단락의 해부학

Aug 12, 2023

BMW 측면에서는 느린 자동차 주간이었습니다. 트럭 지붕의 표시등 아래에 있는 새는 개스킷을 교체하고 막내 아들의 2007년형 코롤라에서 압수된 캘리퍼를 교체하는 일로 여가 시간이 다 소모되었기 때문입니다. 그래서 실제 자동차 작업 대신 이번 주에는 자동차 단락에 대해 이야기하겠습니다. 나는 그들이 어떻게 "좋은" 종류의 저항의 함수이기는 하지만 가능한 최악의 위치에 있는지 설명하겠습니다.

먼저 Hack Mechanic 교수님의 모자를 쓰고 자동차에서 전기가 어떻게 작동하는지에 대한 기초에 대한 짧은 수업을 드려야 합니다.

전기는 전하의 흐름으로 정의됩니다. "흐름"과 "충전"이 실제로 무엇을 의미하는지 축을 둘러볼 수 있지만, 이 논의를 위해 배터리의 양극 단자에서 충전을 수행하는 "부하 장치"로 전류가 흐른다는 규칙을 사용하겠습니다. 작업(예: 조명, 전기 모터)을 수행하고 음극 배터리 단자로 돌아가서 왕복 여행을 완료합니다. 손전등과 같이 교체 가능한 배터리가 장착된 소형 휴대용 장치에서는 배터리 양극 및 음극 단자에 직접 연결됩니다. 이는 아래 그림에 나와 있습니다.

배터리에 직접 연결된 전구와 같은 부하 장치입니다.

자동차 관련 작업을 해본 적이 없다면 자동차도 이런 방식으로 배선되어 있다고 생각할 것입니다. 그러나 자동차 개발 초기에는 회로의 한쪽 다리에 자동차의 금속 섀시를 사용하는 것의 유용성이 다음과 같이 분명해졌습니다. 이렇게 하면 각 장치(각 조명 또는 모터)를 하나의 긴 전선을 사용하여 배터리에 연결하고 짧은 전선을 섀시에 연결할 수 있습니다. 처음에 일부 제조업체는 양극 단자를 접지하고 다른 제조업체는 음극을 접지했지만(양극 접지는 엉뚱한 영국인들뿐만이 아니었습니다. 놀랍게도 Ford는 50년대 중반까지 양극 접지를 고수했습니다) 결국 업계는 음극 접지로 표준화했습니다. 따라서 도로를 달리는 대다수의 차량에는 음극 배터리 케이블이 섀시 접지에 연결되어 있습니다. 개별 전선은 "+" 배터리 단자에서 모든 장치로 전기를 전달하지만 거의 모든 장치는 섀시를 통해 공통 반환 접지 경로를 공유합니다. 이는 아래 그림에 간단한 회로로 표시되어 있습니다.

부하 장치와 섀시 접지가 반환 경로로 사용되는 간단한 회로입니다.

이제 회로에 퓨즈와 스위치라는 두 가지 항목을 더 추가해 보겠습니다. 이렇게 하면 스위치가 작동될 때까지 전류가 회로를 통해 흐르지 않으며, 회로가 필요한 것보다 더 많은 전류를 소비하면 퓨즈가 끊어져 모든 전류 흐름이 중단됩니다. 자동차의 대부분(전부는 아니지만) 회로는 다음과 같습니다.

스위치와 퓨즈가 포함된 간단하지만 매우 대표적인 자동차 회로입니다.

자동차에서 "단락"(또는 음, 더 짧게 "단락")이 발생했다고 말할 때, 우리가 거의 항상 의미하는 것은 절연이 벗겨진 양극선이 있어 구리선이 벗겨지는 현상이 발생한다는 것입니다. 내부의 가닥이 실수로 접지에 닿게 되어 ​​회로가 와이어가 연결된 부하 장치를 우회하게 됩니다. (“전원 단락”과 같은 것이 있지만 접지 단락이 훨씬 더 일반적입니다.) 아래 그림에는 접지 단락이 두 개 표시되어 있습니다.

퓨즈와 부하 장치 사이에 있는 전선이 절연체를 뚫고 차체에 닿았다고 가정해 보겠습니다. 이는 녹색으로 표시된 단락 #1입니다. 이 경우 많은 양의 전류가 갑자기 배터리 양극에서 퓨즈, 전선을 통해 직접 접지로 흐릅니다. 다이어그램의 스위치가 열려 있는 것으로 표시되어 있어도 이러한 현상이 발생합니다. 즉, 의도한 것보다 짧은 회로 경로를 생성하기 때문에 이를 "단락 회로"라고 합니다. 전류량이 퓨즈의 정격을 크게 초과하기 때문에(저를 믿으십시오. 그렇습니다. 이에 대해 설명하겠습니다) 퓨즈가 거의 즉시 끊어져 전류 흐름이 중단됩니다.

가능한 두 곳에서 접지 단락이 발생합니다.

대신에 벗겨진 절연체가 퓨즈 앞의 와이어 부분에 있으면 단락 #2(빨간색 경로)가 발생합니다. 단락 1번과 마찬가지로 갑자기 많은 양의 전류가 흐르게 되지만, 이 경로에는 끊어질 퓨즈가 없으므로 전류 흐름을 막을 수 있는 방법이 없습니다. 이것은 악몽 같은 시나리오입니다. 접지에 퓨즈가 없는 회로가 완전히 단락되어 절연체가 녹고 전선이 타거나 전기 화재가 발생할 수 있습니다. 화재가 발생하지 않더라도 탄 전선이 하니스를 통과하면 하니스에 있는 인접한 전선의 절연체도 녹을 가능성이 있습니다. 엉망이에요.