Короткое замыкание. Предохранители

Мы часто говорили о том, что те или иные приборы или электрические цепи рассчитаны на определенную силу тока. Если по какой-то причине сила тока становится больше допустимой, то это может привести к перегреву проводов или даже к пожару. Изучая параллельное соединение, мы говорили, что сила тока в проводе может стать слишком большой, если одновременно включить в сеть много приборов. Но, кроме этого, есть и другая причина, которая называется коротким замыканием. Соединение концов участка цепи проводником, с очень маленьким сопротивлением, по сравнению с сопротивлением цепи — это короткое замыкание. При коротком замыкании, сопротивление цепи резко уменьшается, а, значит, резко увеличивается сила тока.

Самый простой пример короткого замыкания — это прикосновение к открытому контакту. То есть, если сунуть шпильку в розетку, то будет короткое замыкание (не нужно проверять — поверьте на слово). Скажем, сопротивление шпильки в 10 раз меньше. Тогда сила тока увеличится в 10 раз, а количество выделяемой тепловой энергии — в 100 раз по закону Джоуля-Ленца. Ведь количество теплоты, выделяемого током, пропорционально квадрату силы тока.

Таким образом, короткое замыкание может привести к воспламенению проводки. Кроме неправильных действий людей, короткое замыкание возникает и по другим причинам. Чаще всего, это повреждение изоляции проводов. Например, если на улице ветер, а изоляция проводов неисправна, то при соприкосновении двух оголенных проводов возникнет короткое замыкание.

Итак, давайте рассмотрим, что именно происходит при коротком замыкании. Например, вы включаете в розетку телевизор, мощностью 180 Вт. Поскольку напряжение в розетке 220 В, а мощность — это сила тока умножить на напряжение, ток составляет примерно 0,8 А.

А теперь представьте, что с проводом телевизора что-то не так, и ток возвращается в розетку, не проходя через телевизор (то есть коротким путём). Возникнет короткое замыкание. Сопротивление самого провода ничтожно мало по сравнению с сопротивлением телевизора. Поэтому, исходя из закона Ома, ток резко возрастёт, причем в десятки, а иногда и сотни раз.

Чтобы избежать пожаров по причине короткого замыкания — существуют предохранители. Как только сила тока превышает допустимое значение, предохранитель сразу отключает линию. Предохранители стоят в любом электроприборе, чтобы защитить их при перегрузках электрической сети и скачках напряжения. Самый элементарный предохранитель изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом.

Он устанавливается на входе электроприборов, и при большой силе тока, проволока попросту плавится и цепь оказывается разомкнутой. Такие предохранители называют плавкими. Существует и другой вид предохранителей, основанных на тепловом действии тока. При слишком большой силе тока возникает перегрев проводов, а, как мы помним, при нагревании тела расширяются. Как только происходит такое расширение, предохранитель выключается автоматически.

В квартирной проводке, эти предохранители находятся на специальном щитке, на вводе проводов в квартиру. Как правило, в квартиру идут несколько проводов, поэтому, к каждому проводу последовательно подключается отдельный предохранитель. Если провода начинают перегреваться, то предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком (мы говорим, что «вышибло пробки»).

Наверное, многие замечали такие явления: если включить одновременно на кухне и чайник, и микроволновку, и электрическую плитку, то может вышибить пробки. Или же, если одновременно работает стиральная машина, пылесос и фен, то может произойти то же самое. Поэтому, часто рекомендуется равномерно распределять нагрузку, которую даёт бытовая техника на провода. Нужно либо стараться не использовать несколько приборов одновременно, либо подключить их к разным узлам.

Упражнения.

Задача 1. На рисунке представлены мощность различных электроприборов в ваттах. Как лучше их подключить к домашней проводке, если ток в несущем проводе рассчитан на 33 А.

Мы видим, что в квартиру идут три параллельных узла (условно, кухня, коридор и комната), в каждом из которых должно быть не более 11 А. Напомним, что при параллельном подключении ток в несущем проводе равен сумме токов во всех ответвлениях. Например, несущий провод делится на три параллельных узла. Поэтому максимальный ток в каждом из этих узлов втрое меньше, чем максимальный ток в несущем проводе.

Разумеется, это далеко не самая сложная задача по распределению нагрузки, да и потребители электроэнергии редко думают об этом. Поэтому, необходимо использовать предохранители для предотвращения пожаров и поломки техники.