Cầu dao là một thiết bị hoàn toàn cần thiết trong thế giới hiện đại, và là một trong những cơ chế an toàn quan trọng nhất trong ngôi nhà của bạn. Bất cứ khi nào hệ thống dây điện trong tòa nhà có quá nhiều dòng điện chạy qua, những chiếc máy đơn giản này sẽ cắt điện cho đến khi ai đó có thể khắc phục sự cố.
Cầu dao hoạt động trong nhà
Lưới điện phân phối cung cấp điện từ nhà máy điện đến ngôi nhà của bạn. Bên trong ngôi nhà của bạn, điện tích di chuyển trong một mạch lớn, bao gồm nhiều mạch nhỏ hơn. Một đầu của đoạn mạch, dây nóng dẫn đến nhà máy điện. Đầu còn lại, được gọi là dây trung tính, dẫn xuống đất. Vì dây nóng nối với nguồn năng lượng cao và dây trung tính nối với nguồn trung tính về điện (đất), nên có một hiệu điện thế trên toàn mạch - điện tích di chuyển bất cứ khi nào mạch đóng. Dòng điện được cho là dòng điện xoay chiều, vì nó thay đổi hướng nhanh chóng. (Xem Cách hoạt động của lưới phân phối điện để biết thêm thông tin.)
Lưới điện phân phối cung cấp điện ở điện áp nhất quán (120 và 240 vôn ở Hoa Kỳ), nhưng điện trở (và do đó là dòng điện) khác nhau trong một ngôi nhà. Tất cả các bóng đèn và thiết bị điện khác nhau đều cung cấp một lượng điện trở nhất định, còn được gọi là tải. Điện trở này là yếu tố làm cho thiết bị hoạt động. Ví dụ, một bóng đèn có một dây tóc bên trong rất bền với điện tích đang chảy. Điện tích phải hoạt động mạnh để di chuyển theo, làm nóng dây tóc, làm cho nó phát sáng.
Trong hệ thống dây điện trong tòa nhà, dây nóng và dây trung tính không bao giờ chạm trực tiếp. Điện tích chạy qua mạch luôn đi qua một thiết bị, vật đóng vai trò như một điện trở. Bằng cách này, điện trở trong các thiết bị giới hạn lượng điện tích có thể chạy qua mạch (với hiệu điện thế không đổi và điện trở không đổi thì cường độ dòng điện cũng phải không đổi). Các thiết bị được thiết kế để giữ dòng điện ở mức tương đối thấp vì mục đích an toàn. Quá nhiều điện tích chạy qua mạch tại một thời điểm cụ thể sẽ làm nóng dây điện của thiết bị và hệ thống dây điện của tòa nhà đến mức không an toàn, có thể gây ra hỏa hoạn.
Cầu dao hoạt động trong nhà
Điều này giúp hệ thống điện luôn hoạt động trơn tru. Nhưng đôi khi, một cái gì đó sẽ kết nối dây nóng trực tiếp với dây trung tính hoặc một cái gì đó khác dẫn đến đất. Ví dụ, một động cơ quạt có thể quá nóng và nóng chảy, kết hợp dây nóng và dây trung tính lại với nhau. Hoặc ai đó có thể đóng đinh vào tường, vô tình làm thủng một trong các đường dây điện. Khi dây nóng được nối trực tiếp với đất, trong mạch có điện trở nhỏ nhất nên hiệu điện thế đẩy một lượng điện tích rất lớn qua dây dẫn. Nếu điều này tiếp tục, dây có thể quá nóng và bắt đầu cháy.
Công việc của cầu dao là cắt mạch điện bất cứ khi nào dòng điện nhảy qua mức an toàn. Trong các phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu cách nó thực hiện điều này.
Xem thêm: Tìm Hiểu Về Cầu Dao Tổng Trong Nhà
Thiết kế cơ bản của cầu dao
Thiết bị bảo vệ mạch điện đơn giản nhất là cầu chì. Cầu chì chỉ là một sợi dây mỏng, được bọc trong một vỏ bọc, cắm vào mạch điện. Khi một mạch được đóng lại, tất cả điện tích đều chạy qua dây cầu chì - cầu chì chịu cùng dòng điện với bất kỳ điểm nào khác dọc theo mạch. Cầu chì được thiết kế để phân hủy khi nó nóng lên trên một mức nhất định - nếu dòng điện tăng quá cao, nó sẽ làm cháy dây. Việc phá hủy cầu chì sẽ mở mạch điện trước khi dòng điện vượt quá có thể làm hỏng hệ thống dây điện của tòa nhà.
Vấn đề với cầu chì là chúng chỉ hoạt động một lần. Mỗi khi thổi cầu chì, bạn phải thay cầu chì mới. Cầu dao hoạt động tương tự như cầu chì - nó mở mạch ngay khi dòng điện tăng đến mức không an toàn - nhưng bạn có thể sử dụng nó nhiều lần.
Bộ ngắt mạch cơ bản bao gồm một công tắc đơn giản, được kết nối với dải lưỡng kim hoặc nam châm điện. Sơ đồ dưới đây cho thấy một thiết kế nam châm điện điển hình.
Thiết kế cơ bản của cầu dao
Dây nóng trong mạch nối vào hai đầu công tắc. Khi bật công tắc sang vị trí bật, dòng điện có thể chạy từ đầu cuối phía dưới, qua nam châm điện, đến tiếp điểm chuyển động, qua tiếp điểm tĩnh và ra đầu cuối phía trên.
Điện từ hóa nam châm điện (Xem Cách hoạt động của nam châm điện để tìm hiểu tại sao). Dòng điện tăng làm tăng lực từ của nam châm điện và dòng điện giảm làm giảm từ tính. Khi dòng điện nhảy đến mức không an toàn, nam châm điện đủ mạnh để kéo một đòn bẩy kim loại được kết nối với liên kết công tắc xuống. Toàn bộ liên kết dịch chuyển, làm nghiêng tiếp điểm chuyển động ra khỏi tiếp điểm tĩnh làm đứt mạch.
Thiết kế nâng cao của cầu dao
Các bộ ngắt mạch tiên tiến hơn sử dụng các linh kiện điện tử (thiết bị bán dẫn) để theo dõi mức dòng điện hơn là các thiết bị điện đơn giản. Những phần tử này chính xác hơn rất nhiều và chúng đóng mạch nhanh hơn, nhưng chúng cũng đắt hơn rất nhiều. Vì lý do này, hầu hết các ngôi nhà vẫn sử dụng cầu dao điện thông thường.
Một trong những thiết bị ngắt mạch mới hơn là bộ ngắt mạch lỗi chạm đất, hoặc GFCI. Những cầu dao phức tạp này được thiết kế để bảo vệ mọi người khỏi bị điện giật, thay vì ngăn ngừa hư hỏng hệ thống dây điện của tòa nhà. GFCI liên tục theo dõi dòng điện trong dây trung tính và dây nóng của mạch. Khi mọi thứ hoạt động chính xác, dòng điện trong cả hai dây phải hoàn toàn giống nhau. Ngay sau khi dây nóng kết nối trực tiếp với đất (ví dụ, nếu ai đó vô tình chạm vào dây nóng), mức dòng điện sẽ tăng trong dây nóng, nhưng không tăng trong dây trung tính. GFCI ngắt mạch ngay khi điều này xảy ra, ngăn ngừa điện giật. Vì không phải đợi dòng điện tăng đến mức không an toàn, GFCI phản ứng nhanh hơn nhiều so với một thiết bị ngắt thông thường.
Tất cả hệ thống dây điện trong một ngôi nhà đều chạy qua bảng ngắt mạch trung tâm (hoặc bảng hộp cầu chì), thường ở tầng hầm hoặc tủ quần áo. Một bảng điều khiển trung tâm điển hình bao gồm khoảng một chục công tắc ngắt mạch dẫn đến các mạch điện khác nhau trong nhà. Một mạch có thể bao gồm tất cả các ổ cắm trong phòng khách và một mạch khác có thể bao gồm tất cả ánh sáng ở tầng dưới. Các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như hệ thống điều hòa không khí trung tâm hoặc tủ lạnh, thường có mạch điện riêng.
Xem thêm: Cách Thay Thế Cầu Dao Một Cách An Toàn
Hotline : 