用电安全保护的物理知识

用电安全保护的物理知识

王明奎

王明奎浙江省宁海县正学中学315600

摘要涉及中学物理知识的有关用电安全保护措施有多种。只有弄清各种保护措施的物理原理，并对具体问题作具体分析，我们才能采取正确的保护措施。在物理教学中应注意如何才能使学生灵活地应用物理知识。

关键词安全保护措施物理知识具体分析

人类已经进入电气时代，生活、生产离不开电。在电能的利用中，操作不当会引起事故，轻的损坏电器设备，严重的会危及人身安全。所以我们除了严格遵守安全用电的操作规范外，还要采取各种保护措施。很多保护措施涉及物理知识，与高中物理相关的大体有以下几种：

一、静电安全保护

静电安全保护措施有很多，最主要的是利用静电屏蔽。其原理是将电器安放在接地导体内部，使它处在电场强度为零的区域，避免外电场的作用。例如野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还架设两条导线，它们与大地相连，如图1所示，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。

利用尖端放电也可以避免雷击，避雷针就是一例。用一个或几个尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，如图2所示。当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，不断中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。也可以视为避雷针连同连接的接地导线也组成了一个稀疏的金属“网”，把建筑物“屏蔽”起来，只是又多了一根处于最高处的尖锐的金属棒，其效果更好。

二、电路中的保护电阻

电路中为防止由于短路或电阻过小产生大电流的情况，常在电路中串接合适的定值电阻，该电阻称为保护电阻。图3为测电源的电动势和内阻的实验电路，为避免滑动变阻器的滑动臂滑到最左端使电源正负极短路，定值电阻就起到了保护作用。保护电阻的大小要根据电源允许的最大输出电流来计算确定。保护电阻不仅用于实验电路中，也可以用在其他电路中。例如使用电焊铁，如果让它一直处于额定电压下，电焊铁温度过高易烧坏焊铁头部。让它停电冷却，再接通源待热相当费时。如图4所示，串接一个类同保护电阻，能起到这样的作用；不用时，电焊铁由于电流较小温度不会过高；使用时将电阻短路，立即加热缩短待热的时间。电饭锅等电器有加热和保温两种状态，处于保温状态的电路就是有类同保护电阻在起作用。

三、继电器保护

继电器是常用的保护装置，它用到了磁场、电磁感应等知识。例如漏电保护器，其原理如图5所示，220V交流电源接铁心上原线圈一端。原线圈采用双线并绕，其另一端接负载。副线圈为普通的单线绕制线圈，线圈跟电磁铁相联接。正常情况下，原线圈两个并联的线圈通过大小相等、方向相反的交流电，交流电产生的总磁通量为零，铁心中没有变化的磁通量，副线圈没有感应电流，电磁铁无磁性，火线上开关呈闭合状态。若负载电路中有漏电情况，例如交流电从处漏电流向大地，使原线圈与零线相接的线圈电流减少，并联的两个线圈通过的电流不等，产生变化的磁通量，副线圈中产生感应电流，电磁铁有电流通过产生磁性，将带有铁片的开关动触片吸住，开关断开切断电路，起到自动的漏电保护作用。漏电保护器利用了互感和电流的磁效应的原理。

四、熔断器短路保护

利用熔断器作短路保护是最常用最简单的方法。其原理是将电阻率较大、熔点较低的金属丝或金属片串联在电路中。一旦电路发生短路或功率过大情况，产生过大的电流，熔断器过热温度升高，使熔断丝或熔断片达到熔点熔断，自动切断电路，避免短路事故。

五、保护接地或保护接零

很多电器采用金属外壳，若电线绝缘损坏，会产生火线与电器外壳相碰情况，使电器外壳带电，会有触电的危险。为避免触电事故，要采取保护措施。用导线将金属外壳接地称为保护接地；用导线将金属外壳接电源的零线称保护接零。两种保护措施都适合于220V交流电源。如果交流电源零线不接地，一般应采用保护接地；如果交流电源零线已接地，一般采用保护接零。这是安全用电的重要的保护措施。

上述为涉及高中物理知识的用电保护措施。为了确保安全，我们要根据实际情况，通过具体分析确定保护措施。不可不加分析盲目照搬，否则起不到保护作用，反而会发生事故，或产生事故的隐患。

例如漏电保护器只适用于交流电路。直流电路由于电流不变，不会产生变化的磁通量，不能产生感应电流，起不到漏电保护作用。只有清楚了物理原理，才能明确其适用的场合。

再如为防止电路短路引起较大的短路电流，一般采用熔断器保护。但并非所有场合都适合用熔断器保护。例如使用电流互感器测量电流，副线圈一侧不允许接熔断器。图6是用电流互感器测电流的电路，电流表接在副线圈两端，副线圈不得开路。要是副线圈开路，副线圈电流为零，原线圈电流几乎为零，负载两端电压几乎为零，原线圈两端电压很高，接近电源电压。由于电流互感器是升压变压器，要是变压比为110，副线圈两端电压为原线圈电压的10倍。副线圈高电压会造成事故，损坏仪表，危及人身安全。所以副线圈一侧不允许开路，不允许装熔断器。因此一定要根据实际情况，对具体问题作具体分析，切不可盲目照搬。

物理教学要注重渗透辩证唯物主义教育，要引导学生实事求是分析问题，灵活应用物理知识解决实际问题。

参考文献

【1】黄锦安等.《电工技术基础》北京：兵器工业出版社，1999.