Jakýkoli elektrický obvod je navržen pro určitý maximální přípustný proud. Pokud z nějakého důvodu proud v obvodu tuto hodnotu překročí, pak nás mohou potkat nepříjemné následky. Dráty se začnou zahřívat natolik, že se jejich izolace vznítí. To může způsobit požár.
Co může způsobit výrazné zvýšení proudu v obvodu? Za prvé se to může stát, když jsou současně zapnuta výkonná zařízení. Za druhé, důvodem prudkého nárůstu proudu v obvodu může být zkrat.
V této lekci se dozvíte, co se nazývá zkrat a jak souvisí se zvýšením proudu v obvodu, a také se seznámíte s novým zařízením, které zajišťuje bezpečnost používání elektrických spotřebičů – pojistka.
Zkrat
Zkrat je spojení konců části obvodu s vodičem, jehož odpor je velmi malý ve srovnání s odporem části obvodu.
Tato situace může nastat při opravách elektroinstalace, když obvodem nadále protéká proud. Náhodný kontakt s otevřenými kontakty způsobí zkrat.
Již jsme řekli, že zkrat způsobí prudký nárůst proudu v obvodu. Jak můžeme vysvětlit, že proud v obvodu může dosáhnout obrovských hodnot?
Faktem je, že odpor vodiče při zkratu prudce klesá. Pamatujte na Ohmův zákon: $I = frac$. Když odpor klesá, proud se zvyšuje. Navíc je jeho nárůst tak výrazný, že se dráty zahřejí a mohou způsobit požár.
Zkrat při dotyku otevřených kontaktů
Podívejme se blíže na to, jak dochází ke zkratu. Jak se to může stát kontakt s otevřenými kontakty? K tomu například dojde, když vložíte sponku do vlasů nebo jiný kovový předmět do zásuvky (TOTO BY SE NEMĚLO TESTOVAT V PRAXI).
Předpokládejme, že odpor čepu je 10krát menší než průměrný odpor elektrických spotřebičů připojených k této síti: ($R_1 = frac$). Podle Ohmova zákona se proudová síla v takovém vodiči zvýší:
$I_1 = frac = frac = frac $.
To je Proud se zvýší 10krát:
$I_1 = 10I$.
Nyní se podívejme na Joule-Lenzův zákon a na množství tepla, které vodič (vlásenka) vydává proudem:
$Q_1 = (10I)^2R_1t = (10I)^2 frakt = 10I^2Rt = 10Q$.
Ukazuje se, že množství tepla se také zvýší 10krát. V jiných situacích může toto zvýšení dosáhnout vyšších hodnot. To je přesně to, co může vést k vznícení.
Zkrat v důsledku závady v elektroinstalaci
Ke zkratu může dojít i při poškození vodičů nebo jejich izolace. Například při připojení elektrického spotřebiče s podobným poškozením do sítě.
Představte si, že zapojíte žehličku s výkonem 500 $ prostoru W$ (obrázek 1). Napětí na výstupu je 220 $ prostor V$.
Jaká bude současná síla? Podle definice aktuálního výkonu: $P = UI$. Vyjádřeme odtud aktuální sílu a vypočítejme ji:
$I = frac$,
$I = frac přibližně 2.3 mezery A$.
Když známe sílu proudu v žehličce a napětí, ke kterému je připojeno, vypočítáme její odpor pomocí Ohmova zákona:
$I = frac$,
$R = frac$,
$R = frac přibližně 96 prostorových ohmů $.
Odpor vodičů je přibližně $0.1 prostorového ohm$.
Nyní si představte, že železná šňůra je vadná. Obvod je uzavřený a protéká jím proud, ale neprotéká žehličkou, ale jde dále po drátě k výstupu — jde cestou AB (obrázek 2).
Dojde ke zkratu. Odpor drátů je ve srovnání s odporem železa velmi malý. To vede k prudkému nárůstu síly proudu:
$I = frac$,
$I = frac = 2200 prostor A$.
Tato hodnota je téměř 1000krát větší než proud generovaný při správném připojení elektrického spotřebiče k síti. To také vede k obrovskému nárůstu množství tepla generovaného vodičem – může se začít tavit nebo vznítit.
Pojistky
Aby se zabránilo prudkému nárůstu proudu v obvodu, existují speciální zařízení – pojistky.
Pojistka je zařízení, které okamžitě vypne vedení, pokud proud překročí povolenou mez.
Pojistky jsou tedy přítomny ve všech elektrických spotřebičích – chrání zařízení před selháním.
Jeden z nejběžnějších typů pojistek je vyroben z pocínovaného měděného drátu (obrázek 3).
Takové pojistky jsou instalovány na vstupu elektrických spotřebičů. Jak se proud zvyšuje drát se roztaví a obvod se otevře. Proto se takové pojistky nazývají tavitelný.
Pojistky založené na na tepelném účinku proudu (Obrázek 4). Při zahřátí se dráty roztahují. V reakci na tyto změny se pojistka automaticky vypne.
Pamatujte na výraz “dopravní zácpy vybuchly”. To se říká, když se s charakteristickým cvaknutím automaticky vypnou pojistky a přestanou fungovat některé spotřebiče (nebo všechny) v bytě. K tomu dochází, když se vodiče přehřívají, například když je současně zapnuto velké množství zařízení. Tyto pojistky jsou umístěny na speciálním panelu (u vstupu drátů do bytu).
Pojistky mají svůj vlastní symbol, který je označen ve schématu elektrického obvodu (obrázek 5).
Pojistka je elektromechanické spínací zařízení, které je určeno k ochraně prvků elektrických rozvodných soustav a zařízení před proudovým přetížením a nadproudem.
Pojistka vypíná elektrický obvod otevřením částí pod napětím pod vlivem elektrického proudu, který překročí přípustnou hodnotu.
Účel a princip činnosti
Pojistka je určena k průchodu provozního proudu a přerušení elektrického obvodu, to znamená k ochraně elektrického zařízení a elektrické sítě před nadproudy, ke kterým dochází při zkratu nebo při kritickém přetížení. Zajišťuje nepřetržitý provoz elektrického obvodu.
Pojistka je zabudována do otevřeného obvodu (v sérii).
Když protéká nadproud, pojistkový prvek se zahřívá a taví a vytváří elektrický oblouk. Když elektrický oblouk zhasne, obvod je otevřený.
Pojistková vložka je obvykle naplněna speciálním plnivem (křída, křemičitý písek), aby se odstranilo přebytečné teplo a úspěšně se uhasil oblouk. Během procesu tavení pojistkového prvku se obvod přeruší a pojistka se vypne.
Když pojistka vypadne, je třeba ji vyměnit, aby se obnovilo napájení.
Existuje také něco jako doba odezvy pojistky. Je rozdělena do dvou intervalů:
- Doba tání tavitelného prvku. Je to tento interval, který určuje účinnost pojistky, protože elektrický oblouk zavádí elektrický obvod do odporu, který omezuje tok proudu, což zase snižuje škodlivé účinky na všechny prvky systému.
- Doba hoření oblouku.
Pojistky mají označení, která mohou udávat rozsah jejich ochrany. Rozsah ochrany je označen dvěma písmeny: „a“ – částečná a „g“ – plná.
Dále jsou v označení uvedena velká anglická písmena:
- G – univerzální pojistky pro jištění kabelů, elektromotorů, transformátorů;
- L – pojistky pro rozvaděče a kabely;
- B – pojistky pro důlní zařízení;
- F – pojistky pro elektrické obvody nízkého výkonu;
- M – pojistky pro spínací přístroje a elektromotory;
- R – pojistky pro polovodičové obvody;
- S – pojistky s okamžitým spalováním a s průměrnou dobou odezvy;
- Tr – pojistky pro transformátory.
Klasifikace hlavních typů pojistek
Na základě principu činnosti a způsobu přerušení elektrického obvodu jsou pojistky rozděleny do 4 typů:
1. Pojistky s tavnou vložkou.
Tyto pojistky mají vodivý prvek, který se při vystavení nadproudu roztaví a vypaří. Tím je zajištěno, že elektrický obvod je přerušen a chráněn.
Pojistkové vložky jsou vyrobeny z olova, mědi, zinku a železa. Provoz tavného vodiče pod normálním proudem zajišťuje dobrou teplotní rovnováhu mezi teplem generovaným na kovu a odvodem tepla do okolí. Při překročení návrhového zatížení je tato rovnováha zničena.
Urychlení provozu takových pojistek je zajištěno speciálními technickými řešeními: zmenšením plochy proměnných tvarů průřezu a využitím metalurgického efektu.
Při přerušení elektrického obvodu vznikne elektrický oblouk, kterým prochází nadproud, dokud nezhasne.
2. Pojistky elektromechanického provedení.
Tyto pojistky jsou založeny na automatickém vypnutí. Říká se jim také automaty. Speciální senzor hlídá velikost proudu a při jeho překročení stroj přeruší elektrický obvod.
3. Pojistky na bázi elektronických součástek.
Takové pojistky chrání elektrický obvod bezkontaktně pomocí diod, tyristorů nebo tranzistorů.
Pojistka řídí velikost proudu a při jejím překročení se pojistková brána zablokuje, čímž se odpojí zátěž. V tomto případě se zařízení zablokuje samo.
4. Samočinné pojistky.
Tyto pojistky se liší od pojistek s pojistkovou vložkou, protože jsou opakovaně použitelné. Po nadproudu zůstávají funkční.
Jsou složeny z polymerních materiálů, které mají kladný teplotní koeficient pro elektrický odpor. Mají krystalickou strukturu a při nadproudu přechází pojistka do amorfního stavu.
