Giải bài tập Công nghệ 8: Thiết bị bảo vệ của mạng điện trong nhà.

Câu hỏi: Tại sao ở đầu vào của mạch điện các gia đình đều có cầu chì, cầu dao, aptomat hoặc cầu dao ngắt dòng rò (aptomat chống giật)?
Trả lời: Ở đầu vào của mạch điện các gia đình đều có cầu chì, cầu dao, aptomat, hoặc cầu dao ngắt dòng rò (aptomat chống giật) để bảo vệ mạch điện khi bị quá tải hay ngắn mạch. Trong cầu chì và cầu dao đều có dây chảy bằng chì nên khi dòng điện trong mạch lớn quá thì dây chì sẽ nóng chảy và ngắt mạch điện. Aptomat và aptomat chống giật đều có mạch tự động để ngắt mạch điện khi dòng điện lớn hơn dòng định mức của aptomat. Aptomat chống giật còn có tác dụng ngắt mạch điện khi có dòng rò ví dụ rò điện ra tường, bình nước nóng bị rò hoặc không may có ai chạm vào mạch điện. Hiện nay, cầu dao ngắt dòng rò bán trên thị trường Việt Nam có thể ngắt mạch khi có dòng rò 30mA; dòng điện nguy hiểm cho người là 40mA nên mạch điện trong gia đình có cầu dao ngắt dòng rò thì rất an toàn cho mọi người trong nhà. Ở nước ngoài, người ta dùng cầu dao ngắt dòng rò 15mA như thế rất an toàn cho trẻ em vì trẻ em nhạy cảm hơn với dòng diện (cầu dao ngắt dòng rò 15mA đắt gấp đôi cầu dao ngắt dòng rò 30mA. Nhưng ở Việt Nam không khí ẩm nên nếu dùng cầu dao ngắt dòng rò 15mA thì mạch điện hay bị ngắt).

Câu hỏi: Em cho biết cầu chì có các loại nào?
Trả lời: Cầu chì có nhiều loại khác nhau tùy theo việc sử dụng:
- Câu chì hộp: Thường lắp ở bảng điện trong mạch điện gia dinh.
- Câu chì ống: Lắp trong các thiết bị điện và điện tử.
- Cầu chì nút: Thực chất là cầu chì ống được đặt trong một ống nhỏ bằng nhựa để lắp vào vỏ máy, nút hướng ra phía ngoài máy để có thể thay cầu chì dễ dàng khi bị hỏng.
- Cầu chì nhiệt: Trong một số thiết bị có Cầu chì nhiệt ngoài tác dụng ngắt điện ở dòng định mức nó còn ngắt điện ở giới hạn nhiệt độ nào đó tùy theo dụng cụ dùng điện.

Câu hỏi: Em cho biết cấu tạo của cầu chì?
Trả lời: a. Dây chảy: Tất cả các loại cầu chì kể trên đều có bộ phận chủ yếu là sợi dây chảy làm bằng chì để dễ nóng chảy và ngắt mạch khi dòng điện quá định mức. Riêng dây chảy trong cầu chì nhiệt ngoài việc ngắt dòng theo định mức còn ngắt dòng khi nhiệt độ đến giới hạn đã ghi trên cầu chì. Ví dụ: Ở đáy nồi cơm điện có cầu chì nhiệt đề 10A-250°C, cầu chì này sẽ đứt khi nhiệt độ nồi cơm điện tới 250°C; mục đích để nồi cơm không bị cháy khi nóng quá. Ở stato của một số quạt điện và cuộn sơ cấp của biến thế công suất nhỏ có gắn cầu chì 2A-130°C để khi stato hoặc cuộn dây của biến thế bị nóng đến 130°c thì cầu chì ngắt dòng điện.
b. Vỏ và cực nối dây: Tùy theo loại cầu chì mà phần vỏ bên ngoài có cấu tạo khác nhau: 
- Cầu chì hộp: vỏ bên ngoài bằng sứ hoặc nhựa chịu nhiệt, ở thân cầu chì có các vít để lắp dây điện, ở nắp cầu chì có vít để lắp dây chì.
- Cầu chì ống: Vỏ ngoài bằng thủy tinh hoặc gốm, hình trụ, dây chì bên trong được nối với hai nắp kim loại ở hai đầu ống để lắp vào giá đỡ trên thiết bị điện.
- Câu chì nút: Thực chất là cầu chì ống được đặt trong hộp nhựa nhỏ có nút vặn ngoài mặt máy, hai đầu ống dây chảy được tiếp với hai cực nối dây điện ở đáy hộp quay vào phía trong máy.
- Cầu chì nhiệt: vỏ bằng gốm hoặc nhựa, hình dạng như cầu chì ống hoặc như một tụ điện nhỏ, dây chảy bên trong được nối với hai nắp kim loại ở hai đầu ống hoặc hai sợi dây điện đưa ra ngoài để nối vào mạch điện. Dây chảy sẽ đứt khi nhiệt độ vỏ cầu chì đến nhiệt độ giới hạn ghi trên vỏ cầu chì.

Câu hỏi: Em hãy trình bày nguyên lí làm việc của cầu chì?
Trả lời: Nói về nguyên lí làm việc của cầu chì, trang 184 SGK viết: “Khi dòng điện tăng lên quá giá trị định mức (do ngắn mạch, quá tải), dây chảy cầu chì nóng chảy và bị đứt (cầu chì nổ) làm mạch điện bị hở, bảo vệ mạch điện và các đồ dùng điện, thiết bị điện không bị hỏng”. Nhiều người không hiểu nên nghĩ rằng nếu không có cầu chì thì khi dòng điện tăng lên quá giá trị định mức (do ngắn mạch, quá tải) thì các thiết bị điện bị dòng điện lớn này làm hỏng. Em xin nêu ví dụ một mạch điện thực tế để thấy rõ tác dụng của cầu chì, để xem nếu không có cầu chì trong mạch thì các thiết bị điện có phải bị hỏng do dòng điện trong mạch lớn gây ra hay không.

Giả sử có mạch điện như hình 3.9a, mạch điện này không có cầu chì, các bóng đèn tượng trưng cho các vật tiêu thụ điện. Nếu số vật tiêu thụ điện nay nhiều quá, dòng điện trong mạch chính chạy trên các đoạn dây AB và CD sẽ lớn quá mức thiết kế của các dây dẫn này. Nhưng dòng điện chạy qua các vật tiêu thụ điện chưa tới dòng điện định mức của các thiết bị điện vì lúc này điện áp đặt vào thiết bị điện thấp hơn điện áp định mức do sụt áp lớn trên các đoạn AB và CD. Như vậy dòng điện lớn do quá tải không làm hỏng các thiết bị điện được.

Giả sử có mạch điện như hình 3.9b, mạch này cũng không có cầu chì, hai điểm M và N bị chập nhau, điện trở đoạn MN rất nhỏ, hiện tượng này gọi là ngắn mạch. Dòng điện trong mạch AMND rất lớn, dòng điện qua các thiết bị điện hầu như không có, nếu có thì dòng này cũng rất nhỏ, dưới dòng điện định mức nhiều nên không thể làm hỏng các thiết bị điện được. 

Qua hai hình trên ta thày dòng điện lớn do mạch bị quá tải hoặc ngắn mạch không làm hỏng các thiết bị điện nếu trong mạch không có cầu chì vì dòng qua các thiết bị điện vẫn nhỏ hơn dòng định mức của các thiết bị. Có lẽ ý trong SGK là: Nếu trong mạch không có cầu chì mà xảy ra quá tải hoặc ngắn mạch thì dòng điện trong mạch lớn làm cháy đường dây điện dẫn tới cháy nhà, lúc ấy không phải chỉ có các thiết bị điện hỏng mà toàn bộ đồ đạc không dùng điện trong nhà cùng bị hỏng tất cả!

Vì vậy trong mạch điện phải có cầu chì để khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải thì dây chì đứt làm ngắt dòng điện để không bị cháy đường dây điện và cháy nhà, các thiết bị điện và đồ đạc trong nhà không bị hỏng.

Câu hỏi: Trong bảng 53.1 SGK có ghi giá trị định mức dòng điện theo loại dây và đường kính dây, khi cầu chì nhà em bị đứt dây chì (nổ cầu chì) thì em thay dây như thế nào?
Trả lời: Khi cầu chì nhà em bị nổ (đứt dây chì) thì em phai thay dây chì vào cầu chì chứ không thay bằng dây đồng hay dây nhôm. Báng 53.1 SGK ghi dường kính và dòng điện định mức của các loại dây theo các sách kĩ thuật điện cua nước ngoài. Trong thực tế ở thị trường Việt Nam không có những loại dây kích thước này. Hiện nay trên thị trường Việt Nam chỉ có dày chì đường kính 1mm, 1,5mm, 2mm. Em vẫn thường dùng dây ϕ1mm cho mạch dùng dòng điện tới 10A, dây ϕ1,5mm cho mạch dùng dòng điện 20A, dây ϕ2mm cho mạch dùng dòng điện 30A. Nếu mạch chỉ dùng bóng đèn hoặc ti vi, ... có dòng điện nhỏ thì em đập mỏng dây chì và cắt bớt một phần chì đi, chỉ để lại sợi chì nhỏ thích hợp với dòng điện của dụng cụ dùng điện. Ở cầu dao tổng cho toàn nhà nếu cần dòng điện lớn thì em chập các dây chì với nhau sao cho chịu được dòng điện bình thường trong mạch để khi có sự cố cầu chì đứt, đảm bảo an toàn cho nhà.

Câu hỏi: Em cho biết tác dụng của aptomat trong mạch điện?
Trả lời: Hiện nay ở mạch điện trong các gia đình người ta thường dùng aptomat thay cho cầu chì và cầu dao. Mỗi aptomat có một dòng định mức nhất định, khi dòng điện trong mạch lớn hơn dòng định mức thì aptomat ngắt điện, đảm bảo an toàn khi quá tải hoặc ngắn mạch. Aptomat chống giật (cầu dao chống dòng rò) ngoài tác dụng ngắt mạch khi quá tải hoặc ngắn mạch nó còn ngắt mạch khi có dòng rò ví dụ mạch bị rò điện xuống đất hoặc ai chạm vào mạch điện, dòng điện qua người chỉ 30mA là aptomat ngắt điện như thế rất an toàn cho người.

Việc dùng aptomat thay cho cầu dao điện tuy hiện đại hơn nhưng chưa hẳn đã là tốt. Chức năng aptomat là tự động ngắt mạch khi dòng điện trong mạch vượt định mức, nếu ta dùng aptomat thay cầu dao để đóng và ngắt mạch điện thường xuyên sẽ làm tiếp điểm trong aptomat chóng hỏng, nhiều khi nó bị dính nhau và không ngắt được dòng điện khi quá tải hoặc ngắn mạch. Khi cần đóng hoặc ngắt mạch thường xuyên nên dùng cầu dao, nhất là mạch dùng dòng điện lớn như bình nước nóng, máy điều hòa, ...

Trong SGK Công nghệ 8, trang 185 có viết: “ Khi mạch điện bị ngắn mạch hoặc quá tải, dòng điện trong mạch điện tăng lên vượt quá định mức, aptomat tác động tự động cắt mạch điện (núm điều khiển về vị trí OFF), bảo vệ mạch điện, thiết bị và đồ dùng điện khỏi bị hỏng. Như vậy aptomat đóng vai trò như cầu chì.” Như trên em đã phân tích ở mạch điện hình 53.1a, b có lẽ ở đây tác giả muốn nói khi ngắn mạch hoặc quá tải nếu trong mạch không có aptomat hoặc cầu chì tụ động cắt mạch thì dòng điện trong mạch lớn làm cháy dây dẫn điện gây ra cháy nhà nên các thiết bị điện và đồ đạc trong nhà cùng bị cháy luôn hết cả!