Как не спалить себе жилище?

Конечно же, не нужно давать детям играть со спичками, не курить в квартире и не размахивать руками, когда устраиваете со своей второй половинкой ужин при свечах. Однако, есть и еще один фактор, который не всегда напрямую зависит от обитателя помещения – то, как в нем устроена электрика.

Как многие уже догадались, сегодня поговорим об устройствах электрической защиты от короткого замыкания и перегрева. Давненько здесь не было рассказов про устройства приборов.

Здесь стоит немного пояснить, что короткое замыкание – это когда резко падает сопротивление нагрузки цепи и, по закону Ома, резко растет ток. А большой ток, как мы знаем, приводит к очень сильному нагреву проводников (вспоминаем закон Джоуля-Ленца по которому тепло, выделившееся в проводнике, пропорционально квадрату силы тока). Такое количество тепла запросто может сначала расплавить изоляцию проводов, а, затем, и сами провода, что легко может привести к возгоранию других вещей вокруг.

Человек, живущий в квартире не всегда напрямую виноват в случившемся. Ему могли плохо сделать проводку, и изоляция проводов со временем стерлась, могли плохо собрать на заводе прибор, который он купил. Однако, бывает и прямое влияние. Например, если вы захотели повесить полку и вслепую сверлите перфоратором стену, не зная, где проходят провода. Или залили водой бытовой прибор, включенный в цепь.

Многим людям постарше знакомы выражения «пробки перегорели». Действительно, первыми устройствами защиты от короткого замыкания были приборы, работающие по принципу плавких предохранителей. После перегорания их нужно было выбрасывать и ставить новые. На смену пробкам пришли многоразовые и более сложные устройства – автоматические выключатели (в простонародье – автоматы). На рисунке привел максимально упрощенную, но показывающую реальное устройство, схему. Автомат имеет два вида защиты – тепловую (от перегрева) и электромагнитную (от короткого замыкания), и работают они по разному принципу.

Тепловая защита исполнена биметаллической пластиной – сэндвича из двух сваренных металлов с разным коэффициентом термического расширения. При нагреве одна пластина расширяется быстрее другой, и не может свободно удлиниться из-за жесткого контакта, поэтому вся конструкция начинает изгибаться, и цепь размыкается. Это как со старыми рельсами, у которых если не сделать зазоры, посмотрите в интернете, какими извилистыми они становятся от перепада температур.

Электромагнитная защита более совершенна для защиты от короткого замыкания, чем плавкий предохранитель, но работает она не по такому уж и сложному принципу. Она состоит из катушки, подключенной к общей цепи, и сердечника вблизи нее, связанного с выключателем и удерживаемого пружиной. При коротком замыкании сильно возрастает ток через катушку, а, вместе с ним, и создаваемое током магнитное поле внутри нее. Пропорциональность магнитного поля току, который это поле создает, описывается в так называемом законе Био-Савара-Лапласа. Сильное магнитное поле, созданное катушкой, втягивает железный сердечник внутрь нее (железо ведь ферромагнетик, а мы уже знаем, что это такое). Как будто бы большой магнит поднесли к сердечнику. А так как к сердечнику привязана клемма выключателя, переместившись внутрь катушки, он тянет за собой эту клемму и размыкает цепь. Стоит отметит, что магнитное поле и до короткого замыкания создавалось в катушке, ведь ток через нее все равно шел. Но оно было достаточно мало, и сила втягивания ферромагнетика в это поле не превышало силу упругости пружины, которой удерживался сердечник так, чтобы цепь была замкнута. Вот такое гениально простое инженерное решение.

Кстати, в этом устройстве есть еще один интересный элемент – камера гашения дуги и отвода газов. При коротком замыкании ток настолько сильный, что при моментальном срабатывании электромагнитной защиты и размыкания контактов, между ними в слое воздуха образуется пробой в виде дугового разряда. Да, практически по такому же принципу, как в молнии, сварке и других примерах электрического тока в газах.

Рисунок🔽