Co to jest wyłącznik i jak działa?

Problem

Jest ciemna i burzliwa noc. Włączasz światło w korytarzu, podłączasz ekspres do kawy i uruchamiasz przenośny grzejnik elektryczny. Zaczynasz czuć się komfortowo, kiedy słyszysz słabe, ale złowieszcze kliknięcie – i wszystko robi się czarne. To nie jest kot włamywacz ani poltergeist płatający figle twojej instalacji elektrycznej. Jest to przeciążony obwód chroniony przez wyzwolony wyłącznik elektryczny. Trochę straszne i tajemnicze, co? Nie, jeśli znasz kilka prostych rzeczy.

Złota rączka rodziny

Rysunek A: Prawidłowo działający obwód 15 AMP

Ten obwód ma przewody i wyłącznik elektryczny, który może z łatwością przenosić natężenie wymagane przez urządzenia
na tym.

Co to jest obwód?

Kiedy prąd dostaje się do domu, trafia do skrzynki bezpieczników (lub skrzynki bezpieczników w starszych domach), gdzie jest podzielony na kilka obwodów. Każdy obwód jest chroniony wyłącznikiem lub bezpiecznikiem. Sypialnie, salony i pokoje rodzinne, w których zwykle używane są tylko światła, budziki i inne małe urządzenia elektryczne, są zwykle na obwodach 15-amperowych. Kuchnie, pralnie, łazienki i jadalnie – miejsca, w których częściej korzystasz z tosterów, żelazek, suszarek do włosów i innych przedmiotów o dużej mocy – są zwykle obsługiwane przez cięższe, 20-amperowe obwody. Duże urządzenia, takie jak elektryczne podgrzewacze wody o mocy 5000 W i 10 000 W, wymagają tak dużej ilości energii elektrycznej, że posiadają własny, dedykowany obwód o natężeniu od 30 do 50 A (patrz

Figa. D w „Informacjach dodatkowych” poniżej), zabezpieczone dużymi, „dwubiegunowymi” wyłącznikami automatycznymi.

Co to jest przeciążenie obwodu?

Wyłącznik, przewód, a nawet izolacja przewodu są zaprojektowane do pracy jako system – a ten system ma ograniczenia. Spróbuj przepchnąć przez obwód większy prąd, niż jest przeznaczony, a rzeczy zaczynają się dziać (Figa. b). Przewody nagrzewają się pod wpływem nadmiaru prądu. W takim przypadku izolacja wokół przewodu może ulec degradacji lub nawet stopić się. Kiedy izolacja topi się, prąd nie jest już ograniczany w przewodzie. Wtedy zaczynają się pożary. Na szczęście wyłącznik wykrywa nadmiar prądu i „wyłącza się”, aby zatrzymać przepływ energii, zanim nastąpi uszkodzenie.

W nocy w twoim domu zgasły światła, wszystko było w porządku, gdy działały tylko światła i ekspres do kawy. Prawdziwe kłopoty zaczęły się, gdy podłączyłeś ten cholerny grzejnik.

Złota rączka rodziny

Rysunek B: Przeciążony obwód

Ten obwód ma zbyt wiele urządzeń wymagających energii i próbuje przenosić większe natężenie prądu, niż jest przeznaczony. Sprawy zaczynają się nagrzewać. Na szczęście wyłącznik wyczuwa to, wyłącza i „przerywa” obwód.

Jak obliczyć ampery, wolty i waty?

Aby rozpocząć rozwiązywanie problemu, musimy znać jedną prostą „zasadę kciuka”. Ten wzór pomoże nam określić, czy wszystkie elementy elektryczne w danym obwodzie go przeciążają. Ta formuła pomaga również zdefiniować niektóre codzienne terminy i ich wzajemne relacje. W końcu żarówki i grzejniki są oznaczone w watach; narzędzia i wyłączniki w amperach; i nasz domowy system elektryczny w woltach: Jak one wszystkie do siebie pasują?

Prosta formuła (Figa. C) mówi nam jak: Waty podzielone przez napięcie równają się amperom. Inne pokazane równania to po prostu inne sposoby powiedzenia tego samego.

Napięcie można najprościej opisać jako ciśnienie, pod jakim porusza się elektryczność — łańcuch elektronów. Większość prądu domowego jest popychana przy 120 woltach, chociaż prąd do dużych urządzeń elektrycznych jest popychany przy wyższym ciśnieniu 240 woltów.

Ampery (lub ampery) jest miarą liczby elektronów, które napięcie wypycha przez dany punkt w
sekundę.

Waty jest jednostką miary mocy elektrycznej. Wskazuje, ile elektronów zostało przepchniętych przez gadżet elektryczny, aby zadziałał. Za to firma elektryczna wystawia rachunki.

Złota rączka rodziny

Rysunek C: Podstawowa formuła

Użyj tych prostych równań, aby przekonwertować różne pomiary energii elektrycznej, aby pomóc w określeniu rzeczy na przykład, ile gniazdek na 15-amperowym wyłączniku możesz mieć lub ile świateł na 15-amperowym obwodzie możesz mieć? mieć.

Poznaj wskazówki dotyczące łatwiejsze domowe okablowanie elektryczne tutaj.

Dlaczego wyłączniki się potykają?

Wyzwolony obwód i wyłącznik ma pojemność 15 amperów lub 1800 watów (15 amperów x 120 woltów = 1800 watów). Światła pobierały 360 watów, czyli marne 3 ampery (360 watów podzielone przez 120 woltów = 3 ampery) — dobrze w zakresie mocy systemu 15 amperów. 800-watowy ekspres do kawy (podzielony przez 120 woltów) pobierał 6,6 amperów, znacznie więcej mocy niż światła, ale ich łączny pobór 9,6 amperów nadal mieści się w granicach 15-amperowego obwodu.

Ale kiedy podłączyłeś grzejnik o mocy 1200 watów, wymagane 10 amperów plus pobór dwóch pozostałych urządzeń pociągnął 19,6 amperów przez system 15 amperów (Figa. b). To jak pyton połykający świnię; system po prostu nie radzi sobie z obciążeniem. Wyłącznik tolerował to przez jakiś czas. Ale kiedy nadmiar prądu i wynikowe ciepło zaczęły deformować dwa kawałki metalu wewnątrz wyłącznika, zaczęły „ciągnąć za spust”. I kiedy metalowe elementy wygięły się do pewnego punktu, spust rozerwał dwa punkty styku, przerywając przepływ prądu i wyłączając to okrążenie. Jeśli w obwodzie występuje ogromne, nagłe pociągnięcie, mały elektromagnes w wyłączniku może również rozerwać punkty styku. Jeśli masz bezpieczniki, nadmiar ciepła topi drut wewnątrz bezpiecznika, co z kolei zatrzymuje przepływ prądu.

Gdyby to był wyłącznik 20-amperowy – jeden z grubszym drutem nr 12, który mógłby przenosić 2400 watów – wyłącznik nie zadziałałby. Ale gdy przewód znajduje się w ścianie, a wyłącznik znajduje się w skrzynce z wyłącznikami, niewiele można zrobić, aby ulepszyć ustalony obwód. Ale masz inne możliwości.

Obwody 240 V

Większe urządzenia, takie jak elektryczne podgrzewacze wody, suszarki i kuchenki, wymagają tak dużej mocy, że energia elektryczna jest do nich doprowadzana przez obwody 240 V. Dzieje się tak, ponieważ napięcie w obwodach 240-woltowych „pcha” dwa razy mocniej. Na przykład elektryczny flugelhorn o mocy 6000 watów w obwodzie 120-woltowym wymagałby obwodu 50-amperowego (6000 watów podzielone przez 120 woltów = 50 amperów). To wymagałoby drutów mamuta. Ale ten sam flugelhorn o mocy 6000 W na obwodzie 240 V wymaga tylko obwodu 25 A (6000 podzielone przez 240 = 25) oraz mniejszego przewodu i wyłącznika.

Rozwiązanie pierwsze — krótkoterminowa poprawka

Prostym rozwiązaniem jest podłączenie grzejnika do gniazdka w obwodzie o nadmiernej wydajności. Istniejące obciążenie obwodu można dość łatwo określić: wyłącz wyłącznik, a następnie włącz włączniki światła i sprawdź gniazda, aby sprawdzić, które z nich już nie działają. Następnie zsumuj łączne obciążenie w watach urządzeń w tym obwodzie. Często łatwiej to powiedzieć niż zrobić. Czasami obwód oznaczony jako „sypialnia” zasila gniazdka w pralni. Lub górne i dolne wyloty gniazda dupleksowego będą znajdować się w różnych obwodach. Po zmapowaniu obwodu i zsumowaniu obciążeń elektrycznych będziesz w stanie stwierdzić, czy możesz podłączyć więcej urządzeń do obwodu bez przeciążania go.

Sumując obciążenia elektryczne, pamiętaj, że przewód o natężeniu 15 amperów może przenosić 15 amperów przez cały dzień. Jednak 15-amperowe wyłączniki i bezpieczniki mogą w sposób ciągły przenosić tylko 12 amperów — 80% ich wartości znamionowej. Za pracę ciągłą uważa się obwód obciążony do pełna przez trzy godziny lub dłużej. Ta 80-procentowa zasada dotyczy wszystkich wyłączników i bezpieczników. Aby uzyskać więcej szczegółowych informacji na temat obliczania obciążeń, zobacz Zapobieganie przeciążeniom elektrycznym.

Rozwiązanie drugie — rozwiązanie długoterminowe

Najlepszym rozwiązaniem długoterminowym jest zainstalowanie nowego dedykowanego obwodu i wylotu dla nagrzewnicy. Większość elektryków zasugeruje dedykowany obwód dla każdego urządzenia, które będzie pobierało więcej niż połowę mocy obwodu. Figa. D w „Informacjach dodatkowych” (poniżej) pokazuje moc urządzeń, które zwykle mają dedykowane obwody. Za każdym razem, gdy instalujesz duże urządzenie elektryczne – niezależnie od tego, czy ma napięcie 120, czy 240 V – instaluj je we własnym dedykowanym obwodzie z przewodem o odpowiednim rozmiarze i wyłącznikiem.

Jak widać z Figa. mi, 20-amperowy wyłącznik z grubszym przewodem nr 12 może przenosić większy prąd niż 15-amperowy obwód z przewodem nr 14. Podczas okablowania lub zmiany okablowania kuchni, pralni, łazienki lub jadalni, National Electrical Code będzie wymagał zainstalowania obwodów 20-amperowych, które mogą przenosić większy prąd. Jeśli używasz wielu elektronarzędzi, sensowne jest użycie obwodów 20-amperowych również w garażu, warsztacie i piwnicy.

Aby uzyskać informacje o tym, jak podłączyć nowy obwód, zobacz Jak podłączyć nowy obwód?.

Złota rączka rodziny

Rysunek E: Rozmiary przewodów

Większy przewód o rozmiarze 12 może bezpiecznie przenosić większe natężenie prądu niż mniejszy przewód o rozmiarze 14 — bez przegrzewania.

Dowiedz się więcej 8 najczęstszych naruszeń przepisów elektrycznych tutaj.

Nie wolno manipulować

Właściciele domów, którzy wkładają „pensa do skrzynki bezpieczników”, aby zapobiec przepaleniu się bezpieczników, mają zwarte mózgi. Bez bezpiecznika, który zakłóci przepływ energii, gdy zbyt wiele amperów zostanie przepchniętych przez obwód, przewody przegrzewają się, izolacja przewodów topi się i wybucha pożar. I nie można po prostu zastąpić wyłącznika 15-amperowego wyłącznikiem 20-amperowym; to współczesny odpowiednik włożenia pensa do skrzynki z bezpiecznikami. Pamiętaj, że wyłącznik, przewód i izolacja przewodu są zaprojektowane i zwymiarowane tak, aby ze sobą współpracować — bezpiecznie.

Dodatkowe informacje

• Rysunek D: Wspólne dedykowane obwody