Test ELE.02 — zestaw 3

Dlaczego tak

Mostek prostuje obie połówki sinusoidy: ujemną odwraca, więc na wyjściu pojawiają się dwa „garby” na każdy okres sieci, czyli 100 na sekundę. Prostownik jednopołówkowy przepuszcza tylko jedną połówkę i jego tętnienia mają 50 Hz — to jest ta pułapka. Wyższa częstotliwość tętnień jest zaletą, bo ułatwia ich wygładzenie kondensatorem.

Dlaczego tak

Złącze p-n w krzemie zaczyna wyraźnie przewodzić przy ok. 0,6–0,7 V i to napięcie odkłada się na diodzie w szerokim zakresie prądów. Wartość 0,2–0,3 V dotyczy diod germanowych i diod Schottky'ego, stąd łatwe pomylenie. Kilka woltów to typowe napięcie przewodzenia diod LED albo napięcie Zenera, a nie diody prostowniczej.

Dlaczego tak

Kondensator ładuje się na szczytach wyprostowanej sinusoidy, a w przerwach między nimi oddaje ładunek do obciążenia, więc napięcie na wyjściu spada tylko nieznacznie — tętnienia maleją. Przy braku obciążenia napięcie rośnie do wartości szczytowej, ok. 1,41 razy wyższej od skutecznej, co może sugerować podwyższanie napięcia, ale kondensator niczego nie przetwarza — tylko magazynuje energię. Zamianę stałego na przemienne realizuje falownik.

Dlaczego tak

Rodzina 78xx to trójkońcówkowe stabilizatory liniowe napięcia dodatniego, a dwie ostatnie cyfry podają napięcie wyjściowe: 7805 — 5 V, 7812 — 12 V. Napięcie wejściowe musi być wyższe od wyjściowego o co najmniej ok. 2 V, a nadwyżka mocy zamienia się w ciepło, dlatego przy większych prądach stabilizator montuje się na radiatorze. Rodzina 79xx to odpowiedniki dla napięć ujemnych.

Dlaczego tak

NTC to skrót od ujemnego współczynnika temperaturowego: im cieplej, tym więcej nośników ładunku w półprzewodniku i tym mniejsza rezystancja. Stosuje się go do pomiaru temperatury i do ograniczania prądu włączenia zasilaczy. Termistor PTC zachowuje się odwrotnie, a niektóre PTC powyżej progowej temperatury gwałtownie zwiększają rezystancję — to zachowanie opisuje ostatnia odpowiedź, ale dotyczy innego elementu.

Dlaczego tak

Izolacja, która przy kilku woltach wygląda na nieskończoną rezystancję, może przebić przy napięciu roboczym. Dlatego mierzy się ją miernikiem wytwarzającym stałe napięcie probiercze — dla obwodów 230/400 V jest to 500 V — co ujawnia zawilgocenia i uszkodzenia. Multimetr ma właściwy zakres omów, ale jego napięcie pomiarowe jest za niskie, by ocenić izolację. Pomiar wykonuje się przy wyłączonym napięciu i odłączonych odbiornikach.

Dlaczego tak

Cęgi mierzą pole magnetyczne wytwarzane przez prąd w objętych przewodach. W żyle fazowej i neutralnej płynie ten sam prąd w przeciwnych kierunkach, więc ich pola się znoszą i wskazanie jest bliskie zeru. Aby zmierzyć prąd czajnika, trzeba objąć cęgami tylko jedną żyłę. Ta sama zasada jest podstawą działania wyłącznika różnicowoprądowego, który reaguje właśnie na niezerową sumę tych prądów.

Dlaczego tak

Klasa miernika analogowego to dopuszczalny błąd wyrażony w procentach zakresu, a nie wskazania: 1,5% · 300 V = ±4,5 V. Ten błąd jest taki sam w całej skali, więc przy wskazaniu 200 V stanowi 2,25% wyniku. Wynik ±3 V powstaje po odniesieniu klasy do wartości zmierzonej. Wniosek praktyczny: zakres dobiera się tak, by wskazanie było jak najbliżej końca skali.

Dlaczego tak

Watomierz łączy w sobie amperomierz i woltomierz: obwód prądowy musi przewodzić prąd odbiornika, więc włącza się go szeregowo, a obwód napięciowy musi mieć na zaciskach napięcie odbiornika, więc włącza się go równolegle. Odwrotne połączenie powtarza błąd amperomierza wpiętego równolegle — cewka prądowa ma bardzo małą rezystancję i zwarłaby odbiornik.

Dlaczego tak

Okres to liczba działek pomnożona przez podstawę czasu: T = 4 · 5 ms = 20 ms, a częstotliwość to jego odwrotność: f = 1/0,02 s = 50 Hz. Wynik 20 Hz powstaje, gdy liczbę milisekund okresu weźmie się za herce, a 200 Hz — gdy odwrotność policzy się z samej podstawy czasu. Nie jest to przypadek: 50 Hz to częstotliwość sieci.

Dlaczego tak

Seria PN-HD 60364 to podstawowy zbiór wymagań dla instalacji niskiego napięcia: ochrona przeciwporażeniowa, dobór przewodów i zabezpieczeń, a w części 6 — sprawdzanie odbiorcze. PN-EN 60204 dotyczy wyposażenia elektrycznego maszyn i łatwo ją pomylić, bo też opisuje instalację, ale wewnątrz maszyny. PN-EN 62305 to ochrona odgromowa, a PN-EN 12464 — oświetlenie miejsc pracy.

Dlaczego tak

Dla warunków normalnych — suche pomieszczenia, sucha skóra — dopuszczalne długotrwale napięcie dotykowe prądu przemiennego wynosi 50 V, a dla prądu stałego 120 V. W warunkach zwiększonego zagrożenia (wilgoć, mała rezystancja ciała, np. łazienki i place budowy) granice spadają do 25 V AC i 60 V DC — stąd pokusa odpowiedzi 25 V. Na tych wartościach opiera się dobór czasów wyłączania zabezpieczeń.

Dlaczego tak

Prąd stały jest dla ciała mniej niebezpieczny od przemiennego o tej samej wartości, dlatego dopuszczalne napięcia są wyższe: 120 V w warunkach normalnych i 60 V w warunkach zwiększonego zagrożenia, takich jak plac budowy. Wartość 25 V to granica dla prądu przemiennego w tych samych warunkach, a 120 V — dla prądu stałego, ale w warunkach normalnych. Obie pułapki biorą się z pomylenia jednego z dwóch wymiarów tej tabeli.

Dlaczego tak

Ochrona podstawowa ma nie dopuścić do dotknięcia części, które w normalnej pracy są pod napięciem — realizują ją izolacja, obudowy, osłony i przegrody. Samoczynne wyłączenie zasilania i połączenia wyrównawcze działają dopiero przy uszkodzeniu, gdy napięcie pojawi się na obudowie. Wyłącznik różnicowoprądowy 30 mA to ochrona uzupełniająca, na wypadek zawiedzenia obu pozostałych — często mylona z podstawową, bo jest najbardziej widoczna.

Dlaczego tak

Wyłącznik różnicowoprądowy porównuje prąd wpływający i wypływający z obwodu. Przy przeciążeniu i przy zwarciu fazy z przewodem neutralnym oba prądy są równe, choćby bardzo duże, więc wyłącznik ich nie widzi. Dlatego zawsze musi z nim współpracować zabezpieczenie nadprądowe albo stosuje się wyłącznik RCBO łączący obie funkcje. Upływ do ziemi — przez uszkodzoną izolację lub ciało człowieka — to właśnie to, na co reaguje.

Dlaczego tak

Litera C w nazwie oznacza „combined”: funkcje przewodu neutralnego i ochronnego łączy jeden przewód PEN. W układzie TN-S są one rozdzielone na całej długości, a w TN-C-S — rozdzielone od pewnego punktu instalacji. Uziemienie każdego odbiornika osobno opisuje układ TT, a sieć izolowaną od ziemi — układ IT. Przerwa w przewodzie PEN jest groźna, bo na obudowach pojawia się napięcie fazowe.

Dlaczego tak

W układzie IT punkt neutralny jest izolowany od ziemi lub uziemiony przez dużą impedancję, więc pierwsze zwarcie jednej fazy z ziemią nie zamyka obwodu dla dużego prądu i zasilanie może trwać. Tam, gdzie przerwa zasilania jest groźniejsza od samego uszkodzenia, to decydująca zaleta. Warunkiem jest ciągła kontrola izolacji, bo drugie zwarcie w innej fazie byłoby już zwarciem międzyfazowym — stąd pierwsza odpowiedź jest odwrotnością prawdy.

Dlaczego tak

Oznaczenie czyta się literami: Y — izolacja żył z polwinitu (PVC), D — żyła jednodrutowa (drut), Y — powłoka z PVC, p — przewód płaski. Brak litery A na początku oznacza miedź, bo aluminium oznacza się właśnie literą A (np. YADY). Przewód YDYp jest typowym przewodem do instalacji podtynkowych; jego żyły jednodrutowe nie nadają się do urządzeń ruchomych, gdzie stosuje się linki.

Dlaczego tak

Barwa jasnoniebieska jest zarezerwowana dla przewodu neutralnego, zielono-żółta — wyłącznie dla ochronnego PE, a brązowa, czarna i szara oznaczają przewody fazowe. Zielono-żółty jest pułapką, bo oba przewody są „nie fazowe” i w starszych instalacjach bywały połączone jako PEN. Jednoznaczne kolory pozwalają podłączyć osprzęt bez sprawdzania każdej żyły, dlatego nie wolno ich używać do innych celów.

Dlaczego tak

Rezystywność aluminium jest ok. 1,6 razy większa niż miedzi, więc przy tym samym przekroju przewód aluminiowy bardziej się nagrzewa i przenosi mniejszy prąd; aby go wyrównać, stosuje się większy przekrój. Aluminium jest za to ok. trzy razy lżejsze, dlatego króluje w liniach napowietrznych. Obciążalność zależy od przekroju, ale też od materiału żyły, izolacji i sposobu ułożenia.

Dlaczego tak

Charakterystyka B oznacza, że człon zwarciowy działa przy prądzie od 3 do 5 razy większym od znamionowego, czyli dla 16 A — od 48 do 80 A. Przy prądach nieco większych od 16 A działa człon termobimetalowy, ale z opóźnieniem sięgającym minut, a nie bezzwłocznie. Zakres 80–160 A odpowiada charakterystyce C (5–10 In), stosowanej przy odbiornikach o dużym prądzie rozruchowym.

Dlaczego tak

Prąd rozruchowy silnika indukcyjnego sięga 5–7 razy prądu znamionowego. Wyłącznik B wyzwala bezzwłocznie już przy 3–5 In, więc traktowałby każdy rozruch jak zwarcie. Charakterystyka C przesuwa ten próg do 5–10 In, przepuszczając rozruch, a nadal wyłączając zwarcie. Przy przeciążeniach obie charakterystyki mają praktycznie ten sam człon termiczny, więc C nie jest „szybsza”.

Dlaczego tak

Źródła LED osiągają ok. 100–200 lm/W, podczas gdy żarówki tradycyjne ok. 10–15 lm/W, a halogenowe ok. 15–25 lm/W — w źródłach żarowych większość energii zamienia się w ciepło. Halogen bywa uważany za „oszczędną żarówkę”, bo jest nieco lepszy od zwykłej, ale wobec LED różnica jest wielokrotna. Obniżenie napięcia żarówki zmniejsza jej skuteczność, bo włókno świeci chłodniej.

Dlaczego tak

Temperatura barwowa opisuje barwę światła przez porównanie z ciałem rozgrzanym do danej temperatury: 2700 K odpowiada światłu tradycyjnej żarówki — ciepłemu, żółtawemu. Ok. 4000 K to biel neutralna, a 6000–6500 K — zimna biel, zbliżona do światła dziennego przy zachmurzeniu. Intuicja podpowiada, że „wyższa temperatura to cieplejsze światło”, a jest odwrotnie: niższa temperatura barwowa daje barwę cieplejszą.

Dlaczego tak

Śruba dociśnięta bezpośrednio do linki rozgniata i rozpycha pojedyncze druty, a część z nich wypada spod zacisku. Tulejka zaciśnięta praską zamienia linkę w zwarty element o stałym przekroju. Pobielenie cyną wygląda na równie dobre rozwiązanie, ale cyna pod stałym naciskiem śruby powoli płynie, zacisk się luzuje i nagrzewa — dlatego przy zaciskach śrubowych jest niedopuszczalne.

Dlaczego tak

Przewód ochronny ma przewodzić prąd zwarciowy, więc sprawdza się go miernikiem, który przepuszcza przez połączenie prąd co najmniej 200 mA przy napięciu 4–24 V — słaby styk, który przepuściłby miliampery testera, przy takim prądzie ujawnia swoją rezystancję. Miernik izolacji mierzy rezystancje rzędu megaomów między przewodami, a nie ułamki oma wzdłuż przewodu. Wskaźnik napięcia nie mówi nic o ciągłości.

Dlaczego tak

Z warunku wynika Z_s ≤ U₀ / I_a = 230 V / 80 A ≈ 2,87 Ω. Prąd I_a to prąd, przy którym zabezpieczenie zadziała w wymaganym czasie — dla B16 górna granica członu zwarciowego, 5 · 16 A. Wynik 14,4 Ω powstaje z podzielenia przez prąd znamionowy 16 A, czyli pominięcia tej krotności; pętla o takiej impedancji nie wyłączy zwarcia szybko i obudowa zostanie pod napięciem.

Dlaczego tak

PN-HD 60364-6 wymaga dla obwodów o napięciu do 500 V, sprawdzanych napięciem 500 V DC, rezystancji izolacji co najmniej 1 MΩ. Wartość 0,5 MΩ pochodzi z wcześniejszego wydania normy i nadal krąży w starszych podręcznikach, stąd jest najczęstszą błędną odpowiedzią. Wartość 0,25 MΩ dotyczy obwodów SELV i PELV, mierzonych napięciem 250 V.

Dlaczego tak

Wyłącznik różnicowoprądowy reaguje wyłącznie na różnicę prądów w przewodzie fazowym i neutralnym, czyli na prąd uciekający inną drogą — przez przewód ochronny lub ziemię. Przeciążenie i zwarcie faza–neutralny nie wytwarzają takiej różnicy, a gdyby wystąpiły, zadziałałby wyłącznik nadprądowy. Obraz usterki wskazuje więc na upływ, a zawilgocona grzałka jest jego typowym źródłem.

Dlaczego tak

Połączenie jest najsłabszym punktem instalacji: może się poluzować, nagrzać i wymagać kontroli. Dlatego wykonuje się je wyłącznie w puszkach, w dostępnym miejscu, w zaciskach lub złączkach przystosowanych do danego przekroju. Połączenie skręcane i zatynkowane może działać latami, ale gdy zacznie się grzać, nie da się go ani zlokalizować, ani sprawdzić — i jest przyczyną pożarów instalacji.

Dlaczego tak

Przewody prowadzi się w strefach instalacyjnych — pasach poziomych kilkanaście do kilkudziesięciu centymetrów pod sufitem i nad podłogą oraz pionowych przy narożnikach, drzwiach i oknach. Dzięki temu każdy, kto wierci w ścianie, może przewidzieć, gdzie przewodu nie ma. Ukośna trasa jest krótsza, ale zamienia każde późniejsze wiercenie w ryzyko uszkodzenia przewodu pod napięciem.

Dlaczego tak

Prędkość synchroniczna n_s = 60·f/p, gdzie p to liczba par biegunów: 60 · 50 / 2 = 1500 obr/min. Wynik 750 obr/min powstaje, gdy do wzoru wstawi się liczbę biegunów (4) zamiast par biegunów. Wirnik silnika indukcyjnego obraca się nieco wolniej niż pole, np. 1440 obr/min — ta różnica, poślizg, jest warunkiem powstania momentu.

Dlaczego tak

Napięcia uzwojeń transformatora mają się do siebie tak jak liczby zwojów: N₂ = N₁ · U₂/U₁ = 920 · 12/230 = 48 zwojów. Wynik 17 640 powstaje z odwrócenia proporcji, co dałoby transformator podwyższający napięcie. Wynika stąd też reguła praktyczna: 920/230 = 4 zwoje na wolt, więc każdy wolt po stronie wtórnej to kolejne 4 zwoje.

Dlaczego tak

Gdy zezwój wirnika przechodzi pod biegunem o przeciwnej biegunowości, prąd w nim musi zmienić kierunek, inaczej moment zmieniłby znak i silnik tylko by się kołysał. Komutator z przylegającymi szczotkami przełącza ten kierunek mechanicznie w odpowiedniej chwili. Działa jak prostownik mechaniczny, co podsuwa odpowiedź o zamianie prądu przemiennego na stały — ale w silniku zasilanym prądem stałym robi odwrotnie.

Dlaczego tak

Zmienny strumień indukuje w rdzeniu prądy wirowe, które go nagrzewają. Podział rdzenia na cienkie, izolowane blachy przerywa drogę tych prądów, a dodatek krzemu zwiększa rezystywność stali — oba zabiegi zmniejszają straty. Masa rdzenia z blach jest praktycznie taka sama jak litego, więc ta odpowiedź nie ma podstaw. Uzwojenia są od rdzenia odizolowane i jego budowa nie zmienia ich rezystancji.

Dlaczego tak

W połączeniu w gwiazdę na każde uzwojenie przypada napięcie √3 razy mniejsze, więc prąd uzwojenia maleje √3 razy; jednocześnie prąd przewodowy w gwieździe równa się fazowemu, a w trójkącie jest od niego √3 razy większy. Oba czynniki razem dają zmniejszenie prądu z sieci 3 razy. Tyle samo razy maleje moment rozruchowy, dlatego metoda nadaje się do rozruchu bez dużego obciążenia. Odpowiedź 1,73 (czyli √3) uwzględnia tylko jeden z dwóch czynników.

Dlaczego tak

Kierunek wirowania pola magnetycznego wyznacza kolejność faz. Zamiana dwóch dowolnych faz odwraca tę kolejność, a z nią kierunek obrotów. Cykliczne przesunięcie wszystkich trzech (L1→L2→L3→L1) zachowuje kolejność, więc silnik obraca się dalej w tę samą stronę — to częsta pułapka. Zmiana z gwiazdy na trójkąt zmienia napięcie na uzwojeniach, ale nie kierunek.

Dlaczego tak

Bimetal nagrzewa się prądem silnika i wygina tym bardziej, im dłużej płynie prąd większy od nastawionego — naśladuje w ten sposób nagrzewanie uzwojeń. Zadziała po kilkudziesięciu sekundach lub minutach, co jest idealne dla przeciążenia, ale zdecydowanie za wolne dla zwarcia. Przed zwarciem chronią bezpieczniki lub wyłącznik silnikowy, które muszą współpracować z przekaźnikiem termicznym.

Dlaczego tak

Przycisk START jest chwilowy: po jego zwolnieniu cewka straciłaby zasilanie. Styk zwierny tego samego stycznika, połączony równolegle z przyciskiem, zamyka się razem ze stycznikiem i dalej zasila cewkę — to obwód samopodtrzymania. Zatrzymanie realizuje rozwierny przycisk STOP połączony szeregowo, który przerywa ten obwód. Układ ma też zaletę bezpieczeństwa: po zaniku napięcia silnik nie ruszy sam.

Dlaczego tak

Styczniki „w prawo” i „w lewo” zamieniają dwie fazy zasilania. Gdyby oba zamknęły się jednocześnie, połączyłyby te dwie fazy bezpośrednio, powodując zwarcie międzyfazowe. Styk rozwierny każdego stycznika w obwodzie cewki drugiego sprawia, że jeden nie może zadziałać, dopóki drugi jest załączony. Blokada nie ma wpływu na prąd rozruchowy ani nie chroni przed przeciążeniem.