Sigorta

Öğretim programları: KS3, GCSE, Sek I, cycle 4

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Sigortanın devreyi aşırı yükten ve kısa devreden nasıl koruduğunu ve anma akımının neden yüke göre seçildiğini görmek.

Düzenek

6 V'luk bir kaynak, 0,5 A'lik bir sigorta ve bir ampermetre iki baraya gider. Baralar arasında üç kol vardır: altta 6 V / 0,5 W'lık bir ampul, ortada açık bir anahtarın ardında 5,1 Ω'luk bir yük, üstte bir buton — basılı tutulduğu sürece baraları kısa devre eder. Ampul yanıyor ve ampermetre yaklaşık 83 mA gösteriyor.

İşlem basamakları

1. Yükün anahtarını kapatın. Sigortaya, ampule ve ampermetreye bakın.
2. Anahtarı açın. Buşonu değiştirin: sigortanın parametre kartında “Atmış” onay kutusunun işaretini kaldırın.
3. Anma akımını 2 A'e ayarlayın ve yükün anahtarını yeniden kapatın. Ampermetrenin gösterdiği değeri kaydedin.
4. Butona basın ve basılı tutun. Sigortaya ve kaynağın güç göstergesine bakın.
5. Butonu bırakın, yükün anahtarını açın, anma akımını yeniden 0,5 A'e ayarlayın ve kaynağı güç tuşuyla çalıştırın.
6. Butona yeniden basın. Sigortaya ve kaynağın güç göstergesine bakın.

Beklenen sonuç

5,1 Ω'luk yük, ampul akımına yaklaşık 1 A ekler — bu, buşonun 0,5 A'lik anma akımının iki katından biraz fazladır. Gerçek bir hızlı tip buşon böyle bir akımda yine de saniyelerce dayanırdı: ısı uç başlıklarından dışarı kaçar ve akım eşiğe ne kadar yakınsa buşon o kadar uzun dayanır. Burada buşon, her buşon için farklı olmak üzere yarım saniye ile birkaç saniye arasında bir sürede atar. Devre kesilir, ampul söner ve ampermetre 0 gösterir. Atmış buşon değiştirilene kadar açık kalır. Anma akımının yaklaşık 1,9 katından küçük bir akımda buşon hiç atmaz.

2 A'lik buşon aynı akıma dayanır: ampermetre yaklaşık 1,0 A gösterir. Ancak kısa devrede akım yaklaşık 7 A'dir — anma akımının yalnızca 3,4 katı — ve böyle bir buşonun atması için saniyenin onda biri gerekir. Kaynağın aşırı yük koruması 20 ms ile daha hızlıdır: güç göstergesi kırmızı yanıp söner, kaynak kapanır ve buşon sağlam kalır. Anma akımı gereğinden büyük olan bir buşon devreyi korumaz.

0,5 A'lik buşonla yaklaşık 6 A olan kısa devre akımı, anma akımının 12 katıdır: buşon birkaç milisaniyede, kaynağın aşırı yük korumasından önce atar ve kaynak çalışmaya devam eder.

Sorular

1. Sigorta neden yüke paralel değil de seri bağlanır?
2. Anma akımı yük akımından çok daha büyük olan bir buşon takarsanız ne olur?
3. Sigorta, kaynağın tamamını kapatan aşırı yük korumasından hangi yönden daha iyidir?
4. Buşon iki kat akımda neden saniyeler içinde, kısa devrede ise milisaniyeler içinde atar?

Cevaplar

1. Seri bağlamada yük akımının tamamı sigortadan geçer ve buşon attığında devre kesilir. Paralel bağlı bir sigorta küçük direnciyle yükü kısa devre eder ve hemen atardı; bundan sonra yük, korumasız olarak kaynağa bağlı kalırdı.
2. Buşon, yük ve kabloları için fazla büyük olan akımları geçirir; böylece devre korumasız kalır. Bu düzenekte 2 A'lik buşon 1 A'lik aşırı yüke dayanır ve anma akımının yalnızca 3,4 katı olan 7 A'lik kısa devreyi de atmadan atlatır: önce kaynağın aşırı yük koruması kaynağı kapatır.
3. Her kolun, anma akımı kendi yüküne göre seçilmiş ayrı bir sigortası olabilir; böylece bir arıza yalnızca o kolu ayırır ve devrenin geri kalanı çalışmaya devam eder. Bu düzenekte 0,5 A'lik buşon birkaç milisaniyede atar ve kaynak çalışmaya devam eder; kaynağın koruması ise ancak 3 A'in üzerinde devreye girer ve kaynağa bağlı her şeyi kapatır.
4. Telde açığa çıkan ısı \(P = I^2 R\) ile verilir. Anma akımının yaklaşık 1,9 katına kadar ısı, tel erime noktasına ulaşmadan uç başlıklarından kaçar; anma akımının iki katında ısınma yalnızca biraz daha fazladır, bu yüzden tel saniyeler boyunca yavaş yavaş erime noktasına yaklaşır. Anma akımının 12 katı olan kısa devrede ısınma, anma değerindekinin 144 katıdır ve tel, ısı kaçmaya fırsat bulamadan milisaniyeler içinde erir.