短絡(略して「short」または「s/c」とも呼ばれる)とは、電気回路において、電気インピーダンスがゼロまたは非常に低い経路で電流が意図しない経路を流れる状態を指します。これにより、回路に過剰な電流が流れます。
短絡の反対は開回路であり、これは2つのノード間の抵抗が無限大(または非常に高いインピーダンス)である状態を指します。
短絡とは、異なる電圧になるように設計された電気回路の2つのノード間の異常な接続のことです。これにより、残りのネットワークのテブナン等価抵抗によってのみ制限される電流が発生し、回路の損傷、過熱、火災、または爆発を引き起こす可能性があります。通常は故障の結果として発生しますが、電圧検出用クローバー回路保護装置などの目的で、意図的に短絡が発生する場合もあります。
回路解析において、短絡とは、 2つのノード間の電圧を等しくする接続と定義されます。「理想的な」短絡では、抵抗がないため、接続部での電圧降下は発生しません。実際の回路では、結果として抵抗がほぼゼロの接続状態となります。このような場合、電流は回路の残りの部分の抵抗によってのみ制限されます。
一般的な短絡は、電池やコンデンサの正極と負極が、電線などの低抵抗導体で接続された場合に発生します。接続部の抵抗が低いと、大電流が流れ、短時間で大量のエネルギーが放出されます。
バッテリーに大電流が流れると、温度が急激に上昇し、水素ガスと電解液(酸または塩基)が放出されて爆発する可能性があり、組織が焼損したり、失明や死亡に至ることもあります。また、過負荷になった電線も過熱し、絶縁体が損傷したり、火災の原因となることがあります。
電気機器において、意図しない短絡は通常、電線の絶縁が破損した場合、または別の導電性物質が混入した場合に発生し、電荷が本来の経路とは異なる経路を流れるようになる。
主電源回路では、短絡は2つの相間、相と中性線間、または相とアース(接地)間で発生する可能性があります。このような短絡は非常に大きな電流を流す可能性が高く、そのため過電流保護装置がすぐに作動します。しかし、中性線と接地導体間、および同じ相の2つの導体間でも短絡が発生する可能性があります。このような短絡は、特にすぐに大きな電流を流さないため検出されにくく、危険です。考えられる影響としては、絶縁されていると想定される回路が予期せず通電されるなどが挙げられます。短絡の悪影響を軽減するために、配電用変圧器は意図的に一定量の漏れリアクタンスを持つように設計されています。漏れリアクタンス(通常は全負荷インピーダンスの約5~10%)は、故障電流の大きさと上昇率の両方を制限するのに役立ちます。
短絡によりアーク放電が発生することがあります。アーク放電は高温のイオン化プラズマのチャネルであり、非常に導電性が高く、導体から元の材料が大量に蒸発した後でも持続することがあります。表面侵食はアーク放電による損傷の典型的な兆候です。短いアーク放電でも、電極からかなりの量の材料が除去されることがあります。発生するアーク放電の温度は非常に高く(数万度)、接触面の金属が溶融し、電流とともに流れ、移動するとともに、微粒子として空気中に放出されます。[ 1 ]
短絡が発生すると、数ミリ秒以内にシステムの通常の動作電流の数百倍または数千倍の故障電流が発生する可能性があります。[ 2 ]
不適切な設置では、短絡による過電流によって、導電性の低い回路部品(配線の接続不良、電源ソケットの接点不良、あるいは短絡箇所自体など)がオーム熱で加熱される可能性があります。このような過熱は、火災の一般的な原因となります。短絡時にアーク放電が発生すると、大量の熱が発生し、可燃性物質に引火する恐れもあります。
産業用および公共事業用の配電システムでは、高電流の短絡によって発生する動的な力により、導体が広がります。短絡時に発生する力によって、母線、ケーブル、および機器が損傷を受ける可能性があります。
短絡による損傷は、過電流に反応して電源を遮断するヒューズ、ブレーカー、またはその他の過負荷保護装置を使用することで軽減または防止できます。過負荷保護装置は、回路の定格電流に応じて選択する必要があります。大型家電製品の回路には 、照明回路よりも高い電流に対応できる保護装置が必要です。建築基準法および電気工事基準法で規定されている電線ゲージは、過負荷保護装置と併用して安全に動作するように選択されます。過電流保護装置は、想定される最大短絡電流を安全に遮断できる定格でなければなりません。
電子工学では、演算増幅器の理想的なモデル(無限の利得)は、出力電圧がどうであれ、入力端子間の電位差がゼロであるため、入力端子間に仮想短絡が生じると言われています。入力端子の一方が接地されている場合、もう一方の入力端子は(理想的には)接地と同じ電位になるため、仮想接地を提供すると言われています。 [ 3 ] [ 4 ]理想的な演算増幅器は入力インピーダンスも無限大であるため、実際の短絡とは異なり、仮想短絡の端子間には電流が流れません。[ 5 ]