Отключение: практическое руководство по защите цепей

Jul 20, 2023

Моё знакомство с защитой цепей произошло в восьмилетнем возрасте. Будучи любопытным мальчиком с изобретательными и, по-видимому, склонными к саморазрушению, я решил сделать маме лампу. Я надел хомут на основание небольшой лампочки, снял изоляцию со старого удлинителя и зажал оба конца проводов под зажимом. Когда я подключил свое изобретение к розетке в кабинете, я увидел, как изоляция со шнура слетела прямо перед тем, как весь дом погрузился во тьму. Каким-то образом автоматический выключатель в ответвленной цепи вышел из строя, и я отключил главный выключатель на панели на 200 А. Моя мать никогда не была так впечатлена этим подвигом, как я, особенно теперь, когда я знаю немного больше о том, как работает электричество, и насколько близко я подошел к лауреату премии Дарвина.

Чтобы помочь вам избежать подобной участи, я хотел бы взять вас в путешествие (хи-хи!) по типичной бытовой электросети и взглянуть на некоторые устройства, которые каждый день стоят наготове, ожидая возможности включиться. спаси нас от самих себя. Как житель Северной Америки, я сосредоточусь на стандартах бытовых энергосистем, наиболее распространенных здесь. И хотя существует множество технологий, призванных обеспечить вашу безопасность в крайнем случае, электричество в вашей стене все равно может вас убить. Не будьте равнодушны к сетевому току!

В тот давний день меня спас автоматический выключатель. В своей простейшей форме автоматический выключатель — это просто электромеханическое устройство, предназначенное для защиты цепей путем отключения сока, когда ток, протекающий через него, становится выше расчетной точки. Выключатели должны воспринимать поток тока и преобразовывать его в механическое действие, чтобы контакты можно было физически разъединить быстро и безопасно. Наиболее распространенными механизмами являются электромагнитный, при котором повышенный ток создает магнитное поле, разъединяющее контакты, и биметаллический, при котором перегрузка нагревает биметаллическую полоску и сгибает ее, активируя переключатель.

Выключатели для жилых помещений в Северной Америке бывают разных видов. Выключатели ответвлений используются для защиты каждой ответвленной цепи – розеток, осветительных приборов и приборов, которые подключены параллельно к главной панели. Каждая ответвленная цепь обычно рассчитана на ток 15 или 20 ампер, и если она не работает с большой нагрузкой, такой как электрическая сушилка или скважинный насос, это будет 120-вольтовая цепь. В дополнение к выключателям ветвей на панели будет главный выключатель, который будет обнаруживать любые неисправности, которые пропускает неисправный выключатель ветвей, как это случилось со мной. Обычно это 4-полюсное устройство: по одному на каждую горячую линию, по одному на нейтраль и по одному на землю. Главный выключатель также действует как выключатель, обесточивающий все ответвленные цепи, что делает работу на панели более безопасной, но остерегайтесь клемм, питающих главный выключатель! Они всегда горячие, и следующим прерывателем на линии, вероятно, станет большой разъединитель на опоре электропередачи.

Главные выключатели здесь имеют интересное расположение, позволяющее использовать цепи как на 120, так и на 240 В. Электроэнергия распределяется по схеме с разделенной фазой, при которой трансформатор на опоре имеет вторичную обмотку на 240 В с центральным отводом. В результате образуются две горячие ветви, каждая по 120 В относительно нейтрали, или 240 В между двумя горячими участками. Внутри распределительного щита две точки подключения соединяются с шинами переплетающимися пальцами. Это позволяет устанавливать либо однополюсные выключатели, которые подключаются к одной «горячей» ветви на 120 В, либо двухполюсные выключатели, которые соединяют две «горячие» ветви для цепи на 240 В.

Если вы когда-нибудь столкнетесь с проблемой, когда все остальные однополюсные цепи на вашей панели работают, а ни одна из 240-вольтовых цепей не работает вообще, вы будете знать, что одна из горячих ветвей по какой-то причине не находится под напряжением. В этом случае вам, вероятно, захочется позвонить в энергетическую компанию.

В первый день лабораторного курса по ЭЭ в колледже преподаватель прочитал нам отрезвляющую лекцию по технике безопасности под названием «Убивает ток». Цифры, которые он приводил о том, насколько малый ток на самом деле требуется, чтобы убить меня, ошеломили меня – как я мог в какой-то момент не пропустить через себя хотя бы 30 душераздирающих миллиампер при различных потрясениях сетевого напряжения, которые я испытал? Оказывается, я, вероятно, получил гораздо меньший ток, и что он, вероятно, не прошел через мое сердце, но все же приятно знать, что многие цепи в современной бытовой панели защищены прерывателями цепи замыкания на землю. Эти устройства, известные как GFCI или GFI в США и устройства защитного отключения (УЗО) в Великобритании, способны отключить поток тока, если из горячей линии произойдет утечка всего лишь 5 мА. И происходит это очень быстро – примерно за 25–40 миллисекунд, что меньше времени, чем ток силой 30 мА вызывает у человеческого сердца фибрилляцию желудочков.