PROFILPELAJAR.COM

קצר חשמלי (ידוע גם בפשטות כקֶצֶר) נוצר כאשר שני מוליכים או יותר, בעלי פוטנציאל שונה נוגעים זה בזה. מגע לא צפוי זה מפעיל מעגל חשמלי עם התנגדות נמוכה ביותר, בו נוצר זרם גבוה מאוד יחסית למתוכנן שעלול לגרום להתחממות יתר, שרפה, התעוותות של חומרים, התחשמלות והתפוצצות. הקצר יכול להיווצר כתוצאה מבידוד שנהרס בתוך מכשיר, עקב מגע מקרי בין שני גופים שיש בינם הפרש פוטנציאלים או עקב חדירת חומר מוליך לתווך המבודד בין מוליכים חשמליים (כמו בחדירת מים למכשיר חשמלי).

סוגי קצרים

קצרים נבדלים על פי מקור המתח ממנו הם ניזונים.

זרם ישר

ברוב המקרים מקור מתח לזרם ישר יכול להיות מצבר, קבל או ספק כוח. עם זאת, ישנם מקרים נדירים בהם רשת חשמל פועלת בזרם ישר. זרם קצר במעגל זרם ישר יופיע כאשר נוצר מגע בין המוליך החיובי לשלילי.

זרם חילופין

המקור לזרם חילופין הוא בדרך כלל רשת החשמל הארצית או גנרטור. ישנם מספר סוגי קצרים אפשריים בזרם חילופין:

קצר בין פאזה לניוטרל או לאדמה.
קצר קיבולי בין פאזה לאדמה.
קצר בין שתי פאזות (במערכת תלת-פאזית)
קצר תלת-פאזי לאדמה.

הקצרים ההרסניים ביותר הם קצרים בזרם ישר וקצרים תלת-פאזיים לאדמה.

עצמת זרם הקצר

עצמה של זרם קצר מחושבת על פי חוק אוהם, לפי היחס בין מתח המעגל לסכום ההתנגדויות הפנימיות של המקור והמוליכים. עצמה זו תלויה בראש ובראשונה ביכולתו של מקור המתח לספק זרם. העצמה נמדדת באמפרים.

מספר דוגמאות לעצמה צפויה של קצר:

קצר בשקע חשמלי ביתי: 800-200 אמפר.
קצר בלוח חשמל תעשייתי גדול: 20-10 קילואמפר (אלפי אמפרים).
קצר בין קווי מתח גבוה: 100-30 קילואמפר.
קצר בין הדקים של סוללה 1.5 וולט: כמה מאות אמפרים (למשך זמן קצר מאוד).

פוטנציאל ההרס של קצר חשמלי תלוי מאוד בפרק הזמן בו הוא נמשך. ניתוק מהיר של קצר מונע את הנזק האפשרי.

גורמים אפשריים לקצר ודרכי מניעתם

מגע של גוף חיצוני במוליכים. דוגמאות נפוצות הן ענף עץ שנופל על חוטי חשמל עיליים וגורם למגע ביניהם, מגע של עגורן או משאבת בטון בחוטי חשמל עיליים, כניסה של מכרסם לתוך לוח חשמל ומגע בין גופו לבין המוליכים או אף כרסום של הבידוד, חדירה של חומר מוליך (למשל מים) למכשיר חשמלי.

מניעת תקלות אלו מתבצעת על ידי הרחקה של עצמים זרים מקווי חשמל עיליים - הרחקה מראש על ידי מרחקי בטיחות בבניה או הרחקה מונעת על ידי גיזום עצים. בלוחות חשמל ניתן למקם חומרים דוחי מכרסמים. המבנה של מכשירי חשמל מגן עליהם מפני מגע מקרי בחלקים החשמליים שלהם. מכשירים שאמורים לפעול בסביבה לחה או רטובה נאטמים נגד חדירת נוזלים.

הצטברות של אבק, לכלוך ולחות על בידוד חשמלי עלולה לגרום למעבר זרם על פני הבידוד. זרם כזה כשלעצמו אינו מהווה קצר, אך הוא גורם להתחממות מהירה והרס מהיר ביותר של הבידוד וכתוצאה מכך לקצר. תופעה זו מתרחשת על קווי מתח גבוה והטיפול במקרים עלה על ידי שטיפת המבודדים במים מזוקקים (למשל מתוך מסוק). התופעה הזאת מתרחשת גם על גבי כבלי הזנה גדולים אשר אין אליהם גישה, ובמקרים כאלה ניתן לאתר את הזרם באמצעות מד זליגה.
מגעים רופפים בנקודת החיבור עלולים לגרום לניצוצות שמהווים קשתות חשמליות קטנות. לאורך זמן הניצוצות מחממים את המוליכים לטמפרטורות גבוהות מאוד וגורמים להרס הבידוד ולקצר. תופעה זו נפוצה מאוד בחיבורי שקע תקע במיוחד אם ניתוק וחיבור של מכשירי חשמל לשקע נעשה לעיתים תכופות - במקרים כאלה מתרופפים מגעי הפליז שבתוך השקע, והניצוצות נוצרים בינם לבין הפינים של התקע. כדי למנוע תופעה זו יש למעט ככל האפשר ניתוק וחיבור מחדש של מכשירים חשמליים, או על ידי תכנון נכון של מתקן החשמל שמביא בחשבון את המיקום של כל המכשירים, או במקרה הפחות טוב על ידי שימוש במפצלים כחוצץ, דבר שיביא להופעת התקלה על גבי המפצל באופן גלוי לעין וניתן להחלפה בקלות, ולא בתוך השקע במקום נסתר. סימן ראשון מובהק להופעת התקלה יהיה עיוות של אחד החורים בשקע ו/או שינוי מקומי של הגוון.

מקור נפוץ נוסף לתקלה כזאת נמצא בלוחות חשמל, בנקודות החיבור של המוליכים בתוך הלוחות. על מנת למנוע תקלה זו בלוחות מומלץ לבצע בלוחות חשמל ביתיים חיזוק תקופתי (על ידי חשמלאי מוסמך). בלוחות מוסדיים מקובל לבצע צילום תרמוגרפי באמצעותו ניתן לראות מוקדי חימום בלוח שיכולים להצביע על מגעים רופפים.

העמסת יתר של מוליכים: מעבר זרם במוליכים חשמליים מובילה בהכרח להתחממותם. הבידוד של המוליכים עמיד לטמפרטורות נמוכות בהרבה מאלה שיכולות להיווצר במוליכים (בדרך כלל 70 או 90 מעלות צלזיוס, תלוי בסוג הבידוד). הזרם ה"מותר" במוליכים הוא הזרם שיעלה את הטמפרטורה של המוליך עד למרב האפשרי על פי סוג הבידוד. המוליך, לעומת זאת, יכול להעביר זרם גבוה בהרבה מהזרם המותר. העמסת יתר של המוליך מובילה בהכרח להרס הבידוד ולקצר. המניעה של העמסת יתר נעשית על ידי התקנת מבטח מתאים להגנה על המוליך.

ניתוק קצרים נעשה בדרך כלל על ידי מבטח. מבטחים מסוג נתיך מותקנים בדרך כלל בתוך מכשירי חשמל, ורכיבים אחרים של מערכות חשמל מוגנים מפני קצר באמצעות מבטחים "חצי אוטומטים".

תוצאות של קצר

התוצאות הנובעות מהופעת קצר חשמלי תלויות בעצמת זרם הקצר ובמשך הופעתו. שני גורמים אלה קובעים את כמות האנרגיה שזורמת במעגל החשמלי שנוצר. אנרגיה זו יכולה להופיע במספר צורות:

חום: הצתה של חומרים דליקים הסמוכים למעגל, התכה של חומרים כגון מתכות, התעוותות של חומרים פלסטיים.
אור: בעיקר כאשר כתוצאה מהקצר נוצרים זרמים חזקים באוויר. זרמים אלה מפיצים אור חזק (ראו גם קשת חשמלית).
שדות אלקטרומגנטיים רבי עצמה אשר מעוותים מתכות הנמצאות בקרבתם.