Cách mà một cầu chì tiêu chuẩn phản ứng với sự cố điện?

Cách hoạt động của cầu chì để bảo vệ sự cố

Cầu chì tiêu chuẩn là thiết bị an toàn quan trọng được thiết kế để ngắt dòng điện trong trường hợp xảy ra sự cố như quá tải hoặc ngắn mạch, do đó ngăn ngừa hư hỏng hệ thống điện, dây dẫn nóng chảy và nguy cơ cháy nổ. Hành động bảo vệ của nó đảm bảo an toàn và độ tin cậy của mạch.

Bảo vệ ngắn mạch

• Điều gì xảy ra: Ngắn mạch xảy ra khi có một đường dẫn có điện trở thấp (ví dụ: tiếp xúc trực tiếp giữa dây pha và dây trung tính) tạo ra một đột biến dòng điện vượt xa định mức của mạch.

• Phản ứng của cầu chì: Cầu chì phát hiện sự tăng đột biến dòng điện và tự động ngắt gần như ngay lập tức (trong vài mili giây), cắt dòng điện để:

• Ngăn chặn sự tích tụ nhiệt quá mức gây hư hại các thành phần.

• Giảm thiểu nguy cơ cháy nổ hoặc hồ quang điện.

Bảo vệ quá tải

• Điều gì xảy ra: Quá tải xảy ra khi tổng dòng điện rút bởi các thiết bị được kết nối (ví dụ: nhiều thiết bị điện hoặc thiết bị công suất cao) vượt quá khả năng an toàn của mạch theo thời gian.

• Phản ứng của cầu chì:

• Ngăn chặn dây dẫn quá nhiệt và làm hỏng lớp cách điện.

• Tránh nguy cơ cháy nổ từ dòng điện quá tải kéo dài.

• Mô tơ nhiệt bên trong cầu chì phát hiện dòng điện vượt quá mức cho phép.

• Khi dòng điện tiếp tục, bộ phận sưởi ấm của cầu chì làm nóng lên, khiến thanh kim loại hai lớp uốn cong dần.

• Khi thanh kim loại uốn cong đủ, cầu chì tự động ngắt, cắt mạch để:

Cầu chì tiêu chuẩn hoạt động như thế nào trong trường hợp xảy ra sự cố điện?

Một cầu chì tiêu chuẩn điển hình không thể phát hiện sự cố đất hoặc thiếu dây trung tính. Thay vào đó, nó chỉ cung cấp bảo vệ chống ngắn mạch và quá tải. Đây là lý do tại sao Bộ quy tắc Điện quốc gia (NEC) yêu cầu sử dụng cầu chì ngắt dòng điện rò rỉ (GFCI) để đảm bảo bảo vệ đúng cách cho cả thiết bị và nhân viên.

Dưới đây là các ví dụ về mạch minh họa cách một cầu chì tiêu chuẩn hoạt động trong điều kiện bình thường và sự cố:

Điều kiện bình thường

Trong sơ đồ dưới đây, mạch chiếu sáng được kiểm soát và bảo vệ bởi cầu chì 15 ampe, được cung cấp 120V từ bảng chính 120V/240V.

Vì không có sự cố trong mạch, tất cả các thành phần hoạt động bình thường, và đèn sáng như mong đợi.

Điều kiện ngắn mạch / quá tải

Bây giờ, hãy xem xét một tình huống xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải - ví dụ, nếu dây pha chạm vào vỏ kim loại của thiết bị (như đầu bóng đèn). Trong trường hợp này, một dòng điện lỗi được tạo ra, đi ngược lại nguồn điện thông qua dây tiếp đất. Dây tiếp đất được kết nối với dây trung tính ở bảng chính, tạo thành một đường dẫn có điện trở thấp hoàn thành mạch.

Do điện trở cực kỳ thấp của dây tiếp đất, một dòng điện lớn (lên đến 600 ampe) chảy qua mạch trong trường hợp xảy ra sự cố, tạo ra quá tải nghiêm trọng. Cơ chế bên trong của cầu chì ngay lập tức phát hiện dòng điện vượt mức và kích hoạt hành động ngắt. Cầu chì 15 ampe sau đó nhanh chóng ngắt mạch khỏi nguồn điện chính, bảo vệ cả thiết bị điện và nhân viên khỏi nguy cơ như quá nhiệt, hồ quang điện, hoặc điện giật.

Phát hiện sự cố và ngắt mạch

Như được minh họa trong sơ đồ dưới đây, cầu chì 15 ampe ngắt ngay lập tức khi phát hiện dòng điện lỗi vượt quá định mức của nó. Hành động này ngắt mạch khỏi nguồn điện chính, cung cấp bảo vệ mạnh mẽ chống lại cả quá tải và ngắn mạch.

Cầu chì tiêu chuẩn và sự cố đất

Như đã thảo luận trước đó, cầu chì tiêu chuẩn không bảo vệ chống sự cố đất - tình huống mà điện chảy không mong muốn đến đất - hoặc tình trạng dây trung tính bị đứt, cả hai đều tạo ra nguy cơ an toàn đáng kể. Trong các trường hợp này:

• Sự cố đất: Dòng điện lệch khỏi đường dẫn mạch dự định và chảy đến đất (ví dụ: thông qua người hoặc thiết bị hỏng), tạo ra nguy cơ giật điện nguy hiểm.

• Dây trung tính bị đứt: Một dây trung tính bị ngắt kết nối có thể gây mất cân bằng điện áp, buộc dòng điện tìm đường đi thay thế (ví dụ: thông qua vỏ thiết bị hoặc dây tiếp đất), có thể dẫn đến quá nhiệt hoặc giật điện.

Trong cả hai trường hợp, dòng điện lỗi có thể hoàn thành mạch thông qua các đường dẫn không mong muốn, bỏ qua cơ chế bảo vệ quá tải/ngắn mạch của cầu chì tiêu chuẩn. Đó là lý do tại sao các thiết bị chuyên dụng như Ngắt mạch Rò rỉ Dòng điện (GFCIs) hoặc Ngắt mạch Hồ quang Dòng điện (AFCIs) được yêu cầu cho các nguy cơ cụ thể này.

Điều này có thể dẫn đến dòng điện chảy qua các đường dẫn không mong muốn, bao gồm cả dây trung tính và dây tiếp đất. Hơn nữa, bất kỳ thành phần kim loại nào được phơi bày trong mạch có thể trở nên có điện, mang theo điện áp nguy hiểm 72V hoặc 120V - tạo ra nguy cơ giật điện hoặc cháy nổ nghiêm trọng.

Để giải quyết vấn đề này, nên sử dụng cầu chì GFCI thay vì cầu chì tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố đất.