短路的損害怎么通過電路設計進行規避

短路

先來了解一下短路的一些基本知識，短路是兩個給負載供電的引腳間的無意連接。在交流和直流電路中都會發生，如果是交流的話短路會影響一整個區域的供電，但從供電站到房屋內有許多級的保險絲和過載保護電路。如果是電池這樣的直流源，則短路會使電池過熱，且電池放電會更快。某些極端情況下電池甚至會爆炸。有多種電路來避免短路，也有許多種保險絲來應對過載保護。

本例我們來設計并學習一種簡單的低壓直流短路保護電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運行，并保護其免受電路其它部分的影響。

短路的基本類型

1、電源短路

即電流不經過任何用電器，直接由正極經過導線流回負極。特別容易燒壞電源。

由于電源內阻Ro較小，短路電流Is較大，電源的端電壓為0，這時電源的電動勢全部降在內阻上。短路電流可能使電源遭受機械的與熱的損傷或毀壞，短路時電源所產生的電能全被內阻所消耗，短路通常是一種嚴重事故，應該盡力預防。

2、用電器短路

也叫部分電路短路。即一根導線接在用電器的兩端（電流表并聯，閉合的開關并聯），此用電器被短路，容易產生燒毀其他用電器的情況。

3、三相系統短路

三相系統中發生的短路有4種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中，除三相短路時，三相回路依舊對稱，因而又稱對稱短路外，其余三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的90%。在中性點非直接接地的電力網絡中，短路故障主要是各種相間短路。

短路的損害如何通過電路設計進行規避

我們來設計并學習一種簡單的低壓直流短路保護電路。該電路的作用是為了讓微控電路更加安全的運行，并保護其免受電路其它部分的影響。

1、所需元器件

SK100B PNP三極管 x 1

BC547B NPN三極管 x 1

1kΩ電阻 x 1

10kΩ電阻 x 1

330Ω電阻 x 1

470Ω電阻 x 1

6V直流電源 x 1

2、SK100B PNP三極管

三極管凸起處的為射極，中間為基極，最后是基極。

3、BC547B NPN三極管

4、短路保護電路

最常見的短路就是電池的正負引腳用一個低阻值的導體連接，比如導線等。這種情況下電池可能會起火甚至會爆炸。許多手機電池起火往往是這樣發生的。

為了避免短路，我們需要加入短路保護電路。短路保護電路會分流一部分電流或切斷電路與電源間的連接。

有時候我們使用一些有故障的家用電器比如烤箱，熨斗時會出現斷電或火花。這是因為電路某處電流過大，這可能會導致漏電或起火等。為了避免這樣的損失，我們常用保險絲或斷路器。短路情況下保險絲或電路器會將房屋電源切斷。熔絲斷路器電路也是一種短路保護電路，其中低阻值的導線會在大電流下熔斷，從而切斷供電。

5、電路圖

6、短路保護電路的工作原理

以上短路保護電路由兩個三極管電路組成，一個是BC547 NPN三極管的電路，一個是SK100B PNP三極管的電路。電源輸入為5V的直流電源，既可以用電池也可以用變壓器實現。

電路的工作原因很簡單，當綠色LED燈D1亮起，意味著電路正常工作且無損壞風險。紅色LED燈D2亮起時則意味著有短路發生。

當電源打開的時候，三極管Q1偏置導通，LED燈D1亮起。這段時間內因為沒有短路所以紅色LED燈D2關閉。

綠色LED燈D1的亮起同樣意味著電源電壓與輸出電壓近乎相等。

仿真電路中我們利用輸出端的一個開關創造一次“短路”。當短路發生時，輸出電壓跌至0V，Q1基極電壓為0V所以不再導通。三極管Q2的集極電壓同樣跌至0V也不再導通。

所以現在電流開始沿著短路路徑（穿過開關）傳輸，流經紅色LED燈D2至地。而此時D2因為正向偏置所以開始導通，LED亮起提示短路，且電流被轉向D2，而非損害整個電路。

短路原因有哪些？

1、元件損壞

短路往往是由于絕緣損壞或接線不慎所引起的。例如設備絕緣材料老化，設計、制造、安裝、維護不良等造成的設備缺陷發展成為短路。

2、氣象條件影響

例如雷擊過后造成的閃爍放電，由于風災引起架空線斷線和導線覆冰引起電線桿倒塌等。

3、人為破壞

例如工作人員帶負荷拉閘，檢修線路或設備時未排除接地線合閘供電，運行人員的誤操作，偷電線和美國的科索沃戰爭、伊拉克戰爭時使用的碳纖維彈。

4、其他原因

挖溝損傷電纜，鳥獸風箏跨接在載流裸導體上等。

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