые не должны быть соединены, и путь с малым сопротивлением между ними.

Выходы

Ток, превышающий расчётный для этой цепи, и рассеиваемая на проводе мощность.

Принцип работы

Ток в цепи определяется законом Ома: I = U / R. При исправной цепи основное сопротивление создаёт потребитель — лампа, мотор, обмотка. Если ток находит путь в обход потребителя, из знаменателя исчезает главное слагаемое, и остаются только десятые доли ома проводов и источника.

  Исправная цепь:    12 В / 4 Ом (лампа 36 Вт)   ≈ 3 А
  КЗ на массу:       12 В / 0.05 Ом (провод)     ≈ 240 А

Отсюда механизм повреждения, который и делает КЗ опасным: мощность, выделяемая на проводе, растёт как квадрат тока (P = I²R). Восьмидесятикратный рост тока даёт рост нагрева в тысячи раз. Провод, спокойно несущий 3 А, при 240 А разогревается до плавления изоляции за секунды — быстрее, чем человек успевает заметить проблему.

Следствие: защита должна срабатывать раньше, чем нагреется провод. Именно поэтому предохранитель подбирается под сечение провода, а не под потребитель.

Типичные неисправности

Причина	Механизм	Характер проявления
Протёртая изоляция на кузове	Вибрация, отсутствие защитной гофры	Постоянное или появляющееся на кочках
Оплавленная изоляция	Близость к выпуску, перегрев от перегрузки	Постоянное, часто с запахом
Влага в разъёме	Нарушенное уплотнение, мойка двигателя	Плавающее, зависит от погоды
Ошибка монтажа доп. оборудования	Питание взято без защиты, зажат провод	Появилось сразу после установки
Межвитковое в обмотке	Старение изоляции провода обмотки	Защита не срабатывает, узел греется
Закушенный провод при сборке	Кузовной ремонт, снятие узлов	Появилось сразу после работ

Типичные симптомы

Перегорает предохранитель — сразу при включении или через время; перегорает повторно после замены; греется провод или колодка; появляется запах горелой изоляции; несколько потребителей одной цепи отказывают одновременно.

Отдельный признак КЗ между проводами: потребитель включается сам, без своего выключателя, — питание пришло из чужой цепи.

Диагностика

  Сопротивление цепи до массы при отключённой нагрузке
       норма — сотни кОм и выше
       единицы Ом и меньше — КЗ на массу

  Ток в цепи в сравнении с расчётным
       превышение — перегрузка или частичное КЗ

  Локализация: деление цепи пополам расстыковкой разъёмов
       после каждой расстыковки — повторный замер

Ключевой критерий, отделяющий КЗ от перегрузки: перегрузка даёт превышение тока в разы, КЗ — в десятки и сотни раз. Предохранитель при перегрузке перегорает через минуты, при КЗ — мгновенно.

Процедура поиска, включая метод деления цепи и работу с лампой вместо предохранителя, — перегорает предохранитель: как найти короткое замыкание.

Заблуждения

«Предохранитель перегорел — значит был КЗ». Не обязательно. Он перегорает и от перегрузки (заклинивший мотор, слишком мощная лампа), и от старения самой вставки после многих циклов нагрева. Различаются эти причины по величине тока, а не по факту перегорания.

«Поставлю предохранитель побольше — перестанет перегорать». Перестанет. Вместо вставки роль предохранителя начнёт исполнять провод — самый тонкий участок цепи. Это и есть механизм большинства пожаров в электрике автомобиля.

«КЗ — это всегда искры и дым». Внутреннее межвитковое замыкание протекает без внешних признаков: ток вырос недостаточно для срабатывания защиты, но узел уже не работает как должен.

«Если предохранитель целый, КЗ нет». Целый предохранитель исключает только КЗ с большим током в защищённой им цепи. Замыкание сигнальной линии на массу тока почти не даёт и защиту не тревожит, а сигнал разрушает полностью.

Связанные понятия

• Предохранитель — защита, рассчитанная именно на ток КЗ
• Проводка — то, что при КЗ становится нагревательным элементом
• Масса автомобиля — вторая точка самой частой формы замыкания