Kısa devre

Kısa devre bir elektrik veya elektronik devrede bir hata sonucu direncin aşırı düşük olması olayıdır. Bu durumda devre aşırı akım çeker ve şayet koruma devresi yoksa, kaynağın arızalanması, aşırı sıcaklık ve yangın tehlikesi oluşur.

Kısa devrenin tanımı

Bir elektrik devresi ne kadar karmaşık olursa olsun, basit bir şekilde gösterilebilir. Fransız elektronik mühendisi Léon Charles Thévenin (1857–1926) tarafından geliştirilen ve adını taşıyan bir yöntemle, devre sadece iki elemana indirgenebilir. Bunlar, bir gerilim kaynağıyla, bütün yükleri ifade eden bir eşdeğer dirençtir. (Yükler direnç veya empedans olabilir.)

Devrenin görevi kaynağın ürettiği akımın bu yük üzerinde harcanmasıdır. Akan akım, kaynağın geriliminin yük direncine bölünmesiyle bulunur. Yük üzerinde harcanan güç ise kaynağın gerilimi ile akımın çarpımıyla verilir. Ohm yasasına göre,

$I={\frac {V}{R}}$

$P=V\cdot I={\frac {V^{2}}{R}}$

Burada P watt (W) cinsinden güç, V volt (V) cinsinden kaynak gerilimi, I amper (A) cinsinden akım şiddeti, R ohm (Ω) cinsinden dirençtir. Üreteç gücü de bu güç harcamasına uygun seçilir.

Elektrik devrelerinde kısa devrenin yol açtığı sorunlar

Gerilim kaynaklarının gerilimleri bellidir. Akım ise yük tarafından saptanır. Bir hata sonucu çok düşük dirençli bir paralel hattın oluşması, kaynaktan aşırı akım çekilmesi ve kısa devre hattı üzerinde aşırı bir güç harcanması sonucunu doğurur. Bunun sonuçları şu şekilde özetlenebilir.

1. Aşırı güç çekilmesi şayet bir önlem alınmamışsa, gerilim kaynağının kapasitesinin aşılması ve bu kaynağın arızalanması sonucunu verir.
2. Aşırı güç kısa devrenin olduğu noktada büyük miktarda ısı üretimine yol açar.Hatta çevrede yanıcı madde varsa, bu durum yangına bile yol açabilir.
3. İletim hatları ve kabloların (seri oldukları için) genellikle pek hesaba katılmayan düşük düzeyde dirençleri vardır. Bu sebepten, kısa devre anında kablolardan aşırı akım çekilmeğe başlanınca iletim hatlarında da ısınma meydana gelir ve kablolar yanabilir.

Örnek

Bir gerilim kaynağı 100 V üretmektedir. Bu kaynak en fazla 5 A çekecek şekilde üretilmiştir. Kaynağın bağlı olduğu eş değer yük 50 Ω dır. Kablo direnci ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Normal şartlar altında eşdeğer direnç 50 Ω olduğundan, kaynaktan 2 A akım çekilmektedir. 2 A kaynağın kapasitesi içerisindedir.

Ancak, bir arıza, hatalı bağlantı vb. sonucu, yüke paralel 1 Ω lık bir kısa devre meydana gelirse, bundan doğacak sakıncalar şunlardır:

1 Ω luk kısa devre kaynaktan (yükün çektiği akım göz ardı edilse bile ) 100 A kadar akım çeker.Bu kadar yüksek akım kaynağın kapasitesi üzerindedir. Şayet önlem alınmamışsa, kaynak kısa süre içinde arızalanır. Öte yandan, kısa devrenin olduğu yerde, kaynak arızalanıncaya kadar, 10 000 w (= 10 kW) kadar bir güç harcanır ki, ısı haline gelecek bu enerjinin çevreye çok büyük zarar vereceği ortadadır.

Elektronik devrelerinde kısa devrenin yol açtığı sorunlar

Devreler arasında elektrik elektronik diye kesin bir ayrım yapmak mümkün değildir. Ancak şayet devrenin fiziki boyutları dalgalı akım dalga boyu ile karşılaştırılabilir ölçüdeyse, devreler elektronik devre olarak nitelenir. Ne var ki bu durumda, kısa devre kavramı da farklıdır. Elektronik devrede, kısa devre olan noktanın kısa devre etkisi yapması için o noktanın kaynaktan dalga boyunun tam katı kadar uzakta olması gerekir. (Burada dalga boyu kablo içindeki dalga boyudur.) Elektronik devrelerde kısa devrenin en önemli sakıncası kaynağa yansıyan güçtür. Çünkü kaynaklar kendi ürettikleri güç düzeyinde de olsa, yansıyan güce karşı dayanıksız olurlar.

Ayrıca bakınız

• Thevenin teoremi
• Sigorta
• Yansıma (Elektronik)
• Joule yasası