Схемы включения человека в электрическую цепь: 6.2.3. Схемы включения человека в цепь тока

6.2.3. Схемы включения человека в цепь тока

Схемы включения в цепь тока могут быть различными. Однако наиболее характерными являются схемы включения: между двумя фазами и между одной фазой и землей (рис.1). Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.

Первая схема соответствует двухфазному прикосновению, а вторая – однофазному.

Напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землёй при одновременном прикосновении к ним человека или животного называется напряжением прикосновения (U_пр).

Двухфазное прикосновение, при прочих равных условиях, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток через человека, оказываясь независимым oт схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

где – линейное напряжение, т.e. напряжение между фазными проводами сети, В;

U_ф – фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока (трансформатора или генератора) или между фазным и нулевым проводами сети, В;

R_h – сопротивление тела человека, Ом.

Рис. 6.1. Случаи прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением: а – двухфазное включение: б и в- однофазные включения

Случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко и не могут служить основанием для оценки сетей по условиям безопасности. Они бывают обычно в установках до 1000 В в результате работы под напряжением, применения неисправных защитных средств, а также эксплуатации оборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов и т.п.).

Однофазное прикосновение, при прочих равных условиях, является менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток, проходящий через человека, ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает значительно чаще и является основной схемой, при которой происходит поражение людей током в сетях любого напряжения. Поэтому ниже анализируются лишь случаи однофазного прикосновения. При этом рассматриваются обе разрешенные к применению сети трехфазного тока напряжением до 1000 В: четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью и трехпроводная с изолированной нейтралью.

6.2.4. Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью

В трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземоенной нейтралью вычисление напряжения прикосновения U_пр, и тока I_h проходящего через человека, в случае прикосновения к одной из фаз (рис. 6.2) проще всего выполнить символическим (комплексным) методом.

Рассмотрим наиболее общий случай, когда сопротивления изоляции проводов, так же как и емкости проводов относительно земли не равны между собой, т.е.

r₁ ≠ r₂ ≠ r₃ ≠ r_н; С₁ ≠ С₂ ≠ С₃ ≠ С_н ≠ 0,

где r₁, r₂, r₃, r_н – сопротивление изоляции фазных L и нулевого (совмещённого) PEN проводов, Ом;

C₁, C₂, C₃

, C_н – рассредоточенные емкости фазных L и нулевого (совмещённого) PEN проводов относительно земли, Ф.

Тогда полные проводимости фазных и нулевого проводов относительно земли в комплексной форме будут:

; ;;

где w – угловая частота, рад/с;

j – мнимая единица, равная ().

а

б

Рис. 6.2. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы: а – схема сети; б – эквивалентная схема; L1, L

2, L3, – фазные проводники; PEN – нулевой (совмещённый) провод.

Полные проводимости заземления нейтрали и тела человека равны соответственно

; ,

где r₀ – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Емкостной составляющей проводимости человека можно пренебречь ввиду ее малой величины.

При прикосновении человека к одной из фаз, например к фазному проводнику L1, напряжение, под которым он окажется, определится выражением

, (6.1)

Ток найдётся по формуле

,

где – комплексное напряжение фазы 1 (фазное напряжение), В;

–комплексное напряжение между нейтралью источника тока и землей (между точками 00′ на эквивалентной схеме).

Пользуясь известным методом двух узлов, можно выразить следующим образом:

Имея в виду, что для симметричной трехфазной системы

; ;,

где U_ф – фазное напряжение источника (модуль), В;

а – фазовый оператор, учитывающий сдвиг фаз, где

,

будем иметь равенство

.

Подставив это значение в (6.1), получим искомое уравнение напряжения прикосновения в комплексной форме, воздействующего на человека, прикоснувшегося к фазному проводнику L1 трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью:

. (6.2)

Ток, проходящий через человека, получим, если умножим это выражение на Y_h:

. (6.3)

При нормальном режиме работы сети проводимость фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с проводимостью заземления нейтрали имеет весьма малые значения и с некоторым допущением может быть приравнена к нулю, т.е.

Y₁ = Y₂ = Y₃ = Y_н = 0

В этом случае уравнения (6.2) и (6.3) значительно упростятся. Так, напряжение прикосновения будет равно

,

или (в действительной форме)

, (6.4)

а ток равен

(6.5)

Согласно требованиям ПУЭ [1] значение сопротивления r₀ не должно превышать 8 Ом, сопротивление же тела человека R_h, не опускается ниже нескольких сотен ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнениях (6.4) и (6.5), можно пренебречь значением r₀ и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением

U_ф, и ток, проходящий через него, равен частному от деления U_ф на R_h.

Из уравнения (6.5) вытекает еще один вывод: ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы, практически не изменяется с изменением сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, если сохраняется условие, что полные проводимости проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали сети.

В этом случае существенно повышают безопасность сопротивления обуви, грунта (пола) и другие сопротивления в электрической цепи человека.

Глухое замыкание на землю в сети с глухозаземленной нейтралью мало изменяет напряжение фаз относительно земли.

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети, например фазный проводник L3 (рис.6.3, а), замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление r_зм, а человек прикасается к фазному проводнику L1, уравнение (6.2) примет следующий вид:

.

Здесь также принимаем, что Y₁, Y₂ и Y_н малы по сравнению с Y

0 , т.е. приравнены к нулю.

Произведя соответствующие преобразования и учитывая, что

, и,

получим напряжение прикосновения в действительной форме

.

Для упрощения этого выражения допустим, что

.

В результате получим окончательно, что напряжение U_пр равно

. (6.6)

Ток, проходящий через человека, определяется по формуле

. (6.7)

а

б

Рис. 6.3. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме:

а – схема сети; б – векторная диаграмма напряжений.

Рассмотрим два характерных случая.

1. Если сопротивление замыкания проводов на землю r_зм считать равным нулю, то уравнение (6.6) примет вид

.

Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали r₀, то из уравнения (6.6) получим, что U_np = U_ф, т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению.

Однако в практических условиях сопротивления r_зм и r₀ всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного, т.е.

> U_пр > U_ф. (6.8)

Это положение иллюстрируется векторной диаграммой, приведенной на рис. 6.3, б и соответствующей рассматриваемому случаю. Следует отметить, что этот вывод вытекает также из уравнения (6.6). Так, при небольших значениях r_зм и r₀ по сравнению с R_h, первым слагаемым в знаменателе можно пренебречь. Тогда дробь при любых соотношениях r_зм и r₀ будет всегда больше единицы, но меньше , т.е. получим выражение (6.8).

Схемы включения человека в электрическую цепь тока — Студопедия

Существуют различные схемы включения человека в электрическую цепь тока:

– однофазное прикосновение – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки;

– двухфазное прикосновение – одновременное прикосновение к проводникам двух фаз действующей электроустановки;

– прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции;

– включение под напряжение шага – включение между двумя точками земли (грунта), находящимися под разными потенциалами.

Рассмотрим наиболее характерные схемы включения человека в электрическую цепь тока.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью.Ток, протекающий через тело человека (I_h) при однофазном прикосновении (рис. 6) замкнется по цепи: фаза L₃ – тело человека – основание (пол) – заземлитель нейтрали – нейтраль (нулевая точка).

Рис. 6. Схема однофазного прикосновения в сети

с глухозаземленной нейтралью

По закону Ома: ,

Где R_о – сопротивление заземления нейтрали,

R_осн – сопротивление основания.

Если основание (пол) токопроводящее, то R_осн ≈ 0

Учитывая то, что R_о « R_h, то

U_h = U_ф

Такое прикосновение крайне опасно.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (рис. 7) замкнется по цепям: фаза L₃ – тело человека – пол и далее возращается в сеть через изоляции фаз L₂ и L₁, т.е. далее ток следует по цепям: изоляция фазы L₂ – фаза L₂ – нейтраль (нулевая точка) и изоляция фазы L₁ – фаза L₁ – нейтраль (нулевая точка). Таким образом, в цепи тока, протекающего через тело человека, последовательно с ним оказываются включенными изоляции фаз L₂ и L₁.

Рис. 7. Схема однофазного прикосновение в сети

с изолированной нейтралью

Сопротивление изоляции фазы Z имеет активную (R) и емкостную составляющие (С).

R – характеризует неидеальность изоляции, т.е. способность изоляции проводить ток, хотя и значительно хуже, чем металлы;

С – емкость фазы относительно земли определяется геометрическими размерами воображаемого конденсатора, «пластинками» которого являются фазы и земли.

При R₁ = R₂ = R₃ = R_ф и С₁ = С₂ = С₃ = С_Ф ток, протекающий через тело человека:

,

где Z – полное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли.

Если емкость фаз пренебречь С_ф = 0 (воздушные сети небольшой протяженности), то:

,

откуда следует, что величина тока зависит не только от сопротивления человека, но также от сопротивления изоляции фазного провода относительно земли.

Если, например, R₁ = R₂ = R₃ = 3000 Ом, то

; U_h = 0,0111000 = 110 В

Двухфазное прикосновение.При двухфазном прикосновении (рис. 8) независимо от режима нейтрали человек окажется под линейным напряжением сети U_л и по закону Ома:

,

при U_л =380 В: I = 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.

Рис. 8. Схема двухфазного прикосновения человека

Двухфазное прикосновение крайне опасно, такие случаи сравнительно редки и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1000 В, что является нарушением правил и инструкции.

Прикосновение к металлическому корпусу, оказавшемуся под напряжением.Прикосновение к корпусу электроустановки (рис. 9), в которой фаза (L₃) замкнулась на корпус, равносильно прикосновению к самой фазе. Поэтому анализ и выводы для случаев однофазного прикосновения, рассмотренные ранее, полностью применяются для случая замыкания на корпус.

Рис. 9. Схема прикосновения человека к металлическому

корпусу, оказавшемуся под напряжением

Сопротивление электрической цепи человека – Справочник химика 21

    Воздействие электрического тока на организм человека. Электрический ток, проходящий через тело человека, представляет большую опасность для его здоровья и жизни. Он может вызывать тяжелые ожоги, а прохождение тока через жизненно важные органы человека (мозг, сердце) вызывает паралич дыхания и остановку сердца. В последнем случае опасность представляет даже ток силой 0,01 а. Величина тока, прошедшего через тело человека, зависит от напряжения и сопротивления электрической цепи, одним звеном которой является человек. При влажной коже и плотном контакте с проводником сопротивление может быть относительно небольшим, поэтому уже невысокое напряжение может представлять опасность. [c.15]
    Опасность прикосновения человека к неизолированным токоведущим частям определяется значением тока, проходящего через его тело, т. е. напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. В условиях технологических цехов напряжение прикосновения зависит от напряжения сети, ее схемы, режима нейтрали, схемы включения человека в цепь, степени изоляции токоведущих частей от земли. В сопротивление электрической цепи человека входят сопротивление тела человека, сопротивление обуви, пола или грунта, на котором он стоит. При любом однофазном включении человека в цепь он касается пола или грунта, поэтому сопротивление опорной поверхности существенно влияет на значение тока, проходящего через человека. Вместе с тем в процессе эксплуатации оборудования нельзя полностью рассчитывать на защитные свойства опорных поверхностей, которые в случае повреждений могут потерять электрическое сопротивление, весьма высокое в нормальном состоянии. [c.574]

    Сопротивление электрической цепи человека [c.203]

    Существенно влияет на исход поражения путь прохождения тока через тело человека. Наиболее опасными являются пути токаз руки — ноги, рука —рука, руки — туловище, так как в втих случаях более вероятно поражение сердца и органов дыхания менее опасен путь тока нога —нога. Опасность поражения переменным током существенно зависит от его частоты, так как с увеличением частоты изменяется величина сопротивления тела человека. Наиболее опасен ток промышленной частоты 50 Гц. Характер включения человека в замкнутую. электрическую цепь также определяет исход поражения электрическим током, о чем сказано в следующем параграфе. [c.41]

    Особенно трудно оценить возможную величину электрического сопротивления тела человека. Ошибка в определении сопротивления электрической цепи достигает в отдельных случаях 200—300%, Однако, зная напряжение сети, в которой произошла электротравма, можно определить величины поражающего тока и напряжения. Определение этих величин даже с такой ошибкой крайне важно, поскольку, основываясь на этих данных, можно установить, отличается ли напряжение сети или электрооборудования от поражающего напряжения. [c.16]

    Характер и исход поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов величины тока и напряжения, сопротивления тела человека, вида тока и частоты переменного тока, характера подключения человека в электрическую цепь, пути тока через организм, [c.39]

    Опасность прикосновения человека к неизолированным токо-ведущим частям определяется значением тока, проходящего через его тело, т. е. напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. [c.202]

    Значение тока, проходящего через человека, при известном напряжении прикосновения зависит от сопротивления электрической цепи человека, в которое входят сопротивление его тела, сопротивление обуви, пола или грунта, на котором он стоит. [c.203]

    Степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят от того, как человек прикоснулся к токоведущим частям (рис. 8). Если человек замыкает своим телом два фазных провода действующей установки (рис. 8, а), он попадает под полное линейное напряжение сети. Сопротивление электрической цепи при этом состоит из сопротивления переходу тока через кожу [c.34]

    Кожа обладает наибольшим сопротивление.м, поэтому наблюдаются преимущественно кожные ожоги (70— 80%). Однако при большой частоте тока. могут быть и ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности. Ожоги с тяжелыми исходами наблюдаются преимущественно при воздействии электрического тока напряжением выше 1000 В, когда включение человека в электрическую цепь происходит не при соприкосновении его с токоведущими частя.ми, а через электрическую дугу. [c.19]

    Следует отметить, что основным фактором, определяющим степень поражения, является сила тока, проходящего через организм человека. Она зависит от напряжения в сети и сопротивления цепи поражения (сопротивления человеческого тела, переходного сопротивления от тела к земле и из земли в электрическую цепь). Сопротивление человеческого тела колеблется в широ- [c.20]

    Поражение электрическим током. Электрический ток. может вызвать поражения внешние (ожоги) и внутренние, при которых возможны остановка дыхания и прекращение работы сердца. Если человек соприкоснется с 1 оголенным проводом (однополюсное соприкосновение), может произойти замыкание электрической цепи на землю через его тело. Наиболее опасно двухполюсное прикосновение, когда человек касается сразу 2 оголенных проводов. Сила тока, проходящего через тело человека, тем больше, чем меньше сопротивление тела, которое зависит от состояния кожи, площади и плотности контакта с токоведущими частями, электрической изоляции от земли. [c.588]

    Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15—20 В) колеблется от 3 до 100 кОм, а при удалении от верхнего слоя кожи падает до 0,004—1 кОм. В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты учитывают активное сопротивление тела человека, которое принимают равным 1 кОм. В действительности это сопротивление является нелинейным и зависит от параметров электрической цепи, состояния кожи, состояния окружающей среды и т. д. [c.35]

    При переменном токе промышленной частоты за расчетное принимают активное сопротивление тела человека, равное 1 кОм. В действительных условиях сопротивление тела одного и того же человека не является постоянной величиной. Оно зависит от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, состояния окружающей среды и др. Так, различные повреждения верхнего слоя кожи (порезы, царапины, ссадины), увлажнение ее водой или потом, а также загрязнение различными веществами, хорошо проводящими ток (большинство химических веществ, металлическая или угольная пыль и др.), резко снижают общее сопротивление тела человека. Кроме того, сопротивление тела зависит от площади и места контакта. Наименьшее сопротивление электриче-10 [c.10]

    Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием под разность потенциалов и возникновением замкнутой электрической цепи, одним из элементов которой является человек. Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опасных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов, находящихся под напряжением. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет силу тока замыкания на землю, а значит, и силу тока, проходящего через человека. В сетях с заземленной нейтралью при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, приводящие к замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие их контакта с нетоковедущими частями, оказавшимися под напряжением. [c.52]

    При любом однофазном включении в цепь человек касается пола или грунта. Поэтому сопротивление опорной поверхности оказывает сушественное влияние на значение тока, проходящего через человека. Вместе с тем в процессе эксплуатации оборудования нельзя рассчитывать полностью на защитное значение опорных поверхностей, которые в нормальном состоянии имеют весьма высокое электрическое сопротивление. [c.204]

    Защитное действие заземления состоит в уменьшении тока, проходящего через тело человека при соприкосновении с корпусом машины, оказавшимся под напряжением. Человек включается в электрическую цепь параллельно заземлению чем больше сопротивление человека по сравнению с сопротивлением заземления, тем меньший ток потечет по телу человека (рис. 40). [c.176]

    Хотя действие электрического тока на организм характеризуется его силой, практически измерить эту величину можно лишь в эксперименте В условиях ре ального поражения значения действующих токов могут быть только вычислены, для чего необходимо знать на пряжение цепи и сопротивление тела человека Опре деление минимального значения сопротивления тела человека необходимо также для решения важнейшего вопроса электробезопасности каковы минимальные значения напряжений, которые при включении в цепь [c.100]

    В случае прикосновения к токоведущим частям электрооборудования человека поражает электрический ток, если через его тела замыкается электрическая цепь. Это просходит при прикосновении не менее чем к двум точкам цепи, между которыми есть напряжение, так называемое напряжение прикосновения. Ток, проходящий через тело человека, определяется напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. [c.41]

    Если корпус (нетоковедущая часть) заземлен, то ток замыкается на землю по двум параллельным ветвям — через за-землитель и через тело человека соответственно сопротивлениям системы заземления и электрической цепи человека. Напряжение прикосновения при этом будет зависеть от расстояния человека до заземлителя. Непосредственно над заземлителем оно равно нулю. По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения возрастает до максимального значения, равного напряжению относительно земли. [c.204]

    Случайное прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, и, как следствие, прохождение через него электрического тока могут иметь самый различный исход, определяемый электрическими параметрами как сети, так и человеческого тела. Приближенно можно считать, что степень поражения эдектриче-ским током определяется силой тока, которая является функцией напряжения, сопротивления цепи (в том числе и самого организма) (табл. 35). [c.229]

    При прикосновении к системе с изолированной (неза-земленной) нейтралью (рис. 8, в) в электрическую цепь кроме сопротивления самого человека, его обуви и пола включается сопротивление изоляции проводов других фаз. [c.36]

    В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты учитьгаают активное сопротивление тела человека, которое принимают равным 1 кОм. В действительных условиях сопротивление тела одного и того же человека не является постоянной величиной. Оно изменяется в зависимости от состояния кожи, параметров электрической цепй, физиологических факторов, состояния окружающей среды и др. [c.8]

    Степень опасности поражения электрическим током зависит от напряжения и условий, при которых человек оказался под напряжениехМ. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных провода и оказаться под полным напряжением сети. Сопротивлением для электрического тока в данном случае является только тело человека. В случае прикосновения к одному проводу, находящемуся под напряжением, человек оказывается под напряжением, действующим между проводом и землей. В этом случае сопротивлением в цепи, кроме тела человека, оказываются обувь, деревянные решетки, коврики. [c.48]

    Поражение человека электрическим током происходит в том случае, когда он замыкает своим телом цепь электрического тока (рис. 85). Степень опасности поражения электрическим током зависит от напря ния и условий, при которых человек оказался под напряжением. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных или один фазный и нулевой провода и таким образом оказаться под напряжением. Сопротивлением для электрического тока в обоих случаях является только тело человека. Это значит, что тело человека пропустит ток большой силы, что нанесет ему тяжелую травму. Возможен и другой случай, когда человек случайно прикоснется к одному фазному проводу, находящемуся под напряжением. В этом случае сопротивлением для прохождения тока является тело человека, его обувь, решетка или коврики, на которых он стоит. Если машинист при этом не имеет под ногами решетки или резинового коврика, ему грозит тяжелая электротравма. Большую опасность для маишниста представляет прикосновение к токоведущим частям или незаземленному корпусу оборудования с электроприводом, оказавшемуся случайно под напряжением. [c.137]

---

§3. Сопротивление цепи человека.

При поражении человека электрическим током тело человека может оказаться включенным в электрическую цепь одновременно с сопротивлениями других элементов – одежды, обуви, опорной поверхности (грунта или пола).

Значение тока I_h будет определяться не только параметрами схемы (U)и схемой включения, но и сопротивлением цепи человека.

Существуют следующие схемы прикосновения (включения в цепь тока):

1) Двухфазное (двухполюсное) прикосновение, когда человек, стоя на изолированном основании, касается одновременно двух фаз сети трех фазного переменного тока или двух полюсов сети однофазного или постоянного тока. При этом путь тока лежит по петле – рука – рука, через жизненно важные органы, что очень опасно. Еще опаснее путь – голова – рука.

а) Человек попадает под междуфазное (линейное) напряжение.

 

б) Человек попадает под рабочее напряжение электроустановки (полное).

При этом если прикосновение произошло открытыми частями тела, то R_h=R_т.ч.. и определяется главным образом сопротивлением кожи.

При прикосновении через одежду, в схему последовательно включается R_т.ч. и R_од.

 

R_h=R_т.ч.+R_од.

Сравним два случая:

10 – 15 кОм – для сухой одежды

R_од = 0,5 – 1,5 кОм – при влажной, т.е. резко падает, но все таки ограничивает I_h

Ih=220/(1000+10000)=0.02А – 20мА – Сильное дрожание пальцев рук ощущается до запястья.

I_h=220/(1000+500)=0,14А – 140мА – руки трудно, но еще можно оторвать.

R_об и R_оп – не учитываются, т.к. не входят в цепь тока.

Случаи двухфазного прикосновения относительно редки. Более распространены:

2) Однофазное или однополюсное прикосновение, когда человек стоит на земле, касается одной точки электроустановки имеющей потенциал, отличной от потенциала опорной поверхности.

 

При этом человек попадает под напряжение фазы относительно земли. Через человека протекает ток замыкания на землю. Путь тока замыкается через петлю рука – ноги или голова – ноги, также через жизненно важные органы, при этом в цепь тока кроме Rт.ч. будет входить Rо.д.; Rо.п.; Rо.б. которые складываются параллельно.

 

Зависит от материала подошвы – Влажная/Сухая

Кожа – 0,5/100 Ком;

Резина – 1,5/500 Ком;

Rо.п.: 1) пол, Ком.

Металлический – 0,01/0 Ком.

Земля – 20/0,8 Ком.

Бетон – 2000/0,9 Ком.

Линолеум – 1500/50 Ком.

2) Грунт , Ом.

Камень – 8500/5000 Ом.

Снег, лед – 2*10⁶ /300 Ом.

Песок  8000/1600 Ом.

Чернозем 160/50 Ом.

Rо.п. и Rо.б. играют существенную роль, т.к. в некоторых случаях Rо.п. много больше Rт.ч., особенно в сухом помещении.

Разновидностью данного случая являются прикосновения к корпусу оборудования, оказавшемуся под напряжением, при повреждении изоляции.

При отсутствии заземления, весь ток будет проходить через тело человека.

При наличии заземления основной ток будет проходить через сопротивление заземления, а через тело человека – только часть (меньшая) в зависимости от Rh. Что менее опасно.

 

3) Включение под напряжение шага, когда человек стоит на грунте в близи заземлителя с которого стекает ток.

При этом часть этого тока может ответвиться и через ноги проходить по телу человека,

 

по нижней петле – нога – нога. Человек попадает под шаговое напряжение.

Последовательная цепь Rдоп.

Rод. не включается.

В этом случае большую роль играет Rоб. и Rоп.

 

 

 

 

 

 

 

§2. Сопротивление тела человека.< Предыдущая		Следующая >§4. Действие электрического тока на живую ткань.

Электробезопасность. Воздействие электрического тока на человека и меры защиты от поражения электрическим током

1. Лекция 5 Основы электробезопасности. Воздействие электрического тока на человека и меры защиты от поражения электрическим током

1.
Основные определения и понятия
2.
Характеристика помещения по степени опасности
поражения электрическим током
3.
Схемы включения человека в электрическую цепь
4.
Защитные средства от поражения электрическим
током
5.
Методы и средства первой (доврачебной) помощи при
поражении электрическим током

2. 1. Основные определения и понятия

Опасность поражения человека электрическим
током зависит от:
• эксплуатационного напряжения,
• окружающей производственной среды,
• квалификации обслуживающего персонала.
• Электроустановки подразделяются по напряжению
до 1000 В и свыше 1000 В «Правила устройства
электроустановок» (ПУЭ).
75-80% смертельных
поражений током
происходит в
электроустановках
от 127 до 380 В. Они
широко
распространены на
производстве и
быту.

4. Действие электрического тока:

• термическое – ожоги тела, нагрев кровеносных
сосудов, нервов, крови и т.д.;
• электролитическое – разложение крови и других
органических жидкостей, вызывающем значительные
нарушения их состава и свойств;
• биологическое – раздражение и возбуждение тканей,
судорожное сокращение мышц, возможно полное
прекращение деятельности органов кровообращения
и дыхания.
• Электрические
травмы: ожоги, знаки,
металлизация кожи,
электроофтальмия,
механические
повреждения
• Электрический удар –
возбуждение живых
тканей,
сопровождающееся
судорожным
сокращением мышц.
• Клиническая (мнимая) смерть наступает
с момента прекращения деятельности
сердца и легких, продолжается до
начала гибели клеток головного мозга
(длится до 7-8 мин).
• Биологическая (истинная) смерть –
необратимое явление. Прекращаются
биологические процессы в клетках и
тканях организма, распадаются
белковые структуры.
• Тело человека –
проводник
электрического тока.
• При переменном
токе частотой 50 Гц
сопротивление тела
человека – 1000 Ом.

8. Условие безопасности человека при действии электрического тока определяется зависимостью:

• Iч — сила тока,
протекающего через тело
человека, A;
• Unp — напряжение
прикосновения (разность
потенциалов между двумя
точками электрической цепи,
которых одновременно
касается человек), В;
Rч —сопротивление тела
человека, Ом;
• I доп — допустимая сила
тока, протекающего через
тело человека, А.

9. Степень опасности электрического тока

Сила тока, мА
0,6—1,5
2—3
Переменный ток
Порог ощущения
Судороги в руках
5—7
Судороги в руках с болью
8 — 10
Сильные боли в пальцах и кистях
рук (порог отпускающего тока)
13—14
20—50
50—65
70—80
90—100
Очень сильные боли, слабый
паралич рук (пороговый не отпускающий ток)
Паралич рук; самостоятельно
оторваться невозможно; затрудненное дыхание
Паралич дыхания; фибрилляция
сердца (хаотические разновременные сокращения волокон
сердечной мышцы)
Начало трепетания желудочков
сердца
Паралич дыхания; при длительности 3 с и более — паралич
сердца, трепетание желудочков;
клиническая смерть
Постоянный ток
Не ощущается
Не ощущаются
Зуд, ощущение нагрева (порог
ощущения)
Усиление нагрева
Дальнейшее ощущение нагрева
Сокращение мышц; незначительные
боли; продолжение нагрева
Сильные боли; слабый паралич рук;
оторваться самостоятельно практически
невозможно
Руки парализуются; оторваться
самостоятельно невозможно
Паралич дыхания; начало трепетания
желудочков сердца

10. Возможные пути прохождения тока в теле человека («петли тока»)

Наиболее распространенные пути прохождения тока в теле
человека («петли тока»): 1 — рука — рука; 2— правая рука —
ноги; 5 —левая рука —ноги; 4—нога —нога; 5— голова — ноги; 6—
голова — руки

11. Характеристика наиболее распространенных путей прохождения тока в теле человека

Пути прохождения тока
Доля терявших
Частота
сознание во время
возникновения пути
воздействия тока,
прохождения тока, %
%
Значение тока,
проходящего через
область сердца, % от
общего тока,
проходящего через тело
Рука—рука
40
83
3,3
Правая рука—ноги
20
87
6,7
Левая рука—ноги
17
80
3,7
Нога—нога
6
15
0,4
Голова—ноги
5
88
6,8
Голова—руки
4
92
7,0
Прочие
8
65
—

12. 2. Характеристика помещений по степени опасности поражения электрическим током

• Помещение без повышенной опасности: беспыльные,
изолирующие полы, в которых отсутствуют заземленные
предметы (жилые помещения, конторы, некоторые лаборатории
и производственные помещения).
• Помещения с повышенной опасностью: сырые (относительная
влажность 75% и более), t воздуха превышает +30 °С, с
токопроводящей пылью, токопроводящими полами
(металлические, железобетонные и т.п.), с возможностью
одновременного прикосновения человека к имеющим
соединение с землей металлоконструкциям зданий,
технологическим аппаратам, с одной стороны, и к
металлическим корпусам электрооборудования – с другой.
• Особо опасные помещения: особо сырые (относительная
влажность около 100%), с химически активной средой.

13. Величина напряжения в сети, при которой не требуется специальных мер защиты в зависимости от класса помещений:

• работа в помещениях без повышенной опасности:
защитное заземление или зануление электроустановок
выполняются при напряжении переменного тока U>380В;
разрешается пользоваться электроинструментом и
переносными светильниками до 220В без защитных
средств.
• работа в помещениях с повышенной опасностью:
электроинструмент при напряжении U>42В должен быть
заземлен или занулен;
разрешается использовать переносные светильники на
напряжение до 42В включительно без применения
защитных средств;
для питания ручных переносных светильников
применяется напряжение не выше 12В.
• Для получения
пониженного
напряжения
42 и 12 В
используются
специальные
трансформаторы

15. 3. Схемы включения человека в электрическую цепь

Характерные схемы включения человека в электрическую цепь:
а — двухполюсное прикосновение; б- однополюсное прикосновение; 1,2— фазные
провода
• U4 —линейное
напряжение сети;
• Rч — сопротивление
тела человека;
• Uф— фазное
напряжение сети.

17. Сила тока, проходящего через тело человека (формула)

• Rиз – сопротивление
изоляции проводов
Чем лучше изоляция
проводов относительно
земли, тем меньше
опасность
однополюсного
прикосновения
человека к проводу
• Измерение
сопротивления
изоляции
выполняется на
отключенной
установке с
помощью
мегаомметра на
номинальное
напряжение 1000 В
Прикосновение человека – к одной фазе трехфазной сети с изолированной
нейтралью
• Если принять, что сопротивление изоляции трех фаз
до момента прикосновения равны, то сила тока,
проходящего через тело человека, будет равна:
Прикосновение человека к одной фазе трехфазной сети с заземленной
нейтралью.
1, 2, 3 — фазные провода, 0 — нулевой защитный провод
Rоб = 0 и Rn = О, сила тока, проходящего через
тело человека будет равна:

21. Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих

частей электрооборудования, которые могут
оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по
другим причинам.

22. В сетях с напряжением 220 или 380В значение силы тока однофазного короткого замыкания на землю может быть <10А

В сетях с напряжением 220 или 380В значение силы
тока однофазного короткого замыкания на землю может
быть
• Из условий
безопасности
U3 = I3R3 = 10 R3
сопротивление
защитного
заземления в
установках
380/220 В должно
быть не более 4 Ом

23. Земля представляет собой объемный проводник электрического тока, поэтому ток от заземлителей растекается во всех направлениях

Схема замыкания на корпус в сетях трехфазного тока с изолированной
нейтралью при заземленном электрооборудовании:
1,2,3 — фазные провода

24. В положении 1 человек попадает под напряжение шага С/ш. Наибольшая величина напряжения шага – около места замыкания, а

наименьшая – на расстоянии более 20 м. В положении 2
попадает под напряжение прикосновения.
Распределение потенциалов вокруг одиночного заземлителя в зоне
растекания тока при замыкании на землю:
1.2 — положения человека в зоне растекания тока

25. Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые

могут
оказаться под напряжением вследствие замыкания на
корпус
Принципиальная схема зануления:
1 — корпус
электрооборудования;
2 — плавкие предохранители; 1, 2, 3 —фазные
провода, 0 — нулевой защитный провод;
Ro — сопротивление заземления нейтрали источника тока; Rп — сопротивление повторного заземления нулевого защитного провода; I3 — ток однофазного короткого
замыкания

26. Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в

ней опасности
поражения человека электрическим током.
Принципиальная схема устройства защитного отключения, реагирующего
на напряжение корпуса относительно земли:
1 —корпус; 2— автоматический выключатель; КО — отключающаяся катушка;
Н —реле напряжения максимальное; R3 — сопротивление защитного заземления;
Rв —сопротивление вспомогательного заземления; Jp — ток реле, 1, 2, 3 — фазные
провода.
• Выравнивание потенциала – метод снижения
напряжения прикосновения и напряжения шага
между точками электрической цепи, к которым
возможно одновременное прикосновение или на
которых может одновременно стоять человек.
• Двойная изоляция – это совокупность рабочей и
защитной (дополнительной) изоляции, при которой
доступные прикосновению части
электрооборудования не приобретают опасного для
человека потенциала при повреждении рабочей или
защитной изоляции.
• Малое напряжение – это номинальное напряжение
не более 42 В, применяемые в электроустановках
для обеспечения электробезопасности.

28. 4. Защитные средства от поражения электрическим током

• Изолирующие
защитные средства
изолируют человека от
токоведущих или
заземленных частей, а
также от земли –
изолирующие и
электроизмерительные
клещи, диэлектрические
перчатки и боты,
галоши, коврики,
изолирующие подставки
• Ограждающие
защитные средства
предназначены для
временного ограждения
токоведущих частей и
предупреждения
ошибочных операций с
электрической
аппаратурой. К ним
относятся: ограждения
(щиты),
предупредительные
плакаты и др.
• Предохранительные
защитные средства
предназначены для
индивидуальной
защиты работающих от
световых, тепловых и
механических
воздействий. К ним
относятся защитные
очки, каски, монтерские
пояса и др.

Презентация на тему: Лекция 5 Основы электробезопасности. Воздействие электрического тока на

1

Первый слайд презентации: Лекция 5 Основы электробезопасности. Воздействие электрического тока на человека и меры защиты от поражения электрическим током

Основные определения и понятия Характеристика помещения по степени опасности поражения электрическим током Схемы включения человека в электрическую цепь Схемы защитного заземления, зануления, защитного отключения Защитные средства от поражения электрическим током

Изображение слайда

2

Слайд 2: 1. Основные определения и понятия

Опасность поражения человека электрическим током зависит от: эксплуатационного напряжения, окружающей производственной среды, квалификации обслуживающего персонала. Электроустановки подразделяются по напряжению до 1000 В и свыше 1000 В «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ).

Изображение слайда

3

Слайд 3

75-80% смертельных поражений током происходит в электроустановках от 127 до 380 В. Они широко распространены на производстве и быту.

Изображение слайда

4

Слайд 4: Действие электрического тока:

термическое – ожоги тела, нагрев кровеносных сосудов, нервов, крови и т.д.; электролитическое – разложение крови и других органических жидкостей, вызывающем значительные нарушения их состава и свойств; биологическое – раздражение и возбуждение тканей, судорожное сокращение мышц, возможно полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.

Изображение слайда

5

Слайд 5

Электрические травмы: ожоги, знаки, металлизация кожи, электроофтальмия, механические повреждения Электрический удар – возбуждение живых тканей, сопровождающееся судорожным сокращением мышц.

Изображение слайда

6

Слайд 6

Клиническая (мнимая) смерть наступает с момента прекращения деятельности сердца и легких, продолжается до начала гибели клеток головного мозга (длится до 7-8 мин). Биологическая (истинная) смерть – необратимое явление. Прекращаются биологические процессы в клетках и тканях организма, распадаются белковые структуры.

Изображение слайда

7

Слайд 7

Тело человека – проводник электрического тока. При переменном токе частотой 50 Гц сопротивление тела человека – 1000 Ом.

Изображение слайда

8

Слайд 8: Условие безопасности человека при действии электрического тока определяется зависимостью:

I ч — сила тока, протекающего через тело человека, A ; Unp — напряжение прикосновения (разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек), В; R ч —сопротивление тела человека, Ом; I доп — допустимая сила тока, протекающего через тело человека, А.

Изображение слайда

9

Слайд 9: Степень опасности электрического тока

Изображение слайда

10

Слайд 10: Возможные пути прохождения тока в теле человека («петли тока»)

Изображение слайда

11

Слайд 11: Характеристика наиболее распространенных путей прохождения тока в теле человека

Изображение слайда

12

Слайд 12: 2. Характеристика помещений по степени опасности поражения электрическим током

Помещение без повышенной опасности: беспыльные, изолирующие полы, в которых отсутствуют заземленные предметы (жилые помещения, конторы, некоторые лаборатории и производственные помещения). Помещения с повышенной опасностью: сырые (относительная влажность 75% и более), t воздуха превышает +30 °С, с токопроводящей пылью, токопроводящими полами (металлические, железобетонные и т.п.), с возможностью одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой. Особо опасные помещения: особо сырые (относительная влажность около 100%), с химически активной средой.

Изображение слайда

13

Слайд 13: Величина напряжения в сети, при которой не требуется специальных мер защиты в зависимости от класса помещений:

работа в помещениях без повышенной опасности: защитное заземление или зануление электроустановок выполняются при напряжении переменного тока U> 380В; разрешается пользоваться электроинструментом и переносными светильниками до 220В без защитных средств. работа в помещениях с повышенной опасностью: электроинструмент при напряжении U> 42В должен быть заземлен или занулен; разрешается использовать переносные светильники на напряжение до 42В включительно без применения защитных средств; для питания ручных переносных светильников применяется напряжение не выше 12В.

Изображение слайда

14

Слайд 14

Для получения пониженного напряжения 42 и 12 В используются специальные трансформаторы

Изображение слайда

15

Слайд 15: 3. Схемы включения человека в электрическую цепь

Изображение слайда

16

Слайд 16

U 4 —линейное напряжение сети; R ч — сопротивление тела человека; U ф— фазное напряжение сети.

Изображение слайда

17

Слайд 17

Изображение слайда

18

Слайд 18

Измерение сопротивления изоляции выполняется на отключенной установке с помощью мегаомметра на номинальное напряжение 1000 В

Изображение слайда

19

Слайд 19

Если принять, что сопротивление изоляции трех фаз до момента прикосновения равны, то сила тока, проходящего через тело человека, будет равна:

Изображение слайда

20

Слайд 20

R об = 0 и Rn = О, сила тока, проходящего через тело человека будет равна:

Изображение слайда

21

Слайд 21: Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам

Изображение слайда

22

Слайд 22: В сетях с напряжением 220 или 380В значение силы тока однофазного короткого замыкания на землю может быть < 10А

Из условий безопасности сопротивление защитного заземления в установках 380/220 В должно быть не более 4 Ом

Изображение слайда

23

Слайд 23: Земля представляет собой объемный проводник электрического тока, поэтому ток от заземлителей растекается во всех направлениях

Изображение слайда

24

Слайд 24: В положении 1 человек попадает под напряжение шага С/ш. Наибольшая величина напряжения шага – около места замыкания, а наименьшая – на расстоянии более 20 м. В положении 2 попадает под напряжение прикосновения

Изображение слайда

25

Слайд 25: Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус

Изображение слайда

26

Слайд 26: Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током

Изображение слайда

27

Слайд 27

Выравнивание потенциала – метод снижения напряжения прикосновения и напряжения шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек. Двойная изоляция – это совокупность рабочей и защитной (дополнительной) изоляции, при которой доступные прикосновению части электрооборудования не приобретают опасного для человека потенциала при повреждении рабочей или защитной изоляции. Малое напряжение – это номинальное напряжение не более 42 В, применяемые в электроустановках для обеспечения электробезопасности.

Изображение слайда

28

Слайд 28: 4. Защитные средства от поражения электрическим током

Изолирующие защитные средства изолируют человека от токоведущих или заземленных частей, а также от земли – изолирующие и электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки и боты, галоши, коврики, изолирующие подставки

Изображение слайда

29

Слайд 29

Ограждающие защитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей и предупреждения ошибочных операций с электрической аппаратурой. К ним относятся: ограждения (щиты), предупредительные плакаты и др.

Изображение слайда

30

Последний слайд презентации: Лекция 5 Основы электробезопасности. Воздействие электрического тока на

Предохранительные защитные средства предназначены для индивидуальной защиты работающих от световых, тепловых и механических воздействий. К ним относятся защитные очки, каски, монтерские пояса и др.

Изображение слайда

Охрана труда. Безопасность эксплуатации силовых трансформаторов класса напряжения 110/35 кВ (стр. 1 из 2)

Охрана труда. Безопасность эксплуатации силовых трансформаторов класса напряжения 110/35 кВ

1. Анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации силовых трансформаторов класса напряжения 110/35 кВ

1.1 Анализ опасных факторов

Наличие напряжения является основным опасным фактором при эксплуатации силовых трансформаторов, так как существует опасность включения человека в электрическую цепь и поражения током.

Поражение человека электрическим током возможно в следующих случаях:

– прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям под напряжением без изоляции или с повреждённой изоляцией;

– прикосновение к корпусу силового трансформатора, который оказался под напряжением вследствие нарушения изоляции;

– попадание под шаговое напряжение при нахождении в зоне растекания тока замыкания на землю.

Рассматриваемый опасный фактор оценивается током, протекающим через человека. Расчётные значения токов, протекающих через человека в шести случаях включения в электрическую цепь поданы в табл. 1.

При проведении профилактических осмотров и ремонтов, а также во время текущей эксплуатации силового трансформатора (проверка уровня трансформаторного масла, его замена, протирка изоляторов, покраска) возникает опасность, связанная с нахождением работников на высоте (возможность травматизма при падении). Высота силовых трансформаторов класса напряжения 110 кВ составляет 5-7 м.

Таблица 1

Расчетные значения токов, протекающих через человека при различных видах включения в электрическую цепь в сети напряжением 110 кВ

Примечания к табл. 1:

U_ф = (110·Ö3) В – фазное напряжение сети;

R_ч = 1000 Ом – сопротивление тела человека;

R_эл.д = 2000 Ом – сопротивление электрической дуги;

R_з = 0,5 Ом – сопротивление заземляющего устройства;

I_з = 5200 А – ток замыкания на землю;

α₁ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий расстояние человека к месту замыкания на землю и форму потенциальной кривой;

β₁ – коэффициент напряжения шага, учитывающий расстояние человека к месту замыкания на землю и форму потенциальной кривой.

Электрическая дуга представляет собой разряд с большой плотностью тока. Опасность электрической дуги заключается в том, что с помощью нее человек может включаться в электрическую цепь дистанционно, не прикасаясь к токоведущим частям. При этом столб дуги имеет очень высокую температуру, что вызывает травмы при поражении дугой.

1.2 Анализ вредных факторов

Одним из вредных факторов при эксплуатации силовых трансформа- торов класса напряжения 110/35 кВ является повышенный шум, который вызывается неплотным стягиванием пакетов стальных сердечников.

При длительной работе на открытом воздухе в холодный период года в условиях охлаждающих факторов окружающей среды: низкой температуры воздуха, большой скорости движения воздуха и его повышенной влажности может наступить переохлаждение организма и существует риск развития различных простудных заболеваний.

Анализируя опасные и вредные факторы во время эксплуатации силового трансформатора можно сделать следующие вывод, что наибольшей опасностью для человека является поражение электрическим током. Сила и последствия такого поражения зависят от многих факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, режим ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей от земли. Таким образом, наиболее опасными является приближение (прикосновение) человека к сети напряжением 110 кВ. В сети напряжением 35 кВ опасность человека, который дотронулся к одному из фазных проводов при нормальном режиме работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. При однофазном прикосновении к неповрежденной фазе в аварийном режиме напряжение прикосновения будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети. Следовательно, это прикосновение во много раз опаснее, чем прикосновение к этой же фазе в нормальном режиме. Вместе с тем, очень опасным является двуфазное прикосновение, потому что к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток, что проходит через человека, имеет наибольшее значение. Поэтому указанная опасность неоднозначна: в одном случае включение человека в электрическую цепь будет сопровождаться прохождением через него малого тока, а в другом – токи могут достигнуть больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека.

опасный вредный трансформатор напряжение

2. Профилактические меры по нормализации условий труда при работе с силовыми трансформаторами класса напряжения 110/35 кВ

2.1 Защитные меры от поражения электрическим током

Первой защитной мерой является контроль изоляции. Объем

измерений и испытаний изоляции силовых трансформаторов класса напряжения 110/35 кВ во время приемо-сдаточных испытаний и в период текущей эксплуатации включает: измерение сопротивления изоляции R₆₀,определение коэффициента абсорбции R₆₀/ R₁₅, измерение тангенса угла диэлектрических потерь tg δ [1.8.16, Л5].

Оценка результатов измерения R₆₀ и tg δ изоляции выполняется путем приведения измеренных после монтажа значений при конкретной температуре до значений при температуре заводских испытаний (после изготовления).

Условия проведения и нормы измерений изоляции силовых трансформаторов класса напряжения 110 кВ поданы в табл. 2.

Отдельно должны испытываться другие элементы трансформатора (масло, вводы).

Таблица 2

Нормы приемо-сдаточных испытаний изоляции силовых трансформаторов класса напряжения 110 кВ

Недоступность токоведущих частей открыто установленного силового трансформатора предусматривает наличие сетчатых или смешанных ограждений высотой 2 или 1,6 м над уровнем планировки. Высота над уровнем пола ограждения для трансформаторов, установленных внутри здания–1,9 м. Сетки должны иметь отверстия размером не менее 10Х10 мм и не более 25×25 мм, а также приспособления для запирания их на замок.

Методы ориентации в силовых трансформаторах:

1. Надписи на лицевой стороне трансформатора: марка трансформатора и диспетчерский номер.

2. Нанесение знаков опасности «Осторожно! Электрическое напряжение».

3. Соответственное размещение и покраска фаз: L₁ – верхняя – желтая; L₁ – средняя – зеленая; L₃ – нижняя – красная.

Таблица 3

Нормы комплектации силовых трансформаторов класса напряжения 110 кВ средствами защиты

Роль защитного заземления в силовом трансформаторе класса напряжения 110/35 кВ – превращение замыкания на корпус на короткое замыкание. При этом срабатывает максимальная токовая защита, которая

Серия

и параллельные схемы

Что такое электрическая цепь?

Для того, чтобы электроны текли, им нужна замкнутая цепь. Электрическая цепь обеспечивает полный, замкнутый путь для электричества. Части цепи состоят из нагрузки или сопротивления; провода; и переключатель. Источником энергии может быть аккумулятор, термопара, фотоэлемент или электрогенератор. Нагрузка – это часть схемы, которая использует энергию.Нагрузка схемы всегда оказывает некоторое сопротивление потоку электронов. В результате энергия преобразуется в тепло, свет или механическую энергию. Переключатель электрической цепи служит для предотвращения потока электронов. Это называется обрыв цепи

.

Есть два типа электрических цепей: последовательная и параллельная.

Цепь серии

Последовательная цепь, есть только один путь для прохождения электронов (см. Изображение последовательной цепи).Основным недостатком последовательной цепи является то, что при обрыве цепи вся цепь разомкнута и ток не течет. Примером серии могут быть огни на многих недорогих елках. Если погаснет один свет, погаснут все.

Параллельная цепь

В параллельной цепи разные части электрической цепи находятся на нескольких разных ветвях. Электроны могут течь по нескольким путям. Если есть разрыв в одной ветви цепи, электроны все еще могут течь в других ветвях (см. Изображение параллельной цепи).Ваш дом подключен к параллельной схеме, поэтому, если одна лампочка погаснет, другая останется включенной.

Электрические цепи в вашем доме

У себя дома вы заметите, что у большинства розеток есть 3 штыря. К розетке подключены три провода. Два провода проходят параллельно друг другу и имеют разность потенциалов 120 вольт в США, в Европе разность потенциалов составляет 220 вольт. Третий провод подключен к земле. Провод, который соединен с землей, обеспечивает кратчайший путь электронов к Земле.Этот третий провод не имеет тока. Провод – это просто средство защиты от короткого замыкания. Короткое замыкание – это случай, когда электричество проходит по более короткому пути в цепи. Эти цепи имеют меньшее сопротивление и, следовательно, больший ток. Если провод с высоким потенциалом соприкоснется с другой металлической поверхностью устройства, все устройство будет потреблять ток, что приведет к поражению человека, прикасающегося к нему. Заземляющий провод, имеющий более короткую цепь, обеспечивает безопасность, поэтому вместо тока, протекающего через прибор, он будет течь на землю.

Устройства безопасности цепей – Предохранители и автоматические выключатели

Ваш дом позволяет использовать только определенное количество электроэнергии одновременно. В зависимости от проводки в некоторых домах может подаваться до 150 ампер за один раз. Это делится на множество цепей. Средняя цепь в доме – 15 или 20 ампер. Более сильный ток, протекающий по проводам, приведет к их нагреву и может вызвать возгорание. Поэтому необходимо иметь устройства, которые будут останавливать поток электронов, когда ток становится слишком высоким.Предохранитель – обычное устройство во многих домах. Внутри предохранителя находится крошечная полоска металла. Когда ток, протекающий через него, будет слишком большим, это вызовет плавление тонкой полоски, что приведет к разрыву цепи.

Недостаток предохранителей

состоит в том, что после сгорания предохранителя их необходимо заменить. Лучшее решение – использовать так называемый автоматический выключатель. У автоматического выключателя есть переключатель, который размыкается при слишком высоком токе. Это предотвращает протекание тока. Переключатель можно замкнуть вручную после уменьшения количества используемого тока.Например, когда вы включаете в доме слишком много электронных устройств, мощность которых превышает 15 ампер, автоматический выключатель отключается.

---

Проверьте свой Понимание: Серия

и параллельные схемы: в чем разница?

Один из первых принципов, которые нужно понять, когда вы изучаете электричество, – это различие между параллельной цепью и последовательной цепью. Оба типа цепей питают несколько устройств с помощью электрического тока, протекающего по проводам, но на этом сходство заканчивается.

Чтобы понять разницу между схемой, в которой устройства подключены последовательно , от схемы, в которой они подключены параллельно, вы должны сначала понять основы электрической схемы.

Проще говоря, все схемы работают, обеспечивая замкнутый контур проводов, по которым может течь электрический ток. Электрический ток – это, по сути, движение электронов по цепи от источника (через горячие провода) и обратно к источнику (через нейтральные провода).Когда свет или другие устройства подключаются к этому контуру цепи, движущийся ток может питать эти устройства. Любое прерывание пути (например, размыкание переключателя) останавливает поток электрического тока – мгновенно прерывая цепь.

Что такое последовательная цепь?

Последовательная цепь – это замкнутая цепь, в которой ток проходит по одному пути. В последовательной схеме устройства по контуру цепи соединены в непрерывный ряд, так что при выходе из строя или отключении одного устройства вся цепь прерывается.Таким образом, все устройства в цепи перестают работать одновременно. Последовательные цепи несколько редки в домашней проводке, но они иногда используются в гирляндах рождественских огней или ландшафтных светильниках, где выход из строя одной лампочки приводит к потемнению всей цепочки.

Когда лампочка гаснет в цепочке праздничных огней, это создает разрыв в проводке. Однако многие современные гирлянды для праздничных фонарей теперь подключаются через параллельную цепь, так что гирлянда может оставаться работоспособной даже при неисправности одной из лампочек.Большинство новых светодиодных праздничных огней имеют параллельную схему подключения.

Что такое параллельная цепь?

Гораздо чаще, чем последовательные цепи, встречаются параллельные, включая большинство домашних цепей, питающих осветительные приборы, розетки и приборы. Параллельная цепь также является замкнутой цепью, в которой ток разделяется на два или более пути, прежде чем вернуться вместе, чтобы завершить полную цепь. Здесь проводка настроена так, что каждое устройство находится в постоянном контакте с трактом главной цепи.Отдельные устройства просто «подключаются» к главному контуру цепи, подобно тому, как съезды на автостраде позволяют автомобилям существовать и выезжать на автостраду, не прерывая ее. Параллельная схема имеет много таких петель «вне рампы / при включении», так что отказ в каком-либо одном контуре никогда не приводит к отключению всей схемы.

Большинство стандартных 120-вольтных бытовых цепей в вашем доме являются (или должны быть) параллельными цепями. Розетки, переключатели и осветительные приборы подключены таким образом, что горячий и нейтральный провода поддерживают непрерывный путь цепи независимо от отдельных устройств, которые получают питание от цепи.

Иногда этот непрерывный путь создается путем «врезки» в провода цепи для питания розетки или осветительной арматуры (косички – это выходная и входная рампы для тока). В других случаях конструкция устройства создает непрерывный непрерывный путь. Стандартная розетка, например, имеет металлическую полосу (соединительный язычок) между парами винтовых клемм, которая обеспечивает сохранение пути к следующей розетке. Если розетка выходит из строя, соединительный язычок на устройстве гарантирует, что ток продолжает течь к следующей розетке в цепи.

Когда использовать последовательную цепь вместо параллельной

Один пример домашнего хозяйства, где последовательная проводка полезна, когда одна розетка GFCI (прерыватель цепи замыкания на землю) используется для защиты других стандартных розеток, расположенных «ниже по потоку» от GFCI.

Розетка GFCI имеет винтовые клеммы с меткой «линия», а также винтовые клеммы с меткой «нагрузка». Клеммы нагрузки могут использоваться для расширения проводки до дополнительных обычных розеток за пределами GFCI, что позволяет им также пользоваться защитой GFCI.Однако, если GFCI выйдет из строя, все подключенные нижестоящие розетки также перестанут функционировать. Таким образом, этот участок схемы является примером последовательного подключения.

Другой предмет, который использует последовательную проводку, – это удлинитель. В удлинителе используется один переключатель для управления несколькими приборами и устройствами в параллельной схеме. Однако, если вы выключите удлинитель, вы выключите все приборы и устройства, подключенные к удлинителю.

Как работают схемы | HowStuffWorks

Вы когда-нибудь задумывались, что происходит, когда вы щелкаете выключателем, чтобы включить свет, телевизор, пылесос или компьютер? Что дает щелчок этого переключателя? Во всех этих случаях вы замыкаете электрическую цепь , пропуская ток или поток электронов по проводам.

Электрическая цепь во многом похожа на вашу кровеносную систему. Ваши кровеносные сосуды, артерии, вены и капилляры подобны проводам в цепи. Кровеносные сосуды несут поток крови по вашему телу. Провода в цепи несут электрический ток к различным частям электрической или электронной системы.

Ваше сердце – это насос, который управляет кровообращением в организме. Он обеспечивает силу или давление для циркуляции крови. Кровь, циркулирующая по телу, снабжает различные органы, такие как мышцы, мозг и пищеварительную систему.Аккумулятор или генератор вырабатывает напряжение – силу, которая пропускает ток через цепь.

Возьмем простой случай электрического света. К свету подключаются два провода. Чтобы электроны выполняли свою работу по производству света, должна быть замкнутая цепь, чтобы они могли проходить через лампочку, а затем возвращаться обратно.

На схеме выше показана простая схема фонаря с батареей на одном конце и лампочкой фонарика на другом конце. Когда переключатель выключен, полная цепь не будет существовать, и не будет тока.Когда переключатель включен, произойдет замкнутая цепь и протекание тока, в результате чего лампа-вспышка будет излучать свет.

Схемы могут быть огромными энергосистемами, передающими мегаватты энергии на расстояние в тысячу миль, или крошечными микроэлектронными микросхемами, содержащими миллионы транзисторов. Это необычайное сокращение электронных схем сделало возможными настольные компьютеры. Новым рубежом обещают стать наноэлектронных схем с размерами устройств в нанометрах (одна миллиардная метра).

В этой статье мы узнаем о двух основных типах электрических цепей:

• Силовые цепи передают и контролируют большие объемы электроэнергии. Примерами являются линии электропередач, системы электропроводки в жилых и деловых помещениях. Основными компонентами силовых цепей являются генераторы на одном конце и системы освещения, системы отопления или бытовые приборы на другом конце. Между ними находятся линии электропередач, трансформаторы и автоматические выключатели.
• Электронные схемы обрабатывают и передают информацию.Подумайте о компьютерах, радио, телевизорах, радарах и сотовых телефонах.

Электрическая цепь – ток, параллель, сопротивление и поток

Электрическая цепь – это система проводящих элементов, предназначенная для управления путем электрического тока для определенной цели. Цепи состоят из источников электроэнергии , таких как генераторы и батареи; элементы, которые преобразуют, рассеивают или накапливают эту энергию, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности; и соединительные провода.Цепи часто включают предохранитель или автоматический выключатель для предотвращения перегрузки по мощности.

Устройства, подключенные к цепи, подключаются к ней одним из двух способов: последовательно или параллельно . Последовательная цепь образует единый путь для прохождения тока, в то время как параллельная цепь образует отдельные пути или ответвления для протекания тока. Параллельные цепи имеют важное преимущество перед последовательными цепями. Если устройство, подключенное к последовательной цепи, выходит из строя или выключается, цепь разрывается, и другие устройства в цепи не могут потреблять энергию.Отдельные пути параллельной цепи позволяют устройствам работать независимо друг от друга, поддерживая цепь, даже если одно или несколько устройств выключены.

Первая электрическая схема была изобретена Алессандро Вольта в 1800 году. Он обнаружил, что может производить постоянный поток электричества , используя чаши с солевым раствором , соединенные металлическими полосами . Позже он использовал чередующиеся диски из меди, , цинка и картона, которые были пропитаны солевым раствором, чтобы создать свою гальваническую батарею (ранняя батарея ).Прикрепив провод, идущий сверху вниз, он заставил электрический ток течь по своей цепи. Первое практическое использование схемы было в электролизе , что привело к открытию нескольких новых химических элементов. Георг Ом (1787-1854) обнаружил, что некоторые проводники имеют большее сопротивление, чем другие, что влияет на их эффективность в цепи. Его знаменитый закон гласит, что напряжение на проводе, деленное на ток, равно сопротивлению, измеренному в Ом .Сопротивление вызывает тепла в электрической цепи, что часто нежелательно.

Введение в электронные схемы – ориентированное на человека руководство по демистификации технологий

Напишите список электроники, которую вы регулярно используете.

• Кто такие дизайнеры приходят на ум?
• Какие детали внутри и снаружи капота были использованы для создания каждой из них? Чтобы использовать это?
• Что вы сделали с любыми предметами, которые начали работать хуже, чем оптимально?

В повседневной жизни мы работаем с электроникой больше, чем можем себе представить.Многие из наших основных инструментов для повседневной деятельности используют электричество. В пульте дистанционного управления, который мы используем для переключения каналов на телевизоре, используются диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы и другая электроника. Мы заменяем батареи, чтобы они продолжали работать, или подключаем их, чтобы подзарядить. Или мы выбираем альтернативные варианты, в том числе программные приложения, обычно называемые приложениями, которые мы устанавливаем на наши мобильные телефоны, тем самым используя общие электронные компоненты на одном устройстве, вместо тех, которые постоянно встречаются на каждом портативном устройстве.С ростом DIY – Сделай сам – мы можем следовать относительно простым инструкциям для создания нашей собственной заменяющей электроники, часто расширяя наш собственный дух ремесленного производства до этой расширенной области производителей инструментов. Эта книга начинается с некоторых основных занятий по электронике. Есть много хороших ресурсов, чтобы получить подробное представление о том, как работают электричество и электроника. Но для того, что мы делаем, вам потребуются только самые базовые описания используемых основных компонентов, чтобы вы могли сразу приступить к работе.Вам даже не нужно запоминать конкретные имена и описания. Вы всегда можете вернуться сюда, чтобы посмотреть имена и описания позже. Но, как всегда, рекомендуется читать стратегически, а не линейно. Сделайте общий анализ этого текста, чтобы помочь вам приступить к предстоящим действиям, затем возвращайтесь по мере необходимости, чтобы копнуть немного глубже в том или ином. Как предлагает Мириам Суини, «вместо того, чтобы двигаться по повествованию, вам нужно погрузиться в нее, найти нужную информацию и двигаться дальше.Сказав это, давайте продолжим с определениями ключевой электроники, используемой в оставшейся части этой книги.

Пример: схема с одним светодиодом

Электрическая цепь – это путь, по которому электроны текут от источника к земле. Источник обычно измеряется напряжением (сила, выраженная в вольтах) или током (поток, выраженный в амперах). Резистор (выраженный в омах) контролирует поток этого источника.

Когда я поливаю свой сад из дождевой бочки, в полной бочке оказывается больше давления, чем в почти пустой.Этот полный ствол эквивалентен источнику питания с более высоким напряжением, например, 240 вольт. Бочка, заполненная на две трети, может быть больше похожа на источник питания на 120 вольт, в то время как почти пустая бочка от дождя может быть ближе к источнику питания на 5 вольт.

Если к моему бочонку от дождя подсоединена форсунка, я часто могу использовать рычаг для увеличения или уменьшения потока воды. Это эквивалентно току источника питания. Некоторые из моих водяных шлангов имеют толщину 1/2 дюйма, а некоторые – 3/4 дюйма.Это эквивалентно большему или меньшему сопротивлению резистора, соответственно, поскольку более тонкий шланг увеличивает сопротивление потоку воды по сравнению с более толстым шлангом.

В качестве примечания: в электротехнике закон Ома дает основное уравнение I = V / R. Это означает, что ток (I) равен напряжению (В), деленному на сопротивление (R). И как все Trekkies знают по своим временам с Жан-Люком Пикаром, сопротивление не бесполезно, а важно! Помимо этого, не беспокойтесь, если вы готовы отложить эти конкретные детали.

Схемы

обычно используются для обозначения пути, по которому электронные компоненты замыкают цепь.

В качестве примера приведенное выше изображение Fritzing представляет собой схему с тремя электронными компонентами:

• аккумулятор
• резистор
• светодиод (LED)

Линии между ними не являются электронными компонентами, а представляют собой некоторую форму проводящего материала, например металлическую проволоку, которая используется для передачи тока от компонента к компоненту.На схеме положительный ток покидает 9-вольтовую батарею и проходит через резистор 560 Ом перед подключением к положительному заряду 10-миллиметрового белого светодиода. Оттуда он проходит через отрицательно заряженную ножку светодиода к заземлению 9-вольтовой батареи, замыкая цепь. Только когда эта цепь полностью и правильно замкнута и батарея имеет достаточно заряда для передачи тока, светодиод включается. (Схемы и макеты в этой книге были в основном созданы с помощью программы с открытым исходным кодом Fritzing.)

Schematics ничего не говорят нам о том, как на самом деле построена схема, и действительно, визуальные эффекты для различных необходимых компонентов сбивают с толку изображения, пока не будет предоставлена ​​их интерпретация. Но если немного попрактиковаться, схемы становятся уникальным концептуальным источником информации. Мы можем использовать конструкторское мышление и быстрое прототипирование, чтобы физически создать схему из определенных частей, имеющихся или приобретенных для достижения чего-то, что мы ценим, даже если они достаточно хороши, чтобы помочь нам больше, чем беспокоить.

Часто, когда вы ищете план или схему использования электроники для выполнения определенной задачи, вместо схемы вы найдете физическую схему частей, как показано на изображении Fritzing, показанном выше. Эта диаграмма основана на чьем-либо выборе компоновки с использованием доступных компонентов для фактической реализации схемы, нарисованной на схеме Фритцинга в начале этого примера. На физической схеме мы видим электрические компоненты, соединенные с помощью беспаечной макетной платы, пластиковой платы с проводящими зажимами под группами пластиковых отверстий, что позволяет прохождению тока между компонентами.

Слева от этой конкретной схемы красный провод передает положительный ток батареи на нижнюю красную направляющую макета. Другой красный провод перемещает его от этой шины к строке J, столбец 59. Затем в строке H столбца 59 ток подключается к одной ножке резистора 470 Ом, который переносит этот ток, теперь уже находящийся под сопротивлением, в строку H, столбец 55. Это подводит ток к положительному заряду 10-миллиметрового белого светодиода. Строка E, столбец 55 подключается к отрицательно заряженной ножке светодиода, который затем переходит в строку A, столбец 55, где он подключается к черному проводу, по которому ток проходит к верхней синей направляющей на макетной плате.Затем черный провод подводит ток к заземлению 9-вольтовой батареи, замыкая цепь.

По мере продвижения вперед вы можете обнаружить, что изучаете и оцениваете различные онлайн-руководства, ресурсы и примеры и сравниваете их с тем, что показано в книге. (Действительно, глубоко погрузитесь в многочисленные примеры, найденные в Adafruit Learning System, из которых мы черпаем много для этой книги, для чрезвычайно широкого спектра электронных систем, а также вспомогательного кода.) Иногда встречаются схемы. Но чаще вы встретите диаграммы, иллюстрирующие, как кто-то или группа людей применяют эту схему на практике. Знайте, что диаграммы могут быть жесткими, поскольку они, как правило, фокусируются на конкретной задаче в определенной конфигурации в определенной среде, которая подходит для определенной когорты, сообщества или культуры. Схемы, с другой стороны, можно найти в более профессиональных настройках и как таковые могут применяться в более широком диапазоне приложений. Эти схемы после проведения исследования по определению компонентов, проиллюстрированных с помощью конкретных визуализаций, также окажутся очень полезными для решения проблем или быстрого создания прототипов для всех новаторов, независимо от опыта.

Может быть полезно думать о схемах как о стандартах, используемых для множества различных приложений, проектов и профессий. Схематические рисунки актуальны для многих пользователей, от инженеров-электриков до школьников. Например, электрические цепи и схемы являются частью Энергетического блока по научным стандартам нового поколения (NGSS) для учащихся начальной школы 4 класса.

Под колпаком макета

Макетная плата без пайки – это пластиковая плата, используемая для создания моделей или прототипов электрической схемы.Они не имеют пайки, потому что вы можете легко вставить провода в предусмотренные отверстия, а затем вытащить их, чтобы переместить в новую конфигурацию. Они бывают разных форм и размеров. Наиболее часто используемые «полноразмерные» макеты имеют длину 6 1/2 дюймов и ширину 2 1/8 дюйма.

Ниже вы увидите несколько разных изображений полноразмерной макетной платы. На первом изображении вы видите типичный рабочий вид макета.

На следующем изображении мы видим нижнюю часть макета.В левой половине центрального изображения видно липкое покрытие, а в правой половине – установленное защитное покрытие. Если макет перемещать вокруг стола или стола, защитное покрытие остается на нижней стороне макета (видно в правой половине центральной макетной платы). Вы можете удалить это покрытие, чтобы макетная плата прилипала к поверхности (видно в левой половине центральной макетной платы).

На изображении макета ниже мы видим нижнюю часть макета, но на этот раз с полностью удаленной липкой лентой.Макетные платы обычно поставляются с направляющими по краям, с проводящими металлическими зажимами (два из которых показаны в самом низу изображения), установленными так, чтобы пропускать ток по длине каждой направляющей.

Если вы сравните это изображение металлических зажимов макета с изображением верхней стороны макета, вы заметите, что в верхней части есть направляющая красного цвета и направляющая синего цвета, а также еще одна направляющая красного цвета и синяя направляющая на плате. нижняя часть макета.Красная шина обычно используется для подключения положительного источника к цепи или серии цепей, в то время как синяя шина обычно используется для подключения цепи или серии цепей к земле. Основная часть макета соединяет группы из пяти отверстий с помощью 126 проводящих металлических зажимов.

Таким образом, столбец 1, строка A соединяется со строками B, C, D и E столбца 1 с помощью одного металлического зажима. Столбец 1, ряды F, G, H, I и J соединены между собой вторым металлическим зажимом. Столбец 1, строки A, B, C, D и E по умолчанию НЕ соединяются со столбцом 1, строками F, G, H, I и J.Они будут соединяться между собой только в том случае, если провод или электронный компонент вставлен в одно из левых отверстий столбца 1, а также в одно из правых отверстий столбца 1 и настроен на пропускание тока от одного соединения к другому.

Контакты GPIO Raspberry Pi имеют нечетные числа слева и четные числа справа и частично включают следующее: 1 и 17 – питание 3,3 В; 2 и 4 – питание 5 вольт; 6, 20, 25, 30, 34 и 39 – шлифованные; 8 – вывод порта универсальной асинхронной передачи и приема, или порта UART; 10 – вывод приема порта UART.

В предыдущем примере была создана цепь с использованием батареи 9 В, как показано как на схеме, так и на диаграмме. На протяжении всей оставшейся части книги мы обычно не будем использовать батарею для питания нашей электроники. Вместо этого мы будем использовать небольшой одноплатный микрокомпьютер под названием Raspberry Pi в качестве источника питания. Raspberry Pi активно используется во всем мире как для первоначального проектирования, так и для постоянного применения сетевых информационных систем для использования в полевых условиях. Он подключается к электросети 120 В (США) или 240 В (многие другие страны) от розетки или другого источника переменного тока (переменного тока) с помощью кабеля Micro USB из комплекта.Raspberry Pi преобразует это напряжение в источники питания 5 В и 3,3 В, к которым можно получить доступ с помощью контактов ввода-вывода общего назначения (GPIO) Raspberry Pi. Эти контакты обеспечивают аппаратную связь между компьютером Raspberry Pi и электроникой из внешнего мира.

Для создания прототипов мы будем использовать 40-контактный ленточный кабель, чтобы продлить контакты GPIO на нашу макетную плату с помощью монтажной платы Pi Cobbler, собранной Adafruit Industries. Он объединяет контакты GPIO Raspberry Pi и беспаечную макетную плату, а также метку для каждого контакта, используя один ленточный кабель, а не 40 отдельных проводов, чтобы упростить «объединение» прототипов.

На изображении выше представлена ​​схема базовой конфигурации Raspberry Pi, ленточного кабеля GPIO, Cobbler и макета. Он также включает в себя схему базовой схемы, в которой ток 5 В проходит через электронный компонент, называемый резистором, затем через электронный компонент, называемый светодиодом, прежде чем вернуться на землю, тем самым замыкая цепь.

На приведенной выше диаграмме важно отметить, что показано только четыре электронных компонента:

• Неопознанный микропроцессор на интегральной схеме большего размера с черным квадратом на Raspberry Pi
• Неопознанный микропроцессор на интегральной схеме меньшего размера с черным квадратом на Raspberry Pi
.
• А резистор 560 Ом
• Белый светодиод диаметром 3 мм (3 мм) на макете

Это также можно использовать с двумя разными схемами:

• Во-первых, схематическое изображение, иллюстрирующее концептуальную компоновку того, как электронные компоненты и источники питания / заземления на Raspberry Pi подключаются к Cobbler.
• Во-вторых, схема, демонстрирующая концептуальную компоновку того, как с помощью Cobbler источник питания 5 В (вольт) может быть подключен к электронному компоненту резистора 560 Ом (Ом), а затем к положительной анодной ножке светоизлучающего диода. (LED), затем от отрицательной катодной ножки светодиода к источнику заземления для замыкания цепи, тем самым создавая источник белого света.

Прежде чем переходить к шагам, перечисленным ниже, просмотрите эти видео-демонстрации практического процесса и описания деталей.

Ступеньки

Выполните следующие действия, чтобы выполнить это упражнение. Вам настоятельно рекомендуется сделать это с одним или двумя другими людьми, которые одновременно работают над своими собственными инструментами. Помимо первого шага, на котором вы смотрите видео (стиль «один раз посмотрите, сделайте один раз»), один человек должен выполнять работу на практике, в то время как другой (и) наблюдают, работают, чтобы определить еще / еще не моменты, и проводите исследования, чтобы облегчить движение вперед. После того, как первый человек достигнет определенной точки, согласованной участниками сотрудничества, другой (ие) выполнит те же шаги при поддержке первого лица.Таким образом реализуется парное программирование.

1. Выньте необходимые детали из ящика для инструментов.
   
2. Подсоедините Cobbler к макетной плате, ряды D и H столбца 63 к столбцу 44.
3. Подсоедините 40-контактный ленточный провод из ленточного кабеля к Cobbler, а белый провод подсоедините к контакту 3V3, контакт № 1, на Cobbler.
   
4. Снимите прозрачную крышку корпуса Raspberry Pi.
   
5. Подключите другой конец 40-контактного ленточного кабеля к GPIO Raspberry Pi, при этом белый провод должен быть обращен к более короткой стороне, на которой размещен контакт №1 3V3.
   
6. Подключите красный штыревой провод к штырю 5V, прикрепленному к колонке 63. Красный провод можно подключить к ряду A или B. Другой конец подсоедините к ближайшей красной шине.
7. Подключите черный штыревой провод к штырю заземления, прикрепленному к колонке 61. Черный провод можно подключить к ряду A или B. Подключите другой конец к ближайшей синей шине.
   
8. Подключите оранжевый штекер к штыревому проводу к контакту 3V3, прикрепленному к столбцу 63. Оранжевый провод должен быть подключен к ряду J.Подключите другой конец к ближайшему красному мужчине.
9. Подключите черный штекер к штыревому проводу к контакту заземления, прикрепленному к колонке 59. Оранжевый провод должен быть подключен к ряду J. Подключите другой конец к ближайшей синей шине.
10. Установите прозрачную крышку на верхнюю часть корпуса Raspberry Pi.
11. Согните более длинную анодную ножку светодиода так, чтобы она была на одном уровне с более короткой катодной ножкой.
12. Подключите более длинную анодную ножку светодиода к столбцу 37, ряд B, а более короткую катодную ножку светодиода – к столбцу 36, ряд B.
    
13. Возьмите синюю перемычку «папа – папа». Подключите один конец к столбцу 36, ряд A. Подключите другой конец к синей шине заземления.
    
14. Плотно согните две ножки резистора 560 Ом. На резисторе должны быть зеленые, затем синие, затем коричневые полосы, а за ними должна быть золотая полоса допуска. Подключите одну ногу резистора 560 Ом к красной шине 5 В, а другой конец – к столбцу 37, ряд A.
    
15. Вставьте кабель питания Micro USB в Raspberry Pi. Подключите шнур питания со стороной 120 или 240 В к подходящему источнику, например к сетевой розетке или удлинителю.
    
16. Убедитесь, что светодиод горит правильно. Используйте руководство по устранению неполадок в следующем разделе, чтобы обдумать дальнейшие действия.

Основные выводы

В этом упражнении мы вошли в первое ученичество, создав платформу для быстрого прототипирования, используя микрокомпьютер Raspberry Pi в качестве источника питания и заземления, а также используя макетную плату в качестве базового инструмента для физического прототипирования. Для этого мы собрали вместе несколько проводов, таких как перемычки «папа-папа» и 40-контактный ленточный кабель, состоящий из отдельных проводов.Чтобы протестировать эту платформу, мы собрали вместе два электронных компонента, резистор и светодиод, чтобы обеспечить буквальное освещение платформы.

В дополнение к этим техническим навыкам мы стремились привнести развитие нескольких социально-эмоциональных навыков, включая способность общаться и сотрудничать с другими, используя стратегию «один раз увидеть, один раз сделать, один раз научить» с использованием парного / тройного программирования и, возможно, начал исследовать, как неудача служит важным шагом в разработке проекта, то есть мышлением, направленным на неудачу.

Есть много способов конструировать и создавать электронные артефакты. Это может быть сделано как частные лица, работающие в личных интересах. Это может быть сделано в качестве отдельных лиц, работающих в качестве экспертов, чтобы служить другим, рассматриваемым в широком смысле. Это можно сделать, если люди будут работать в качестве экспертов, чтобы более стратегически служить другим. Это может быть сделано в группах случайным образом или в стратегическом партнерстве, чтобы служить внутренним или внешним. Это может быть сделано как практическое сообщество способами, которые включают вклад целого ряда заинтересованных сторон.И это можно сделать многими другими способами.

• Как вы работали над этим первым практическим упражнением по книге с электроникой?
• Как я и другие работали над разработкой этого упражнения? Как это повлияло на вашу работу с электроникой? Кто еще повлиял на вашу работу?
• Что делает светодиод и резистор электронными компонентами? Что делает провода, Cobbler и макетные проводники частями, которые поддерживают электронные компоненты ?

Дизайн-мышление ведет нас от вдохновения к идеям, повторениям и обратно.Итерации обычно выполняются с помощью графических чертежей, моделей и электрических прототипов, часто с использованием макетов. Отказ является обычным явлением и обычно остается нормой от итерации к итерации в течение длительного периода.

Чтобы добиться положительного результата, наши итерации дают нам возможность обнаружить, как наши вдохновения и идеи не совпадают с нашим прошлым и текущим прототипом итераций. Другими словами, итерации помогают нам увидеть, насколько одна часть, большая часть или все наши дизайнерские идеи не соответствуют требованиям.Это помогает вдохновлять на лучшие идеи, а иногда даже и на новые идеи, что в конечном итоге приводит к лучшим итерациям – по крайней мере, для нас в данном контексте тестирования.

Позвольте мне сказать это еще раз: попытки и неудачи не являются обязательными. Это норма. Общая альтернатива неудачам – отсутствие улучшений.

Принятие неудач как нормальной, активной, постоянной части того, что мы делаем, приводит нас к неудачам, которые способствуют росту и улучшению самих себя, а когда это делается с учетом функционального разнообразия и культурного богатства сообщества, – также и к улучшению других.Поступая таким образом, мы создаем высокоэффективное сообщество практикующих специалистов.

Итак, предположим, что светодиод не загорелся в последнем упражнении, или что он сгорел в последнем упражнении, или что он не загорится в следующем упражнении. Почему бы нет? Что произошло?

Люди и другие, не относящиеся к человеческим существам люди вокруг нас обладают широким спектром аналоговых чувств, таких как зрение, слух, осязание и обоняние. Это прекрасный ресурс в процессе устранения неполадок. Эти аналоговые сенсоры обеспечивают непрерывно изменяемую физическую величину, такую ​​как длина волны видимого света.Это контрастирует с цифрами 0 и 1, которые обычно представляют значения физического качества, обеспечиваемые цифровыми измерениями.

Внесение наших наблюдений через эти аналоговые, постоянно изменяющиеся органы чувств в процесс критического мышления помогает нам создать план для проверки ряда возможностей. Выполнение этого плана по шагам помогает нам продолжить цикл наблюдения, мышления, планирования и действий. Это сердце и душа обучения, основанного на запросах, поскольку мы сотрудничаем в парах и небольших группах посредством диалога.

На протяжении всей оставшейся части упражнений в этой книге и по мере того, как вы работаете над собственными конструкторскими работами, применяя полученные знания на практике, обязательно широко, желательно задокументированно, пользуйтесь этими основами поиска и устранения неисправностей. Заманчиво попробовать это несколько раз и двигаться дальше, потому что устранение неполадок в текущих упражнениях становится второй натурой. Этот опыт служит возможностью для обучения, но существует риск того, что обучение превратится в скрытое знание, которое не сможет полностью помочь вам, когда вы столкнетесь с будущими проблемами.

Действительно, именно по этой причине эта книга была написана с использованием лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike. Мы надеемся, что вы добавите аннотации, примечания к страницам и ремиксы для себя и других, чтобы использовать их в качестве источников для собственных проектов дизайнерского мышления. Мы надеемся, что появившиеся в результате вдохновения, идеи, итерации и неудачи будут способствовать дальнейшему улучшению нас самих, тех, кто находится в нашем сообществе практики, и тех, кому мы служим с помощью наших творческих работ.

Сделай что-нибудь новое!

Для некоторых это ваше первое путешествие в электронные схемы.Вы Doing Something New через устранение неисправностей электронных схем и отказываться вперед!

Для других, возможно, у вас уже есть жизненный опыт работы с электронными схемами. Для вас это не новость. Но если вы вообще похожи на меня, некоторые из этих работ стали механическими, а лежащие в основе термины, концепции и принципы скрыли знание. Для вас Doing Something New может быть работой по повторному запоминанию кодов электронной рулевой рубки. И, выходя за рамки, возможно, это обнаружение некоторых социальных влияний, которые сформировали ненейтральные аспекты строгих законов физики внутри.

Для всех, вероятно, по крайней мере, некоторые аспекты коллективного лидерства, опроса сообщества, рефлексии действий, процесса поиска информации и парного / тройного программирования для вас в новинку. Сделайте что-нибудь новое.

В последнем упражнении мы использовали резистор 560 Ом в нашей цепи светодиода. Обеспечивая небольшое сопротивление прохождению электрического тока, мы помогаем оставаться в оптимальных верхних и нижних границах протекания тока для обозначенного светодиода.В то время как некоторые светодиоды имеют большую устойчивость к неоптимальному току, протекающему через них, у других меньше. И у большинства источников электроэнергии есть некоторые увеличения и уменьшения тока в пределах заданного напряжения в зависимости от условий в данный момент. Резисторы – важное средство уравновесить это.

Для большей части нашей работы подойдет резистор 560 Ом. Но для более поздних интегральных схем мы будем использовать резистор 10 000 Ом (обычно указывается как 10 кОм). Давайте посмотрим, как концептуально сравнивается 3-миллиметровый белый светодиод с резистором 560 Ом с резистором 10 кОм.

Каждая из двух цепей светодиодов спроектирована как автономные цепи, работающие параллельно. То есть, если бы металлический провод от источника питания 5 В к резистору 560 Ом каким-то образом был перерезан, мощность все равно перетекала бы в цепь резистор 10 кОм – светодиод – заземление, которую мы собираемся построить. Или наоборот, если провод к резистору 10 кОм был разрезан, а провод резистора 560 Ом остался нетронутым – цепь резистор 560 Ом – светодиод – заземление останется под напряжением.

ПРИМЕЧАНИЕ. Не стесняйтесь оставлять Raspberry Pi подключенным к источнику питания Raspberry Pi.Также не стесняйтесь оставлять под напряжением первую 3-миллиметровую светодиодную цепь и гореть светодиод.

Перед тем, как перейти к шагам, рекомендуется просмотреть видео полностью «один раз».

Ступеньки

Вам снова настоятельно рекомендуется проделать это с одним или двумя другими людьми в качестве упражнения по программированию пары / тройки, в котором один выполняет практические действия, а другой читает инструкции, анализирует работу и ищет дополнительные ресурсы для поддержки. сотрудничества, ориентированного на отказ, с установкой на рост.

1. Согните более длинную анодную ножку второго белого светодиода диаметром 3 мм, чтобы выровнять длину нижней стороны ножки, а также определить эту ножку для более короткой катодной ножки.
2. Подключите более длинную анодную ножку светодиода к столбцу 28, ряд B, а более короткую катодную ножку светодиода – к колонке 27, ряд B.
   
3. Подсоедините синюю вилку к мужскому проводу. Подключите один конец к столбцу 27, ряд A. Это столбец, связанный с катодной ножкой светодиода. Другой конец подсоедините к синей заземляющей шине.
   
4. Найдите и плотно согните две ножки резистора 10 кОм (он должен быть коричневого, черного и оранжевого цвета, а затем должна быть золотая полоса допуска).
   
5. Наконец, подключите одну ногу резистора 10 кОм к красной шине 5 В, а другой конец – к столбцу 28, ряд A.
   
6. Теперь вы должны увидеть, как светодиод загорится, но его яркость будет отличаться от яркости с резистором 560 Ом. Давайте рассмотрим, что мы обнаружили, и некоторые возможные причины, почему:
   

Основные выводы

Для этого упражнения было принято решение расположить два светодиода на расстоянии 9 столбцов друг от друга, но соединить их в одни ряды.Тот же самый 5-вольтовый источник питания был использован через всю верхнюю красную рейку. Ключевым отличием было то, что ток изменялся с помощью двух разных резисторов Ом.

• Является ли свет от двух разных светодиодов одинаковым или разным? Если то же самое, то почему? Если другое, то почему?
• По каким причинам, вы можете подумать, мы решили расположить светодиоды, резисторы и провода так, как мы это сделали, чтобы настроить выполнение этого действия?
• Каким образом мы могли бы сделать это по-другому и тем самым создать для вас лучший способ выполнить это задание?

Мы сравнили яркость светодиодов с помощью резистора 560 Ом и резистора 10 кОм.Теперь давайте проверим разницу между схемой, использующей источник питания на 3,3 В и резистор 560 Ом, и схемой с нашим обычным источником питания на 5 В.

Ступеньки

Как показано на концептуальной схеме выше, теперь будет три автономных параллельных контура. Используя схему ниже, реализуйте схему, показанную на схеме, добавив третий белый светодиод диаметром 3 мм в строку H, столбцы 18 (анодная ножка) и 19 (катодная ножка). Подключите резистор 560 Ом к столбцу 18, ряду I, и к красной шине питания 3V3.И, наконец, подключите штекер 6 дюймов к штекеру провода к столбцу 19, ряд I, и к нижней синей шине заземления.

Основные выводы

Для этого упражнения было принято решение расположить два светодиода на расстоянии 9 столбцов друг от друга, но соединить их в одни ряды. Тот же самый 5-вольтовый источник питания был использован через всю верхнюю красную рейку. Ключевым отличием было то, что ток изменялся с помощью двух разных резисторов Ом.

• Чем яркость этого третьего светодиода отличается от яркости первых двух светодиодов? Что вызывает эту разницу, если она есть?
• Что вы можете изменить, чтобы яркость этого светодиода была такой же, как у первого, не перемещая его на макетной плате? Второй светодиод?

Это всего лишь первый взгляд на электронные схемы и некоторые способы практической работы над дизайном и прототипированием новых схем.По мере того, как мы проходим через Orange Unit и за его пределами, впереди еще много всего. А пока уделите несколько минут быстрой проверке понимания некоторых ключевых терминов и концепций схем, которые мы использовали до сих пор.

Проверка понимания

Электробезопасность: системы и устройства

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как работают различные современные средства безопасности в электрических цепях, уделяя особое внимание тому, как используется индукция.

Электричество имеет две опасности. термическая опасность возникает при электрическом перегреве. Опасность поражения электрическим током возникает, когда электрический ток проходит через человека. Обе опасности уже обсуждались. Здесь мы сосредоточимся на системах и устройствах, предотвращающих опасность поражения электрическим током. На рисунке 1 показана схема простой цепи переменного тока без каких-либо средств безопасности. На практике власть распределяется не так. Для современной бытовой и промышленной электропроводки требуется трехпроводная система , схематично показанная на рисунке 2, которая имеет несколько функций безопасности.Во-первых, это знакомый автоматический выключатель (или предохранитель ) для предотвращения тепловой перегрузки. Во-вторых, это защитный кожух вокруг прибора, такого как тостер или холодильник. Функция безопасности кейса заключается в том, что он предотвращает прикосновение человека к оголенным проводам и электрический контакт с цепью, помогая предотвратить удары.

Рис. 1. Схема простой цепи переменного тока с источником напряжения и одиночным устройством, представленное сопротивлением R .В этой цепи нет функций безопасности.

Рис. 2. Трехпроводная система соединяет нейтральный провод с землей в источнике напряжения и в местоположении пользователя, заставляя его быть на нулевом вольт и обеспечивая альтернативный обратный путь для тока через землю. Корпус прибора также заземлен до нуля вольт. Автоматический выключатель или плавкий предохранитель защищает от тепловой перегрузки и включен последовательно на активный провод (под напряжением / под напряжением). Обратите внимание, что цвета изоляции проводов различаются в зависимости от региона, и важно проверить на месте, какие цветовые коды используются (и даже если они соблюдались при конкретной установке).

Имеется , , три соединения с землей или заземлением. (далее именуемое «земля / земля»), показанные на рисунке 2. Напомним, что соединение «земля / земля» представляет собой путь с низким сопротивлением непосредственно к земле. Два соединения “земля / земля” на нулевом проводе и заставляют его быть на нулевом вольт относительно земли, давая этому проводу свое название. Таким образом, к этому проводу безопасно прикасаться, даже если его изоляция, обычно белая, отсутствует. Нейтральный провод – это обратный путь для тока, по которому следует замкнуть цепь.Кроме того, два заземляющих соединения обеспечивают альтернативный путь через землю, хороший проводник, для замыкания цепи. Ближайшее к источнику питания соединение заземления может быть на электростанции, а другое – у пользователя. Третье заземление подключается к корпусу устройства через зеленый заземляющий провод , в результате чего на корпусе также должно быть нулевое напряжение. под напряжением или под напряжением (далее именуемый «под напряжением / под напряжением») подает напряжение и ток для работы прибора.На рис. 3 показан более наглядный вариант того, как трехпроводная система подключается через трехконтактную вилку к прибору.

Рис. 3. Стандартная трехконтактная вилка может быть вставлена ​​только одним способом, чтобы обеспечить правильную работу трехпроводной системы.

Примечание о цветовой кодировке изоляции: изоляционный пластик имеет цветовую кодировку для обозначения токоведущих / горячих, нейтральных и заземляющих проводов, но эти коды различаются во всем мире. Провода под напряжением / под напряжением могут быть коричневыми, красными, черными, синими или серыми. Нейтральный провод может быть синим, черным или белым.Так как один и тот же цвет может использоваться для живого / горячего или нейтрального в разных частях мира, важно определить цветовой код в вашем регионе. Единственным исключением является заземляющий провод, который часто бывает зеленого цвета, но может быть желтым или просто оголенным. Полосатые покрытия иногда используются для дальтоников. Трехпроводная система заменила старую двухпроводную систему, в которой отсутствует заземляющий провод. В обычных условиях изоляция на токоведущем / горячем и нейтральном проводах предотвращает попадание корпуса непосредственно в цепь, так что заземляющий провод может казаться двойной защитой.Однако заземление корпуса решает несколько проблем. Самая простая проблема – это изношенная изоляция на проводе под напряжением / под напряжением, которая позволяет ему контактировать с корпусом, как показано на рисунке 4. Отсутствие заземления (некоторые люди отрезают третий контакт вилки, потому что у них только устаревшие розетки с двумя отверстиями. ), возможно сильное потрясение. Это особенно опасно на кухне, где хорошее соединение с землей обеспечивается за счет воды на полу или водопроводного крана. При неповрежденном заземлении срабатывает автоматический выключатель, и прибор требует ремонта.Почему некоторые приборы все еще продаются с двухконтактными вилками? Они имеют непроводящие корпуса, такие как электроинструменты с ударопрочными пластиковыми корпусами, и называются с двойной изоляцией . Современные двухконтактные вилки можно вставить в стандартную асимметричную розетку только одним способом, чтобы обеспечить правильное подключение токоведущих / горячих и нейтральных проводов.

Рис. 4. Изношенная изоляция позволяет находящемуся под напряжением / горячему проводу непосредственно контактировать с металлическим корпусом этого устройства. (a) Разрыв заземления, человек сильно поражен электрическим током.В этой ситуации прибор может работать нормально. (b) При правильном заземлении срабатывает автоматический выключатель, вызывая ремонт прибора.

Электромагнитная индукция вызывает более тонкую проблему, которая решается путем заземления корпуса. Переменный ток в приборах может вызвать на корпусе ЭДС. При заземлении напряжение на корпусе поддерживается близким к нулю, но если корпус не заземлен, может произойти сотрясение, как показано на рисунке 5. Ток, создаваемый наведенной ЭДС корпуса, называется током утечки , хотя ток не обязательно переходите от резистора к корпусу.

Рис. 5. Переменный ток может вызвать ЭДС на корпусе прибора. Напряжение может быть достаточно большим, чтобы вызвать поражение электрическим током. Если корпус заземлен, наведенная ЭДС поддерживается близкой к нулю.

A прерыватель замыкания на землю (GFI) – это устройство безопасности, используемое в обновленной электропроводке кухни и ванной комнаты, которое работает на основе электромагнитной индукции. GFI сравнивают токи в токоведущем / горячем и нейтральном проводах. Когда токи под напряжением / под напряжением и токи нейтрали не равны, это почти всегда потому, что ток в нейтрали меньше, чем в проводе под напряжением / под напряжением.Затем часть тока, также называемого током утечки, возвращается к источнику напряжения по пути, отличному от нейтрального провода. Предполагается, что этот путь представляет опасность, например, как показано на рисунке 6. GFI обычно устанавливаются на прерывание цепи, если ток утечки превышает 5 мА, допустимый максимальный безвредный удар. Даже если ток утечки безопасно идет на землю / землю через неповрежденный провод заземления, GFI сработает, что приведет к устранению утечки.

Рисунок 6.Прерыватель замыкания на землю (GFI) сравнивает токи в токоведущем / горячем и нейтральном проводах и срабатывает, если их разница превышает безопасное значение. Здесь ток утечки следует опасному пути, который можно было бы предотвратить с помощью неповрежденного провода заземления.

На рисунке 7 показано, как работает GFI. Если токи в проводе под напряжением / под напряжением и нулевом проводе равны, то они вызывают в катушке равные и противоположные ЭДС. В противном случае сработает автоматический выключатель.

Рис. 7. GFI сравнивает токи, используя их для наведения ЭДС в одной и той же катушке.Если токи равны, они будут вызывать равные, но противоположные ЭДС.

Другим индукционным предохранительным устройством является изолирующий трансформатор , показанный на рисунке 8. Большинство изолирующих трансформаторов имеют одинаковое входное и выходное напряжение. Их функция заключается в создании большого сопротивления между исходным источником напряжения и управляемым устройством. Это предотвращает полное замыкание между ними даже в показанных обстоятельствах. Через прибор проходит полный контур.Но не существует полной цепи для прохождения тока через человека на рисунке, который касается только одного из выходных проводов трансформатора, и ни один из выходных проводов не заземлен. Прибор изолирован от исходного источника напряжения за счет высокого сопротивления материала между катушками трансформатора, отсюда и название «разделительный трансформатор». Чтобы ток прошел через человека, он должен пройти через материал с высоким сопротивлением между катушками, через провод, человека и обратно через землю – путь с таким большим сопротивлением, что током можно пренебречь.

Рис. 8. Изолирующий трансформатор создает большое сопротивление между исходным источником напряжения и устройством, предотвращая замыкание между ними.

Представленные здесь основы электробезопасности помогают предотвратить многие поражения электрическим током. Электробезопасность может быть достигнута и на большей глубине. Например, существуют проблемы, связанные с различными соединениями заземления для устройств, находящихся в непосредственной близости. Многие другие примеры можно найти в больницах. Например, пациенты, чувствительные к микрошоку, нуждаются в особой защите.У этих людей токи до 0,1 мА могут вызвать фибрилляцию желудочков. Заинтересованный читатель может использовать представленный здесь материал как основу для дальнейшего изучения.

Сводка раздела

• Системы и устройства электробезопасности используются для предотвращения опасности перегрева и поражения электрическим током.
• Автоматические выключатели и предохранители прерывают чрезмерные токи для предотвращения термических опасностей.
• Трехпроводная система защищает от перегрева и поражения электрическим током за счет использования проводов под напряжением / горячим, нейтралью и заземления / заземления, а также заземления нейтрального провода и корпуса устройства.
• Прерыватель замыкания на землю (GFI) предотвращает удар, обнаруживая потерю тока в непреднамеренных путях.
• Изолирующий трансформатор изолирует устройство, запитанное от исходного источника, также для предотвращения поражения электрическим током.
• Многие из этих устройств используют индукцию для выполнения своей основной функции.

Концептуальные вопросы

1. Предотвращает ли пластиковая изоляция на проводах под напряжением / под напряжением опасность поражения электрическим током, тепловую опасность или и то, и другое?
2. Почему обычные автоматические выключатели и предохранители не защищают от ударов?
3. GFI может отключиться только потому, что подключенные к нему провода под напряжением / током и нейтраль значительно различаются по длине.Объяснить, почему.

Задачи и упражнения

1. Integrated Concepts Короткое замыкание на заземленный металлический корпус прибора происходит, как показано на Рисунке 9. Человек, дотрагивающийся до корпуса, является влажным и его сопротивление относительно земли / земли составляет всего 3,00 кОм. а) Какое напряжение на корпусе, если через человека протекает 5,00 мА? (b) Каков ток короткого замыкания, если сопротивление заземляющего провода составляет 0,200 Ом? (c) Сработает ли это прерыватель цепи на 20,0 А, питающий устройство?

Рисунок 9.Человек может быть поражен электрическим током, даже если корпус прибора заземлен. Большой ток короткого замыкания создает напряжение на корпусе прибора, поскольку сопротивление заземляющего провода не равно нулю.

Глоссарий

термическая опасность:

термин, обозначающий опасность поражения электрическим током из-за перегрева

опасность поражения электрическим током:

термин, обозначающий опасность поражения электрическим током из-за прохождения тока через человека

трехпроводная система:

система электропроводки, используемая в настоящее время по соображениям безопасности, с проводами под напряжением, нейтралью и заземлением

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 15,0 В (б) 75,0 А (в) да

Цепи и ток электричества | Передача энергии в электрических системах

Вероятно, вы уже знакомы с компонентами электрической цепи из предыдущих классов. Вы помните, что у нас есть особый способ рисования компонентов цепи на электрической схеме? У каждого компонента есть свой символ.

Рассмотрим подробнее источники энергии в электрических цепях.

Ячейки

Электрические элементы являются источником энергии для электрической цепи.Откуда эта энергия?

Внутри клетки находится ряд химикатов. Эти химические вещества хранят потенциальной энергии . Когда ячейка находится в замкнутом контуре, химические вещества вступают в реакцию друг с другом. В результате электронам дается потенциальная энергия, необходимая им для начала движения по цепи. Когда электроны движутся, они обладают как потенциальной, так и кинетической энергией. Электрический ток – это движение электронов по проводящим проводам.

Ячейки бывают разных размеров. Ячейки разного размера обеспечивают электрическую цепь разным количеством энергии. Типы ячеек, которые вы будете использовать в игрушках, фонариках и других небольших приборах, варьируются по размеру от AAA, AA, C, D до 9-вольтных размеров. Элементы AAA, AA, C и D обычно имеют номинальное напряжение 1,5 В, но элементы большего размера имеют большую емкость. Это означает, что более крупные клетки прослужат дольше, прежде чем станут «плоскими». Клетка становится плоской, когда она больше не может поставлять энергию посредством своих химических реакций.

Батареи разного размера.

Когда мы покупаем элементы в магазине, их обычно называют батареями. Это может немного сбивать с толку, потому что на самом деле батарея состоит из двух или более ячеек, соединенных вместе. Поэтому, когда мы ссылаемся на батарею на принципиальных схемах, нам нужно нарисовать две или более ячейки, соединенные вместе.

Это задание – хорошая возможность как для групповой, так и для индивидуальной работы.Учащиеся могут проводить исследования в группе, а затем писать свои абзацы индивидуально. Разные учащиеся в одной группе могут иметь разные центры утилизации, расположенные ближе всего к месту их проживания. Вы можете оценить как качество их письменного ответа, так и точность их информации.

Неработающие аккумуляторы нельзя выбрасывать в мусорные баки. Их нужно утилизировать.

ИНСТРУКЦИЯ:

Узнайте, почему батареи нельзя выбрасывать в обычные мусорные баки.Напишите абзац, чтобы объяснить, почему.

---

---

---

---

---

---

Батареи содержат токсичные химические вещества, которые могут просачиваться в почву и загрязнять окружающую среду. Разные батареи содержат разные вещества. Свинцово-кислотные батареи, используемые в легковых и других транспортных средствах, особенно вредны для окружающей среды.

Узнайте, где можно утилизировать аккумуляторы в вашем районе.Запишите подробные сведения о центре (ах), ближайшем к вашему месту жительства.

---

---

Этот ответ будет полностью зависеть от того, где живет ученик. В некоторых районах будет практически нет доступа к специализированным пунктам сбора, но в большинстве магазинов Pick ‘n Pay, Spar и Woolworths теперь есть контейнеры для утилизации аккумуляторов, и в стране есть различные компании, которые также предлагают эту услугу.Большинство городских свалок также перерабатывают батареи отдельно.

Резисторы

Что такое резисторы? Чтобы разобраться, что это такое, давайте сначала вспомним о проводниках и изоляторах.

Мы специально изучаем электричество, поэтому теперь мы можем говорить о электрических проводниках и изоляторах .Электрический проводник – это вещество, которое позволяет электрическому заряду проходить через него. Изолятор – это вещество, которое не позволяет электрическому заряду проходить через него.

Вспомните нашу модель металлической проволоки и то, как электроны могут перемещаться по ней. Металлический провод – проводник электричества. Запишите некоторые материалы, не проводящие электричество.

---

---

Некоторые материалы, не проводящие электричество, – это пластик, стекло и керамика.

Как вы думаете, почему большинство проводящих проводов окружено пластиком?

---

Это связано с тем, что пластик является электрическим изолятором и поэтому изолирует провод.

Резисторы немного того и другого. Они позволяют электронам проходить через них, но не облегчают задачу. Говорят, что противостоят движению электронов.Следовательно, резисторы влияют на электрический ток в цепи.

Принесите в школу чайник, чтобы учащиеся могли видеть элемент внутри чайника. Также используйте большую лампу накаливания, чтобы показать им нить накаливания в лампе в качестве примера резисторов.

Но зачем нам сопротивляться движению электронов? Резисторы могут быть чрезвычайно полезными. Подумайте о чайнике.Если вы заглянете внутрь, то увидите большую металлическую катушку.

Заглядывая внутрь чайника.

Эта металлическая спираль является нагревательным элементом. Если вы включите чайник, элемент нагревается и нагревает воду. Элемент представляет собой большой резистор. Когда электроны проходят через резистор, они затрачивают много энергии на преодоление сопротивления. Эта энергия передается окружающей среде в виде тепла. Это тепло полезно для нас, так как нагревает нашу воду.

Первый электрический свет был сделан в 1800 году человеком по имени Хэмфри Дэви.Он изобрел электрическую батарею, и когда он подключил к ней провода и кусок углерода, углерод засветился, как углеродный резистор, производящий свет.

Изобретатель Томас Эдисон экспериментировал с тысячами различных материалов резисторов, пока в конце концов не нашел подходящий материал, чтобы лампочка светилась более 1500 часов.

Хороший пример использования резисторов – лампочки.Давайте подробнее рассмотрим различные части лампочки, чтобы увидеть, как она работает.

Постарайтесь приготовить несколько ламп накаливания, чтобы учащиеся могли подержать их и посмотреть. В качестве дополнения вы можете попросить учащихся изучить использование аргона, а не обычного воздуха в качестве газа внутри лампочки. Аргон используется потому, что он является инертным газом и предотвращает окисление нити накала, тем самым продлевая срок ее службы.

Вопросы этого задания будут обсуждаться и отвечать на них в процессе их выполнения в классе. Учащиеся могут не знать ответов, но после обсуждения того, как с ними работает электрическая лампочка, они должны написать свои собственные ответы.

Лампа накаливания.

МАТЕРИАЛЫ:

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Если у вас есть лампочки, внимательно изучите различные детали, в противном случае посмотрите фотографии, представленные здесь.
2. Прочтите информацию о том, как работает лампочка, и определите пронумерованные детали.
3. Ответьте на следующие вопросы.

Лампа накаливания означает излучение света в результате нагрева.

Схема частей лампочки.

Как работает лампочка.

Лампочка представляет собой герметичный закрытый стеклянный корпус (номер 1).В основании лампы находятся два металлических контакта (цифры 7 и 10), которые подключаются к концам электрической цепи. Металлические контакты прикреплены к двум жестким проводам (номера 3 и 4).

Эти провода прикреплены к тонкой металлической нити. Посмотрите на лампочку. Можете ли вы идентифицировать нить накала? Это номер 2 на диаграмме. Нить накала сделана из вольфрамовой проволоки. Это элемент с высоким сопротивлением.

ВОПРОСЫ:

Когда электроны движутся через нить накала, они испытывают высокое сопротивление.Это означает, что они передают большую часть своей энергии нити накала, когда проходят через нее. Энергия передается окружающей среде в виде тепла и яркого света. Опишите передачу энергии в этой лампочке.

---

Электрическая энергия передается в тепло и свет.

Какова полезная выходная энергия и каковы потери энергии в этой лампочке?

---

Свет – это полезная мощность, а тепло – потерянная мощность.

Вы видите, что нить свернута в спираль? Как вы думаете, почему это так? Обсудите это со своим классом и учителем.

---

ПРИМЕЧАНИЕ: Это дополнительный вопрос, так как учащиеся будут рассматривать только факторы, влияющие на сопротивление позже, поэтому обсудите это в классе.Это сделано для того, чтобы вольфрам большей длины поместился в небольшом пространстве, чтобы увеличить сопротивление и, следовательно, яркость лампы.

Нить накала закреплена на стеклянной ножке (номер 5). Есть два небольших опорных троса, чтобы удерживать нить (номер 6). Как вы думаете, почему стебель сделан из стекла?

---

Стекло – это электрический изолятор, поэтому он не проводит электричество, и весь ток проходит через нить накала.

Внутренняя часть цоколя лампы сделана из изоляционного материала. Это желтая часть, обозначенная цифрой 8. С внешней стороны металлический проводящий колпачок, к которому прикреплен провод под номером 7. Почему прикреплен провод? на 7 контактирует с металлическим проводящим колпачком?

---

---

Это сделано для того, чтобы электрический ток мог проходить через электрический контакт под номером 10, а затем через провод под номером 7, который касается внутренней части металлического изоляционного колпачка.

Если в классе у вас есть лампа, вкрутите лампу в лампу и включите ее, чтобы наблюдать за свечением нити накала и за тем, как она нагреется.

Ссылка в поле «Посетить» представляет собой интерактивное руководство и набор заданий и викторин для проверки электрических цепей и принципиальных схем.

Сопротивление, которое вещество оказывает цепи, измеряется в омах (Ом). Если мы хотим использовать резисторы для управления током, нам нужно знать величину сопротивления. На фото показано несколько распространенных резисторов.

Некоторые общие резисторы.

Вы видите, что на резисторах есть полосы разного цвета? Это не только для того, чтобы они выглядели приятными для глаз. Цветные полосы на самом деле являются кодом, который сообщает нам сопротивление резистора.У нас также есть резисторы, в которых мы можем сами регулировать сопротивление. Это называется переменным резистором.