KWALIFIKACJA ELE5 - CZERWIEC 2017

PYTANIE NR 15.
Jaki prąd znamionowy powinien mieć bezpiecznik zainstalowany w piecu elektrycznym z możliwością przełączania mocy grzejnej za pomocą łączników P1 i P2, zasilanym z sieci 230 V i grzałkami o oporze 60 Ω każda, którego schemat przedstawiono na rysunku?
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny pieca elektrycznego z możliwością przełączania mocy grzejnej za pomocą łączników
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Maksymalny prąd wystąpi przy najmniejszej rezystancji zastępczej, czyli gdy wszystkie trzy grzałki 60 Ω pracują równolegle.
Wtedy Rz=60/3=20 Ω, a Ic=U/Rz=230/20≈11,5 A. Bezpiecznik musi mieć prąd znamionowy większy od prądu roboczego, więc z podanych wartości właściwe jest 16 A.

Pełne wyjaśnienie:

Dobór bezpiecznika należy wykonać dla maksymalnego prądu roboczego, czyli dla takiej konfiguracji przełączników, która daje najmniejszą rezystancję zastępczą obciążenia. W układach z przełączaną mocą to właśnie "najgorszy przypadek" decyduje o doborze zabezpieczenia.

W schemacie występują trzy jednakowe grzałki o oporze 60 Ω. Przy ustawieniu dającym pełną moc wszystkie trzy elementy są efektywnie włączone równolegle. Dla trzech jednakowych rezystancji połączonych równolegle:

Rz = R/3 = 60 Ω / 3 = 20 Ω

Stąd prąd całkowity urządzenia:

Ic = U / Rz = 230 V / 20 Ω ≈ 11,5 A

To jest prąd, który popłynie w trybie największego obciążenia. Bezpiecznik nie powinien mieć prądu znamionowego mniejszego od prądu roboczego, bo powodowałby częste zadziałania (przepalanie) przy normalnej pracy. Z drugiej strony nie powinien być też dobrany "za wysoko", bo pogarsza ochronę przy przeciążeniach.

  • Odpowiedź "10 A" jest niepoprawna, bo 10 A < 11,5 A, więc przy pełnej mocy układ przekroczy prąd znamionowy bezpiecznika.
  • Odpowiedź "6 A" jest tym bardziej niepoprawna z tego samego powodu (zbyt mały prąd znamionowy).
  • Odpowiedź "20 A" byłaby możliwa do zastosowania w sensie "nie wybije przy 11,5 A", ale jest zbyt wysoka spośród podanych, przez co daje słabszą ochronę przeciążeniową; w zadaniu chodzi o właściwy dobór do prądu pracy.
  • Odpowiedź "16 A" jest poprawna, bo jest najbliższą wyższą standardową wartością ponad 11,5 A, zapewniającą wymagany zapas.

Praktyczna wskazówka egzaminacyjna: najpierw znajdź stan z minimalną rezystancją (maksymalnym prądem), dopiero potem dobieraj zabezpieczenie na najbliższą wyższą wartość znamionową.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wyznacz najmniejszą rezystancję zastępczą (stan dający największy pobór prądu). Dla trzech jednakowych grzałek połączonych równolegle Rz=R/3, więc 60/3=20 Ω. Następnie liczysz I=U/Rz: 230/20≈11,5 A.
Bo zabezpieczenie ma nie zadziałać podczas normalnej pracy urządzenia w trybie pełnej mocy. Jeśli policzysz prąd dla słabszego trybu grzania, możesz dobrać bezpiecznik za mały, który będzie przepalał się po przełączeniu na maksymalną moc.
Rezystancja zastępcza to jeden opór, który "zastępuje" cały układ grzałek i daje ten sam prąd przy tym samym napięciu. Liczy się ją, aby łatwo wyznaczyć prąd całkowity z prawa Ohma I=U/Rz i dobrać zabezpieczenie.
W testach często pojawiają się standardowe stopnie, np. 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 A. W praktyce dobiera się najbliższą wyższą wartość od prądu roboczego, pamiętając o charakterystyce i warunkach pracy obwodu.
Nie. Jeśli prąd roboczy w trybie maksymalnym wynosi ok. 11,5 A, to 10 A jest poniżej tej wartości. Skutkiem będą częste zadziałania zabezpieczenia przy normalnym grzaniu. Poprawny dobór wymaga wartości znamionowej powyżej prądu pracy.
20 A zapewni, że bezpiecznik nie zadziała przy 11,5 A, ale jest "za duży" w stosunku do obciążenia. Zbyt wysoki prąd znamionowy oznacza słabszą ochronę przed przeciążeniem (obwód może dłużej pracować z niebezpiecznie podwyższonym prądem).
Połączenie równoległe występuje, gdy końce elementów są dołączone do tych samych dwóch węzłów zasilania (każda grzałka ma to samo napięcie). Na schemacie często widać "mostki" i gałęzie, które po zamknięciu łączników zwierają węzły i tworzą dodatkowe równoległe drogi przepływu prądu.
Stosujesz prawo Ohma: I=U/R. Dla 230 V i 60 Ω otrzymujesz 230/60≈3,83 A. W połączeniu równoległym prądy gałęzi się sumują, więc przy trzech takich samych grzałkach będzie to około 3×3,83 A.
W zadaniach rachunkowych zwykle tak, ale w praktyce liczą się też: rodzaj zabezpieczenia, charakterystyka czasowo-prądowa, temperatura otoczenia, sposób chłodzenia przewodów oraz prądy rozruchowe (dla silników). Dla grzałek (obciążenie rezystancyjne) rozruch jest zwykle prostszy.
Sprawdź, czy prąd ma tylko jedną drogę (wtedy szeregowo) czy rozdziela się na gałęzie (wtedy równolegle). Pomaga też test węzłów: w równoległym elementy mają wspólne dwa węzły i to samo napięcie; w szeregowym prąd jest ten sam, a napięcia na elementach się dzielą.
info

Około 35% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Według specjalistów z branży: "Maksymalny prąd wystąpi przy najmniejszej rezystancji zastępczej, czyli gdy wszystkie trzy grzałki 60 Ω pracują równolegle.Wtedy Rz=60/3=20 Ω, a Ic=U/Rz=230/20≈11,5 A."

Źródła:

  • PN-EN 60269-1: Bezpieczniki topikowe niskonapięciowe — Część 1: Wymagania ogólne (zakres: wartości znamionowe i pojęcia podstawowe)
  • Halliday, Resnick, Walker: "Podstawy fizyki" (działy: prąd elektryczny, prawo Ohma, opór elektryczny, łączenie oporów)

Materiały:

  • Podręcznik do elektrotechniki: prawo Ohma, obwody rezystancyjne, połączenia szeregowe i równoległe
  • Zadania rachunkowe z doboru zabezpieczeń (bezpieczniki i wyłączniki nadprądowe) dla obciążeń rezystancyjnych
  • Norma PN-EN 60269 (część ogólna) w zakresie wartości znamionowych i podstawowych pojęć

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego