13、电路保护与家庭用电设备解析

电路保护与家庭用电设备解析

1. 电路保护装置

在各类用电场景中，如大型工业厂房、重型设备、家庭简单电路或实验室仪表等，为确保线路电流不超过额定值，需要对输入电力进行限制。否则，可能会损坏导体、电气或电子设备，甚至引发火灾或冒烟等危险情况。为限制电流水平，通常会在电源进入处安装保险丝或断路器，例如在大多数家庭地下室的配电盘处，即外部馈线进入住宅的位置。

• 保险丝 ：内部有金属导体，电流从中通过。当系统电流超过外壳上标注的额定值时，保险丝会开始熔化。一旦保险丝熔断，电流路径就会中断，从而保护其路径上的负载。常见的保险丝类型有 CC - TRON®（0 - 10 A）、超小型固体矩阵保险丝和 Semitron（0 - 600 A）等。
• 断路器 ：近年来新建的住宅中，保险丝已被断路器所取代。当电流超过额定条件时，断路器内的电磁铁会产生足够的磁力，将连接的金属连杆从电路中拉出，从而切断电流路径。故障排除后，断路器可以复位并再次使用。
• 接地故障断路器（GFCI） ：最新的国家电气规范要求，浴室和其他敏感区域的插座应使用接地故障断路器。GFCI 的跳闸速度比标准断路器更快，例如图中所示的商用 GFCI 可在 5 ns 内跳闸。研究表明，大多数人在短时间内接触不超过 6 mA 的电流不会有严重受伤的风险，而超过 11 mA 的电流可能会导致肌肉不自觉收缩，使人无法松开导体，甚至可能导致休克。持续超过 1 秒的更高电流可能会使心脏颤动，几分钟内就可能导致死亡。GFCI 通过检测插座输入和输出电流的差异来快速响应，正常情况下两者电流应相同。如果存