Kiến thức trọng tâmLớp 12

Hệ thống điện trong gia đình, an toàn và tiết kiệm điện

Ôn cấu trúc mạng điện trong nhà, chức năng aptomat, cầu chì, RCD, công tơ; cách chọn aptomat và dây dẫn theo dòng tải có ví dụ tính; an toàn và tiết kiệm điện.

Chủ đề này gần gũi với đời sống nên đề thi hay hỏi bằng tình huống: chọn thiết bị bảo vệ, lắp công tắc đúng dây, xử lí khi có người bị điện giật, tính tiền điện. Thường có khoảng 4–5 câu ở phần I và có thể có một câu đúng/sai ở phần II về thiết kế mạng điện một phòng (tính dòng điện, chọn aptomat, tính điện năng).

Kiến thức trọng tâm

Cấu trúc hệ thống điện trong gia đình

Mạng điện trong nhà là mạng một pha 220 V – 50 Hz, gồm dây pha (L) và dây trung tính (N); nên có thêm dây bảo vệ nối đất cho vỏ kim loại của thiết bị. Điện năng đi theo thứ tự:

Sơ đồ khối hệ thống điện trong gia đình.

Thiết bị công suất lớn (điều hòa, bình nóng lạnh, bếp điện) nên đi mạch nhánh riêng có aptomat riêng.
Các đồ dùng điện mắc song song giữa dây pha và dây trung tính để cùng được đặt điện áp 220 V và bật, tắt độc lập.
Công tắc, cầu chì mắc nối tiếp trên dây pha: khi ngắt, thiết bị được tách khỏi dây pha, sửa chữa an toàn.

Công tắc đặt trên dây pha; đèn và ổ cắm mắc song song.

Thiết bị đóng cắt, bảo vệ và đo lường

Thiết bị	Chức năng	Điểm cần nhớ
Cầu dao	Đóng cắt mạch điện bằng tay	Không tự ngắt khi có sự cố, phải dùng kèm cầu chì hoặc aptomat
Công tắc	Đóng cắt mạch đèn, thiết bị	Mắc nối tiếp với thiết bị, trên dây pha
Ổ cắm, phích cắm	Lấy điện cho đồ dùng	Không cắm nhiều thiết bị công suất lớn vào một ổ
Cầu chì	Bảo vệ ngắn mạch, quá tải	Dây chảy nóng chảy làm hở mạch; thay đúng loại dây chảy
Aptomat (MCB)	Đóng cắt bằng tay và tự ngắt khi quá tải, ngắn mạch	Bộ phận nhiệt tác động khi quá tải kéo dài, bộ phận điện từ tác động tức thời khi ngắn mạch; đóng lại được sau khi sửa
Thiết bị chống dòng điện rò (RCD)	Tự ngắt khi dòng điện rò đạt ngưỡng (thường 30 mA để bảo vệ người)	So sánh dòng điện đi trên dây pha với dòng điện về trên dây trung tính
Công tơ điện	Đo điện năng tiêu thụ	Đơn vị kWh (1 "số điện" = 1 kWh)

Chọn aptomat và dây dẫn theo dòng tải

Tính tổng công suất $P$ của các thiết bị có thể làm việc cùng lúc trên mạch.
Tính dòng điện tải: $I = \dfrac{P}{U\cos\varphi}$ (tải điện trở như bình đun, bàn là: $\cos\varphi = 1$ ).
Chọn aptomat có dòng điện định mức $I_{\text{đm}} \geq k\cdot I$ với hệ số dự trữ $k$ thường lấy khoảng 1,25, rồi lấy giá trị tiêu chuẩn gần nhất phía trên: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 A.
Chọn dây dẫn có dòng điện cho phép $I_{\text{cp}}$ không nhỏ hơn $I_{\text{đm}}$ của aptomat (tra bảng của nhà sản xuất). Nếu đề cho mật độ dòng điện cho phép $J$ thì tiết diện $S \geq \dfrac{I}{J}$ .

I_{\text{tải}} \leq I_{\text{đm}} \leq I_{\text{cp}}

Tiết diện dây đồng	1,5 mm²	2,5 mm²	4 mm²	6 mm²
Dòng điện cho phép (số liệu minh họa)	17,5 A	24 A	32 A	41 A
Thường dùng cho	Chiếu sáng	Ổ cắm thông thường	Điều hòa, bình nóng lạnh, bếp	Dây chính sau công tơ

Aptomat phải ngắt trước khi dây quá nóng: aptomat quá lớn so với dây thì dây có thể bị quá tải, nóng chảy vỏ cách điện mà aptomat chưa tác động.

An toàn điện

Nguyên nhân tai nạn điện thường gặp:

Chạm trực tiếp vào vật mang điện: dây trần, ổ cắm hỏng, sửa điện mà không cắt nguồn.
Chạm vào vỏ kim loại của thiết bị bị rò điện (máy giặt, máy bơm, bình nóng lạnh).
Vi phạm khoảng cách an toàn với lưới điện cao áp: thả diều, dùng cần câu, xây nhà, dựng giàn giáo gần đường dây.
Đến gần chỗ dây điện bị đứt rơi xuống đất (nguy cơ điện áp bước).

Biện pháp phòng tránh: bảo đảm cách điện tốt; ngắt nguồn và treo biển báo khi sửa chữa; dùng dụng cụ bảo vệ (găng, ủng, thảm cách điện, bút thử điện); nối đất bảo vệ cho vỏ kim loại; lắp RCD cho mạch có nguy cơ rò điện (phòng tắm, máy bơm, máy giặt); giữ khoảng cách an toàn với lưới điện cao áp; không chạm vào thiết bị điện khi tay ướt.

Tiết kiệm điện năng

Điện năng tiêu thụ $A = P\cdot t$ ; với $P$ tính bằng kW, $t$ tính bằng giờ thì $A$ tính bằng kWh.

Dùng thiết bị hiệu suất cao: đèn LED, thiết bị có nhãn năng lượng nhiều sao, điều hòa biến tần (inverter).
Tắt thiết bị khi không dùng, rút phích sạc và thiết bị ở chế độ chờ.
Đặt điều hòa khoảng 26 °C trở lên, đóng kín cửa phòng; tận dụng ánh sáng và gió tự nhiên.
Hạn chế dùng nhiều thiết bị công suất lớn cùng lúc trong giờ cao điểm.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Chức năng, cách mắc thiết bị

Xem lời giải

C. Aptomat có cơ cấu bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Cầu dao, công tắc chỉ đóng cắt bằng tay; công tơ chỉ đo điện năng.

Dạng 2: Chọn aptomat và dây dẫn

Xem lời giải

Tổng công suất: $P = 1800 + 1200 + 700 = 3700\,\text{W}$ .
Dòng điện tải: $I = \dfrac{3700}{220} \approx 16{,}8\,\text{A}$ .
Aptomat: $I_{\text{đm}} \geq 1{,}25\cdot 16{,}8 \approx 21\,\text{A}$ → chọn 25 A (20 A nhỏ hơn 21 A nên không đạt).
Dây dẫn: cần $I_{\text{cp}} \geq 25\,\text{A}$ . Dây 2,5 mm² chỉ chịu 24 A nên chọn dây 4 mm² (32 A).

Dạng 3: Tính điện năng, tiền điện và lượng điện tiết kiệm

Xem lời giải

Công suất giảm: $10\cdot(36 - 18) = 180\,\text{W} = 0{,}18\,\text{kW}$ .

Điện năng tiết kiệm: $A = 0{,}18\cdot 6\cdot 30 = 32{,}4\,\text{kWh}$ ; tiền tiết kiệm: $32{,}4\cdot 2500 = 81.000$ đồng.

Dạng 4: Tình huống về dòng điện rò và RCD

Xem lời giải

Dòng điện rò: $5{,}000 - 4{,}962 = 0{,}038\,\text{A} = 38\,\text{mA} \geq 30\,\text{mA}$ → RCD ngắt mạch.

Phần dòng điện "thất thoát" đã đi xuống đất, thường do cách điện của máy bơm hoặc dây dẫn bị hỏng (ẩm, nước vào hộp đấu dây). Cần kiểm tra, sửa chữa trước khi đóng điện lại.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

Bình nóng lạnh 2500 W – 220 V. Tính dòng điện và chọn aptomat theo nguyên tắc $I_{\text{đm}} \geq 1{,}25I$ trong dãy 6, 10, 16, 20, 25 A.

Xem đáp án

$I = \dfrac{2500}{220} \approx 11{,}4\,\text{A}$ ; $1{,}25I \approx 14{,}2\,\text{A}$ → chọn aptomat 16 A.

Chỉ số công tơ đầu tháng 2.315,4 kWh, cuối tháng 2.583,9 kWh. Với giá 2.800 đồng/kWh (giá giả định), tiền điện là bao nhiêu?

Xem đáp án

Điện năng: $2583{,}9 - 2315{,}4 = 268{,}5\,\text{kWh}$ ; tiền điện: $268{,}5\cdot 2800 = 751.800$ đồng.

Người chạm đồng thời vào dây pha và dây trung tính (đứng trên ghế nhựa khô, không chạm đất). RCD có ngắt không?

Xem đáp án

Không. Dòng điện đi vào người từ dây pha rồi về dây trung tính, dòng đi vẫn bằng dòng về nên RCD không phát hiện được. Vì vậy RCD không thay được việc cắt điện khi sửa chữa.

Lắp aptomat 32 A cho mạch dùng dây đồng 1,5 mm² (chịu khoảng 17,5 A) có được không? Vì sao?

Xem đáp án

Không. Khi dòng tải khoảng 20–30 A, dây đã quá tải và nóng lên nhưng aptomat 32 A chưa ngắt → nguy cơ cháy dây.

Vì sao vỏ kim loại của máy giặt cần được nối đất?

Xem đáp án

Khi cách điện hỏng, vỏ máy có điện; dây nối đất có điện trở rất nhỏ dẫn dòng rò xuống đất, làm điện áp trên vỏ giảm mạnh và giúp RCD (hoặc aptomat) tác động, nên người chạm vào vỏ ít nguy hiểm hơn.

Kiểm tra lại kiến thức vừa ôn

Làm 10 câu luyện tập về hệ thống điện trong gia đình, an toàn và tiết kiệm điện và xem lời giải ngay sau mỗi câu.

Luyện tập ngay

Đề có câu hỏi về chủ đề này

ĐỀ SỐ 01Trung bìnhLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 1

Đề sát cấu trúc đề thi thật: hệ thống điện quốc gia, lò sấy ba pha nối sao – tam giác, mạng điện phòng học và thiết bị bảo vệ, op-amp khuếch đại tín hiệu cảm biến nhiệt độ, mạch logic điều khiển máy bơm; kèm cơ khí lớp 11 và vẽ kĩ thuật lớp 10.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 02Cơ bảnLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 2

Đề cơ bản củng cố kiến thức nền: điện áp lưới, cầu chì – aptomat – công tơ, kí hiệu linh kiện và cổng logic; phần đúng/sai gồm chiếu sáng xưởng may ba pha, căn hộ có bình nóng lạnh, mạch đèn tự động dùng quang điện trở và mạch báo động kho hàng.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 03Nâng caoLàm thử miễn phí

Công nghệ (định hướng Công nghiệp) — Đề ôn luyện số 3

Đề nâng cao, nhiều câu tính toán và thiết kế: hao phí truyền tải, sự cố đứt dây pha, động cơ ba pha, chọn aptomat và dây dẫn cho ngôi nhà, mạch báo khí gas hai tầng op-amp, mạch biểu quyết chỉ dùng cổng NAND; kèm truyền lực ô tô và hình chiếu trục đo.

28 câu · 50 phút