L'anatomia di un cortocircuito

Aug 12, 2023

È stata una settimana automobilistica lenta per quanto riguarda la BMW, poiché il mio tempo libero è stato consumato sostituendo le guarnizioni che perdevano sotto le luci di posizione sul tetto del camion e sostituendo una pinza grippata sulla Corolla del 2007 di mio figlio più giovane. Quindi, invece del vero lavoro automobilistico, questa settimana vi parlerò dei cortocircuiti automobilistici. Spiegherò come siano una funzione del tipo “buono” di resistenza, ma nel peggior posto possibile.

Per prima cosa, devo indossare il mio cappello da professore di Hack Mechanic e darti una breve lezione sulle basi di come funziona l'elettricità in un'auto.

L'elettricità è definita come il flusso di carica. Puoi approfondire l'asse di cosa significano effettivamente "flusso" e "carica", ma per il bene di questa discussione, utilizzeremo la convenzione secondo cui la corrente elettrica scorre dal terminale positivo della batteria al "dispositivo di carico" che esegue il lavoro (ad esempio la luce, il motore elettrico) e completa il viaggio di andata e ritorno ritornando al terminale negativo della batteria. Su un piccolo dispositivo portatile con batterie sostituibili come una torcia elettrica, i collegamenti vengono effettuati direttamente ai terminali positivo e negativo della batteria. Questo è mostrato nella figura seguente.

Un dispositivo di carico come una lampadina collegata direttamente a una batteria.

Se non si avesse lavorato sulle auto, si darebbe per scontato che anche queste fossero cablate in questo modo, ma all'inizio dello sviluppo dell'automobile, l'utilità di utilizzare il telaio metallico dell'auto per una tappa del circuito divenne evidente, poiché in questo modo, ogni dispositivo (ogni luce o motore) potrebbe essere collegato utilizzando un unico filo lungo alla batteria e un filo corto al telaio. Inizialmente, alcuni produttori misero a terra il terminale positivo e altri quello negativo (e il terreno positivo non erano solo quegli stravaganti inglesi; sorprendentemente, Ford rimase un terreno positivo fino alla metà degli anni '50), ma alla fine l'industria si standardizzò su un terreno negativo. Pertanto, la stragrande maggioranza dei veicoli su strada ha il cavo negativo della batteria collegato alla massa del telaio. I singoli cavi trasportano l'elettricità dal terminale “+” della batteria a ciascun dispositivo, ma quasi tutti i dispositivi condividono un percorso di massa di ritorno comune attraverso il telaio. Questo è rappresentato per un circuito semplice nell'illustrazione seguente.

Un circuito semplice con un dispositivo di carico e una massa del telaio utilizzata come percorso di ritorno.

Ora aggiungiamo altri due elementi al circuito: un fusibile e un interruttore. In questo modo, la corrente non fluirà attraverso il circuito finché l'interruttore non sarà attivato e, se il circuito assorbe più corrente del dovuto, il fusibile brucerà, interrompendo tutto il flusso di corrente. La maggior parte dei circuiti di un'auto (ma sicuramente non tutti) assomigliano a questo.

Un circuito automobilistico semplice ma altamente rappresentativo con un interruttore e un fusibile.

In un'auto, quando diciamo che c'è un "cortocircuito" (o, per essere più brevi, un "cortocircuito"), ciò che intendiamo quasi sempre è che c'è un filo positivo il cui isolamento è stato cancellato, causando il rame nudo i fili al suo interno toccano accidentalmente terra, il che fa sì che il circuito bypassi il dispositivo di carico a cui è collegato il filo. (Esiste qualcosa come un “cortocircuito verso la potenza”, ma i cortocircuiti verso terra sono molto più comuni.) Due di questi cortocircuiti verso terra sono mostrati nella figura seguente.

Diciamo che il filo situato tra il fusibile e il dispositivo di carico ha attraversato il suo isolamento e tocca la carrozzeria dell'auto. Questo è il cortocircuito n. 1 mostrato in verde. In questo caso, la corrente, MOLTA corrente, fluirà improvvisamente dal positivo della batteria, attraverso il fusibile, attraverso il filo e direttamente a terra. Tieni presente che ciò accadrà anche se l'interruttore nel diagramma è mostrato aperto, ovvero si chiama "cortocircuito" proprio perché crea un percorso del circuito più breve di quello previsto. Poiché la quantità di corrente supera di gran lunga la potenza nominale del fusibile (credetemi, lo fa e ci arriveremo), il fusibile si brucerà quasi istantaneamente, interrompendo il flusso di corrente.

Cortocircuiti a massa in due possibili punti.

Se invece l'isolamento cancellato si trova nella sezione del filo prima del fusibile, si verificherà il cortocircuito n. 2, il percorso rosso. Come nel cortometraggio n. 1, MOLTA corrente scorrerà all'improvviso, ma in questo percorso non c'è alcun fusibile da bruciare, quindi non c'è nulla che impedisca alla corrente di fluire. Questo è lo scenario da incubo: un corto circuito a terra senza fusibile, con conseguente isolamento fuso, filo bruciato e possibilmente un incendio elettrico. Anche se non c'è un incendio, se il filo bruciato attraversa un cablaggio, è probabile che anche l'isolamento dei fili adiacenti nel cablaggio si sciolga. È un casino.