Чем больше напряжение тем меньше ток: Чем больше ток тем меньше напряжение – Чем больше сила тока тем больше напряжение, верно?

Содержание

Чем больше напряжение электрического тока, тем он опаснее для человека

С детского сада нас учат: в электрической розетке ток высоко­го напряжения и, засунув туда палец или что-нибудь железное, мы рискуем навсегда покинуть этот мир.

Поэтому у современного человека вырабатывается стойкое убеждение о том, что чем выше напряжение электрического тока, тем более он опасен для чело­века. С одной стороны, это верно, а с другой — нет, потому что необходимо учитывать не только напряжение, но и силу тока.

Электрический ток, текущий в любых проводниках или средах, характеризуется двумя основными характеристиками: напряжением (разностью потенциалов) и силой тока. Необходимо заметить, что у тока гораздо больше параметров, но именно его сила и напряжение имеют важное практическое значение, так что чаще всего говорят именно о них.

Сила тока — это количество заряда (или пропорциональное количество электронов), прошедшее через поперечное сечение проводника за определенное время. Как известно,

сила тока из­меряется в амперах — эта единица измерения названа в честь французского ученого Андре-Мари Ампера, изучавшего электри­ческие явления в начале XIX века.

Напряжение тока — это разность электрических потенциалов, заставляющая электроны двигаться по проводнику. Вообще, определение понятия «напряжение» гораздо сложнее, но в общем случае напряжение показывает, какую по величине работу может совершить электрическое поле при переносе электрического заряда. Эта единица названа в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, фактически заложившего на рубеже XVIII-XIX ве­ков основу науки об электричестве.

Эти две величины — сила тока и напряжение — взаимосвязаны, и в любом источнике тока или проводнике есть и ток, и на­пряжение. Тесную связь между ними в начале XIX века установил немецкий физик Георг Ом — сейчас она известна нам как закон Ома. Закон гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Именно из-за закона Ома и нельзя говорить о том, что при повышении напряжения электрический ток становится бо­лее опасным для человека. Да, часто это именно так и бывает, но далеко не всегда — мы сталкиваемся со случаями, когда даже напряжение в 10 000 вольт не наносит никакого вреда, о чем будет сказано дальше.

Интересно, что в розетке, к которой ничего не подключено, никакого тока нет — есть только напряжение. Это естественно вытекает из закона Ома — пока два проводника не соединены, между ними бесконечно большое сопротивление, а значит, бесконечно малый ток. Но ток потечет сразу же, как проводни­ки соединятся друг с другом или через электрический прибор. И чем меньше сопротивление, тем больше будет ток, а напряжение будет оставаться неизменным.

Сопротивление человеческого тела может меняться от 200-300 до 15 000-20 000 и более ом (все зависит от влажности, температуры окружающей среды, даже от эмоционального состояния), поэтому при контакте с током напряжением 220 вольт через разные части тела может пробегать ток силой от тысячных до десятых долей ампера.

Установлено, что человек начинает чувствовать воздействие тока силой от 0,001 ампер, токи в 0,01-0,05 ампер уже являются опасными, а ток выше 0,05 ампер может привести к смерти. Что касается напряжений, то опасность представляют величины от 40 вольт. Однако при некоторых условиях и 10-15 вольт могут стать смертельными, поэтому, например, в лабораториях или учебных классах используют ток напряжением 12 вольт.

Как говорилось выше, иногда высокие напряжения оказываются совершенно безопасными для человека. Нетрудно догадать­ся, что это может случиться при очень малых токах и больших сопротивлениях. Например, известные всем пьезокристаллы (применяющиеся в зажигалках или в устройствах поджига в газовых плитах) могут создавать напряжение в десятки тысяч вольт, однако их действие на человека сводится лишь к кратковременному уколу. Все дело в том, что через искру при высоком напряжении протекает ток в миллионные доли ампера, а связано это с кратковременностью процесса — искра «живет» считанные доли секунды.

Подводя итог, можно сказать, что не всегда корректно говорить о том, что при повышении напряжения ток становится бо­лее опасным для человека. В некоторых условиях опасным может стать напряжение 10-15 вольт; и, напротив, токи напряжением 10 000 вольт могут не наносить абсолютно никакого вреда, потому что всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока.

От чего зависит сопротивление

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на нем. Это значит, что с увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Однако при одинаковом напряжении, но использовании разных проводников сила тока различна. Можно сказать по-другому. Если увеличивать напряжение, то хотя сила тока и будет увеличиваться, но везде по-разному, в зависимости от свойств проводника.

Зависимость силы тока от напряжения для данного конкретного проводника представляет собой сопротивление этого проводника. Оно обозначается R и находится по формуле R = U/I. То есть сопротивление определяется как отношение напряжения к силе тока. Чем больше сила тока в проводнике при данном напряжении, тем меньше его сопротивление. Чем больше напряжение при данной силе тока, тем больше сопротивление проводника.

Формулу можно переписать по отношению к силе тока: I = U/R (закон Ома). В таком случае нагляднее, что чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Можно сказать, что сопротивление как бы мешает напряжению создавать большую силу тока.

Само сопротивление является характеристикой проводника. Оно не зависит от поданного на него напряжения. Если будет подано большое напряжение, то изменится сила тока, но не изменится отношение U/I, т. е. не изменится сопротивление.

От чего же зависит сопротивление проводника? Оно зависти от

  • длины проводника,
  • площади его поперечного сечения,
  • вещества, из которого изготовлен проводник,
  • температуры.

Чтобы связать вещество и его сопротивление, вводится такое понятие как удельное сопротивление вещества. Оно показывает, какое будет сопротивление в данном веществе, если проводник из него будет иметь длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2. Проводники такой длины и толщины, изготовленные из разных веществ, будут иметь разные сопротивления. Это связано с тем, что у каждого металла (чаще всего именно они являются проводниками) своя кристаллическая решетка, свое количество свободных электронов.

Чем меньше удельное сопротивление вещества, тем лучшим проводником электрического тока оно является. Маленьким удельным сопротивлением обладают, например, серебро, медь, алюминий; куда большее у железа, вольфрама; очень большое у различных сплавов.

Чем длиннее проводник, тем большее сопротивление он имеет. Это становится понятно, если принять во внимание, что движению электронов в металлах мешают ионы, составляющие кристаллическую решетку. Чем их больше, т. е. чем длиннее проводник, тем больше у электрона шанс замедлить свой путь.

Однако увеличение площади поперечного сечения делает как бы дорогу шире. Электронам легче течь и не сталкиваться с узлами кристаллической решетки. Поэтому чем толще проводник, тем его сопротивление меньше.

Таким образом, сопротивление прямо пропорционально зависит от удельного сопротивления (ρ) и длины (l) проводника и обратно пропорционально зависит от площади (S) его поперечного сечения. Получаем формулу сопротивления:

R = ρl/S

В этой формуле на первый взгляд не отражается зависимость сопротивления проводника от его температуры. Однако удельное сопротивление вещества меряется при определенной температуре (обычно 20 °C). Поэтому температура учитывается. Для вычислений удельные сопротивления берут из специальных таблиц.

Для металлических проводников чем больше температура, тем сопротивление больше. Это связано с тем, что при повышении температуры ионы решетки начинают сильнее колебаться и больше мешать движению электронов. Однако в электролитах (растворах, где заряд несут ионы, а не электроны) с повышением температуры сопротивление уменьшается. Здесь это связано с тем, что чем выше температура, тем больше происходит диссоциация на ионы, и они быстрее двигаются в растворе.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Ом

Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).

По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.

Давайте представим, что у нас есть источник питания  с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.

Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока — тоесть 0,5 Ампера.
Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24  Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.

Схема зависимости силы тока от сопротивления нагрузки


Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого.  При такой нагрузке в источнике питания скорее всего сгорит предохранитель, возможно такой источник питания даже сгорит сам в условиях перегрузки.

По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.

Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.

Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)

Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука…. Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт  (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.
Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.

Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.

Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).

Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.

Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.

 


Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.

Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.

— Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи
— вы можете отдельно менять  Вольтаж и сопротивление
— обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.

Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.

п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя — помните о параллельном и последовательном соединении).

!!! Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки  протеканию электрического тока.
 

Сила тока — Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как «сила тока«. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг  — это провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет  в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

 

где

I — собственно сила тока, Амперы

N — количество электронов

t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq  — это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt — тот самый промежуток времени, секунды

I — сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅1018 электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅1018 электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока  — это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам,  Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову — это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу — это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум — это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе — это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет «протащить» через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его «порвет», то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель

Как только сила тока через тонкий проводок  предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели,  через которые «бегут» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

 

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм2 . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

 

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы — амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который  может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое «сила тока».

Основы радиотехники — электрическое сопротивление. Simpleinfo – все сложное простыми словами!

26 Декабря 2016

5745

И так, мы теперь знаем, как протекает электрический ток. Рассмотрели что такое сила и напряжение тока.
Еще раз  повторим:
Сила тока. Условное обозначение: I. Измеряется в амперах (А).
Напряжение тока. Условное обозначение: U. Измеряется в вольтах (В).

Давайте рассмотрим пример, замкнутой цепи:

наведите или кликните мышкой, для анимации

Если вы заметили, на этот раз мы добавили в цепь «нагрузку». Нагрузкой может быть любое устройство или элемент (например: лампочка, электродвигатель и т.д.). В этой замкнутой цепи, мы наблюдаем электрический ток, то есть движение заряженных частиц.
А так же есть, какие-то количественные показатели силы тока и напряжения.

При движение через проводник, заряженные частицы встречают сопротивление. Отсюда мы получаем новую для нас величину – сопротивление проводника или электрическое сопротивление.

Исходя из этого, сопротивление проводника – это физическая величина, которая характеризует свойство проводника препятствовать проводить электрический ток. Более простыми словами это величина, которая мешает проводить электрический ток.
Условное обозначение сопротивления: R.
Единица измерения сопротивления – это Ом.

Сопротивление проводника зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения. Так же на сопротивление материала может повлиять окружающая среда (температура, свет и т.д.)

Давайте рассмотрим как взаимосвязаны сила тока, напряжение и сопротивление в замкнутой цепи. Мы видим как протекает ток по проводнику через нагрузку, цепь замкнутая. Сопротивление проводника на всем участке одинаковая, а сопротивление нагрузки отличается, оно выше чем у проводника. То есть движению заряженных частиц, в нагрузке препятствии больше, чем в проводнике.

Обратим внимание на движению частиц через проводник и нагрузку:

наведите или кликните мышкой, для анимации

Можно отметить, что движущихся частиц, через поперечное сечение нагрузки (за определенное время), проходит меньше, чем через проводник. Другими словами, чем больше сопротивление тем меньше сила тока. Что такое сила тока, мы рассмотрели в предыдущей статье.

Обратную картинку можно наблюдать с напряжением, сила с которой происходит движение частиц больше на участке нагрузки, чем в проводнике. Из этого мы получаем, что чем больше сопротивление, тем больше напряжение на участке этой нагрузке:

наведите или кликните мышкой, для анимации

Зависимость тока и напряжения от сопротивления нагрузки в последующих статьях будут рассмотрены подробнее.


Закон Ома | Физика

В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи,— сила тока I, напряжение U и сопротивление R. Между этими величинами существует определенная связь. Закон, выражающий эту связь, был установлен в 1827 г. немецким ученым Г. Омом и поэтому носит его имя.

Выделим в произвольной электрической цепи участок, обладающий сопротивлением R и находящийся под напряжением U (рис. 37). Согласно закону Ома:
Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению.

Математически закон Ома записывается в виде следующей формулы:

I = U/R      (14.1)

Закон Ома позволяет установить, что будет происходить с силой тока на участке цепи при изменении его сопротивления или напряжения.

1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке. Увеличив (или уменьшив) напряжение в несколько раз, мы во столько же раз увеличим (или уменьшим) силу тока.

Проиллюстрируем эту закономерность на опыте. Соберем электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа (рис. 38, а). В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В. Измеряя силу тока в цепи при разных напряжениях, можно убедиться в том, что она действительно пропорциональна напряжению.

2. При неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нем.

Для проверки этой закономерности заменим в используемой цепи лампу на магазин сопротивлений (рис. 38, б). Измеряя силу тока при разных сопротивлениях, мы увидим, что сила тока I и сопротивление R действительно находятся в обратно пропорциональной зависимости.

При уменьшении сопротивления сила тока возрастает. Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.

Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.

На законе Ома основан экспериментальный способ определения сопротивления. Из формулы (14.1) следует, что

R = U/I      (14.2)

Поэтому для нахождения сопротивления R участка цепи надо измерить на нем напряжение U, затем силу тока I, после чего разделить первую из этих величин на вторую. Соответствующая этому схема цепи изображена на рисунке 39.

Если, наоборот, известны сопротивление R и сила тока I на участке цепи, то закон Ома позволяет рассчитать напряжение U на его концах. Из формулы (14.1) получаем

U = IR     (14.3)

Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.

Опубликовав книгу, в которой излагался открытый им закон «Теоретические исследования электрических цепей», Георг Ом написал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьяньей любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Мир действительно оказался для него злым, и уже через год после выхода его книги в одном из журналов появилась статья, в которой работы Ома были подвергнуты уничтожающей критике. «Тот, кто благоговейными глазами взирает на вселенную,— говорилось в статье,— должен отвернуться от этой книги, являющейся плодом неисправимых заблуждений, преследующих единственную цель — умалить величие природы».

Злобные и безосновательные нападки на Ома не прошли бесследно. Теорию Ома не приняли. И вместо продолжения научных исследований он должен был тратить время и энергию на полемику со своими оппонентами. В одном из своих писем Ом написал: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения».

Но это были временные трудности. Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».

??? 1. Сформулируйте закон Ома. 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах? 3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи? 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка? 6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока? 7. Объясните причину короткого замыкания в ситуациях, изображенных на рисунке 40.

опаснее для человека Вольты или Амперы

Всем известно, что электричество опасно для здоровья и жизни людей. Об этом рассказывают в школе, на это указывают предупреждающие надписи та высоковольтных трансформаторах «Опасно для жизни, высокое напряжение!» и на розетках «220В».

Однако в ПТБЭЭП и других нормативных документах кроме напряжения указывается опасный ток. Даже УЗО и дифференциальные автоматы защищают не от попадания человека под напряжение, а от протекания через него тока, превышающего ток уставки. Так что же представляет бОльшую опасность и что убивает ток или напряжение?

Как возникает ток и напряжение

Для ответа на вопрос, что убивает ток или напряжение, необходимо разобраться, к каким физическим явлениям относятся эти термины. Несмотря на то, что они связаны между собой, это два разных понятия.

Что такое электрический ток

Согласно школьному курсу физики и Теоретическим Основам Электротехники (ТОЭ) электрическим током называется направленное движение электрических частиц. В металлах это электроны, а в жидкостях, в том числе организме человека, ионы солей, кислот и щелочей. Именно поэтому дистиллированная вода является изолятором.

Единицей измерения является 1 Ампер. Это около 6,24 × 1018 электронов, протекающих через проводник за 1 секунду.

Интересно! Воздействие токов небольшой величины применяются в медицине в установках УВЧ и для лечения некоторых заболеваний.

Что такое напряжение

Электрическое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками или проводами. Этот потенциал приводит в движение заряженные частицы и вызывает появление электрического тока в проводнике. Говоря об опасном токе и напряжение для человека чаще всего подразумевается один из проводов и заземление.

При наличии только одного контакта разность потенциалов и напряжение отсутствует. Именно поэтому птицы могут сидеть на высоковольтных проводах, а сама линия электропередач монтируется так, чтобы исключить одновременное прикосновение пернатых к двум проводам или к проводу и опоре.

Отличие между током и напряжением

Различие между током и напряжением проще всего показать на примере водопровода и водонапорной башни. В данной системе аналогом напряжения является высота башни и давление в системе, а ток — это поток воды в трубах.

Чем выше башня и давление (напряжение) и больше сечение (меньше электрическое сопротивление), тем больше поток воды (ток).

Кроме того, напряжение как потенциал может существовать неопределённо долго, а ток протекает только при замкнутой цепи между точками с различным потенциалом.

Справка! Мощность электроприбора рассчитывается произведением тока и напряжения.

Воздействие тока и напряжения на организм

Для появления тока к проводнику необходимо подать напряжение и ток тем больше, чем оно выше. С точки зрения электротехники тело человека является раствором солей и других химических веществ в воде и ток, протекающий через него, так же подчиняется этому правилу, определяющему, что убивает человека сила тока или напряжение.

Протекание через организм человека электрического тока оказывает различные виды негативных воздействий:

  • термическое — нагрев организма по пути протекания, а при большой величине тока ожоги;
  • электролитическое — различные химические реакции в крови и биологических жидкостях;
  • биологическое — раздражение нервных окончаний в коже и других органах;
  • механическое — разрывы, вывихи и расслоения тканей из-за электродинамического эффекта.

Сами электротравмы делятся на общие, при которых поражается весь организм, и местные, при которых негативному воздействию подвергаются только отдельные участки кожи и ожоги глаз ультрафиолетовым излучением электрической дуги.

От чего зависит степень поражения

То, какое напряжение и ток опасны для жизни, зависит от различных факторов, главный из которых электрическое сопротивление кожи. Если её поверхность сухая и чистая, то сопротивление при напряжении 5-10В составляет около 100кОм, а при намокании оно падает до 1кОм. Его так же уменьшают порезы и царапины. Сопротивление внутренних органов 0,5-1кОм.

Сопротивление тела падает, а протекающий через организм ток растёт при увеличении напряжения, продолжительности воздействия, плохом состоянии здоровья и других факторах. При совпадении всех негативных факторов оно может понизиться до 0,8кОм.

Кроме напряжения степень поражения зависит так же от длительности и пути прохождения тока через организм. Самым опасным является путь прохождения тока рука-рука и рука-ноги, при которых ток проходит через область груди.

Чем выше напряжение и ток, тем меньше относительно безопасное время его протекания:

  • 65В — 1с;
  • 220В — 0,1с.

При более продолжительном нахождении человека под напряжением возрастает вероятность фибрилляции желудочков сердца с его последующей остановкой. В этом случае спасти жизнь пострадавшему могут только искусственное дыхание и непрямой массаж сердца.

Важно! Реанимационные действия производятся только после освобождения человека от воздействия электричества.

Опасный ток и напряжение для человека

Величина опасного для здоровья и жизни тока зависит, прежде всего, от рода тока — постоянный или переменный:

  • Постоянный ток менее опасен, ощущается при 12мА. Взявшись рукой за провод, находящийся под напряжением, его можно самостоятельно отпустить при токе до 25мА, остановка дыхания наступает при 110мА.
  • Переменный ток промышленной частоты более опасен. Ощущается при 0,6мА, причиняет боль при 15мА, при 50мА останавливается дыхание, смертельным является ток 90мА.
  • Переменный ток высокой частоты. Распространяется по поверхности тела, вызывает ожоги кожи, но не повреждает внутренние органы.

Самым высоким сопротивлением обладает верхний ороговевший слой сухой кожи. При низких напряжениях он составляет 40-100кОм, но при повышении происходит электрический пробой изоляции и сопротивление тела падает до 1кОм.

Оно так же понижается во влажных помещениях, поэтому максимально-допустимое напряжение в парных и саунах составляет 12В.

Понизить сопротивление поверхности тела может так же находящиеся на ней пот, загрязнения и другие факторы, в результате опасным может быть напряжение 50В. Поэтому питание переносных светильников ограничено величиной 36В.

При рассмотрении вопроса, что убивает сила тока или напряжение, необходимо учесть, что статическое электричество, за исключением специальных установок типа «лейденской банки» совершенно безопасно.

В бытовых условиях человек с ним сталкивается при ношении шерстяного свитера или поглаживании кошки. Его величина может достигать 35кВ, но из-за малой величины заряда ощущается как кратковременный укол. Это относится так же к пьезоподжигу в карманных зажигалках.

Вывод

Как видно из статьи, ответ на вопрос, что убивает ток или напряжение, не является однозначным. С одной стороны, без напряжения электрический ток отсутствует, а с другой стороны, само по себе высокое напряжение не опасно и при разомкнутой цепи, в том числе через тело человека, ток отсутствует.

Поэтому, несмотря на то, что убивает именно ток, опасным является высокое напряжение.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Передача электроэнергии при высоком напряжении

От побережья к побережью электричество передается по высоковольтным линиям электропередачи, чтобы обеспечить электроэнергией наши дома. В некоторых частях сети в Соединенных Штатах электричество передается с напряжением до 500 000 вольт. Потребность в высоком передающем напряжении возникает, когда необходимо передать большое количество энергии на большое расстояние.

Почему высокое напряжение

Основная причина того, что мощность передается при высоком напряжении, заключается в повышении эффективности.Поскольку электричество передается на большие расстояния, в пути возникают потери энергии. Передача высокого напряжения сводит к минимуму потери мощности при перетекании электричества из одного места в другое. Как? Чем выше напряжение, тем меньше ток. Чем меньше ток, тем меньше потери сопротивления в проводниках. А когда потери сопротивления малы, потери энергии также малы. Инженеры-электрики учитывают такие факторы, как передаваемая мощность и расстояние, необходимое для передачи, при определении оптимального напряжения передачи.

Есть также экономическая выгода, связанная с передачей высокого напряжения. Более низкий ток, который сопровождает передачу высокого напряжения, снижает сопротивление проводников, поскольку электричество течет по кабелям. Это означает, что тонкие и легкие провода можно использовать для передачи на большие расстояния. В результате нет необходимости проектировать опоры передачи, чтобы выдерживать вес более тяжелых проводов, которые были бы связаны с большим током. Эти соображения делают передачу высокого напряжения на большие расстояния экономичным решением.

Рынок высокого напряжения

Быстро растущий рынок возобновляемых источников энергии сыграл особенно большую роль на рынке высокого напряжения в последние годы. По мере того, как появляется все больше возобновляемых источников локального производства электроэнергии, спрос на передачу высокого напряжения будет продолжать расти.

В Соединенных Штатах замена и модернизация существующей инфраструктуры передачи, а также добавление новых мощностей генерации и передачи являются ключевыми движущими силами для рынка высокого напряжения.

О Beta

Beta Engineering спроектировала и построила множество высоковольтных проектов по всей стране. Мы специализируемся на EPC-услугах для проектов распределительных устройств с элегазовой изоляцией (GIS), распределительных устройств и подстанций, FACTS и линий передачи высокого напряжения. Взгляните на избранные проекты из нашего портфолио, чтобы узнать больше о решениях EPC, которые может предоставить вам бета-версия.

ток — Электроны идут в сторону более высокого или более низкого напряжения?

Я чувствую, что Томас Эдисон действительно меня облажал, убедив всех, что ток — это движение положительных зарядов.

Пока мы «проясняем ситуацию», давайте будем очень осторожны с нашим языком.

Ток — это движение зарядов, как отрицательных, так и положительных.

Ток, также известный как обычный ток (поскольку его направление является условным), определяется как течь в направлении движения положительных зарядов и противоположном направлению движения отрицательных зарядов.

В любой данной среде может быть несколько видов частиц, которые несут заряд и могут двигаться, и поэтому могут вызывать ток.

В воде ионы OH и H 3 O + могут перемещаться.
Однако во льду может двигаться только H + .
В растворе сульфата меди [Cu (H 2 O) 6 ] 2+ и SO 4 2- подвижны.
В полупроводниках дырки 1 и некоторые электроны, способны двигаться
В металлах некоторые электроны могут двигаться свободно.
В полностью развитой плазме все электроны и голые ядра могут двигаться.

Когда вы выполняете анализ сетки цепи, вы помечаете сетку стрелками текущего направления. Это можно сделать произвольно, и решение скажет вам, положительный или отрицательный ток. В любой нетривиальной сетке вам придется складывать и вычитать токи, и это будет верно независимо от того, какое соглашение вы используете для направления обычного тока.

Электроны переходят от высокого напряжения к низкому или от низкого к высокому?

Если под «высоким напряжением» вы подразумеваете «более положительное напряжение», то мобильный электрон будет иметь тенденцию перемещаться к высоковольтному электроду, как и все другие носители отрицательного заряда.Подвижные носители положительного заряда перемещаются к менее положительному электроду. Так, например, при электролизе сульфата меди медный анод растворяется, когда ионы меди движутся к катоду.


1 Дырка — это такая же квантово-механическая частица, как и электрон, у нее есть масса, скорость, импульс и заряд. Я не говорю, что это частица, просто если вы моделируете электрон как частицу для целей проводимости, тогда та же модель подходит для дыры.

Согласно закону Ома, I V, но I 1 / V в уравнении мощности.Как?

In I = V / R, ток прямо пропорционален напряжению, но ток обратно пропорционален напряжению в P = VI?

Это еще один запутанный вопрос, который чаще всего задают на собеседованиях по электротехнике и электронике.

Согласно закону Ома, ток увеличивается при увеличении напряжения (I = V / R), но Ток уменьшается при увеличении напряжения согласно формуле (P = VI). Как объяснить?

и.е.

  • Согласно закону Ома: I ∝ V (ток, прямо пропорциональный напряжению. I = V / R)
  • Согласно формуле мощности: I ∝ 1 / V (ток обратно пропорционален напряжению. I = P / V)

Короче говоря, согласно закону Ома (V = IR или I = V / R), который показывает, что ток прямо пропорционален напряжению, но согласно P = VI или I = P / V, он показывает, что ток равен обратно пропорционально напряжению.

Давайте проясним путаницу, связанную с утверждением.

P = V x I

На самом деле, это зависит от того, как вы увеличиваете параметры, то есть увеличиваете ли вы напряжение, сохраняя мощность источника постоянной или она меняется.

  • Если мощность источника постоянна, ток будет уменьшаться при увеличении напряжения.
  • Если вы не заботитесь о мощности и просто замените батарею на новую с более высокой номинальной мощностью, это может увеличить ток при увеличении напряжения, так как мощность перестает быть постоянной i.е. мощность также была увеличена.

В случае трансформатора, когда напряжение увеличивается, ток уменьшается, потому что мощность остается постоянной, т.е. мощность на обеих сторонах равна P = VI (без учета коэффициента мощности: Cos θ).

В = I x R

По закону Ома ток (I) прямо пропорционален напряжению (В), если сопротивление (R) и температура остаются постоянными.

Согласно формуле мощности, в ней говорится, что ток обратно пропорционален напряжению, если мощность остается прежней.

  • P = V x I
  • I = P / V
  • В = P / I

Как мы уже знаем, в повышающем трансформаторе, если напряжение увеличивается, ток уменьшается там, где мощность такая же (поскольку трансформатор только повышает или понижает значение тока и напряжения и не меняет значение сила). Точно так же напряжение уменьшается при увеличении тока в понижающем трансформаторе.

Та же история и с генерирующей станцией, где выработка электроэнергии постоянна.Если мощность на стороне генерации улучшится, увеличатся как ток, так и напряжение.

Вкратце:

  • Если мощность постоянна = Напряжение обратно пропорционально току то есть В ∝ 1 / I в P = VxI .
  • Если сопротивление и температура постоянны: Напряжение прямо пропорционально току , т. Е. В I в В = IxR .

Это точная причина, по которой , согласно закону Ома, ток прямо пропорционален напряжению, но обратно пропорционален формуле напряжения в мощности.

Связанные вопросы / ответы:

Закон

Ома (снова!) | Электробезопасность

Распространенная фраза в отношении электробезопасности звучит примерно так: « Убивает не напряжение, а ток ! «Хотя в этом есть доля правды, об опасности поражения электрическим током нужно понимать больше, чем эта простая пословица. Если бы напряжение не представляло опасности, никто бы никогда не распечатал и не вывесил надписи: ОПАСНО — ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!

Принцип «убивает текущее» по сути верен.Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть доступное напряжение, чтобы побудить ток протекать через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.

Принимая закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выражая его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получаем следующее уравнение:

Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками этого тела, деленному на электрическое сопротивление, оказываемое телом между этими двумя точками.Очевидно, что чем больше напряжения доступно для протекания тока, тем легче он будет проходить через любое заданное сопротивление.

Следовательно, существует опасность высокого напряжения, которое может генерировать ток, достаточный для получения травмы или смерти. И наоборот, если тело имеет более высокое сопротивление, меньший ток будет протекать при любом заданном напряжении. Насколько опасно напряжение, зависит от общего сопротивления цепи, препятствующего прохождению электрического тока.

Сопротивление тела не является фиксированной величиной.Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже метод измерения содержания жира в организме, основанный на измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног.

Различное процентное содержание жира в организме обеспечивает разное сопротивление: одна переменная влияет на электрическое сопротивление в организме человека. Чтобы методика работала точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.

Сопротивление тела также зависит от того, как происходит контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от ступни к ступне, от руки к локтю и т. Д. Пот, богатый солью и минералами. , являясь жидкостью, является отличным проводником электричества. То же самое и с кровью с таким же высоким содержанием проводящих химикатов.

Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.

Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю примерно 1 миллион Ом (1 МОм) на руках, держась за металлические щупы измерителя между пальцами.Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я плотно сжимал щупы, и большее сопротивление, когда я держу их свободно.

Сижу за компьютером и печатаю эти слова, мои руки чистые и сухие. Если бы я работал в жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, представляя меньшее сопротивление смертоносному току и большую опасность поражения электрическим током.

Насколько опасен электрический ток?

Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов.Химический состав тела человека оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольное сокращение мышц из-за разряда статического электричества.

Другие могут получать большие искры от разряда статического электричества и почти не ощущать его, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, с помощью тестов были разработаны приблизительные руководящие принципы, которые показывают, что для проявления вредных эффектов требуется очень небольшой ток (опять же, информацию об источнике этих данных см. В конце главы).

Все текущие значения даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампера):

Таблица воздействия электричества на тело

«Гц» означает блок Гц . Это мера того, насколько быстро изменяется переменный ток, иначе известный как частота . Таким образом, столбец цифр, обозначенный «60 Гц переменного тока», относится к току, который изменяется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда ток течет в одном направлении, а затем в другом) в секунду.

Последний столбец, обозначенный «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) возвратно-поступательных циклов каждую секунду.

Имейте в виду, что эти цифры являются приблизительными, поскольку люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному. Было высказано предположение, что поперечный ток через грудную клетку всего 17 мА переменного тока достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большинство наших данных относительно индуцированной фибрилляции получены в результате испытаний на животных.Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях непрактично, поэтому имеющиеся данные отрывочны.

Да, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины, как правило, более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины! Предположим, я положил руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов в секунду). Какое напряжение потребуется на этой чистой сухой коже, чтобы получить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Чтобы определить это, мы можем использовать закон Ома:

E = IR E = (20 мА) (1 МОм) E = 20000 вольт, или 20 кВ

Имейте в виду, что это «лучший случай» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности, и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка.Чтобы вызвать болезненный шок, потребуется гораздо меньше! Кроме того, имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно отличаться от человека к человеку, и что эти расчеты являются приблизительными только оценками.

Обрызгав пальцы водой для имитации пота, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17 000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что это касается только одного пальца каждой руки, касающегося тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 мА, мы получим эту цифру:

E = IR E = (20 мА) (17 кОм) E = 340 В

В этих реальных условиях потребуется всего 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать ток 20 миллиампер.Тем не менее, все же возможно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При условии значительно более низкого показателя сопротивления тела, увеличенного за счет контакта с кольцом (полоса золота, обернутая по окружности пальца, является отличной точкой контакта для поражения электрическим током) или полного контакта с большим металлическим предметом, таким как труба или металл рукоятки инструмента, сопротивление корпуса может упасть до 1000 Ом (1 кОм), в результате чего даже более низкое напряжение может представлять потенциальную опасность.

E = IR E = (20 мА) (1 кОм) E = 20 В

Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы произвести ток в 20 миллиампер через человека; достаточно, чтобы вызвать столбняк. Помните, было высказано предположение, что сила тока всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашной в 1000 Ом для создания этого опасного состояния потребуется всего 17 вольт.

E = IR E = (17 мА) (1 кОм) E = 17 В

Семнадцать вольт — это не очень много для электрических систем. Конечно, это «наихудший» сценарий с напряжением переменного тока 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он действительно показывает, насколько низкое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.

Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, не должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа при контакте с золотым кольцом).Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего крепче держать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта.

То, что начинается как легкий шок — ровно настолько, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить — может перерасти в нечто достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а сила тока соответственно увеличивается.

Research предоставило приблизительный набор цифр для электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):

  • Провод, касающийся пальцем: от 40 000 Ом до 1 000 000 Ом в сухом состоянии, от 4 000 Ом до 15 000 Ом во влажном состоянии.
  • Провод, удерживаемый рукой: от 15 000 Ом до 50 000 Ом в сухом состоянии, от 3 000 Ом до 5 000 Ом во влажном состоянии.
  • Плоскогубцы по металлу, удерживаемые вручную: от 5000 Ом до 10 000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 3000 Ом во влажном состоянии.
  • Контакт с ладонью: от 3000 Ом до 8000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 2000 Ом во влажном состоянии.
  • 1,5-дюймовая металлическая труба, взятая одной рукой: от 1000 Ом до 3000 Ом в сухом состоянии, от 500 Ом до 1500 Ом во влажном состоянии.
  • 1,5-дюймовая металлическая труба, удерживаемая двумя руками: от 500 Ом до 1500 кОм в сухом состоянии, от 250 Ом до 750 Ом во влажном состоянии.
  • Рука погружена в токопроводящую жидкость: от 200 Ом до 500 Ом.
  • Нога погружена в токопроводящую жидкость: от 100 Ом до 300 Ом.

Обратите внимание на значения сопротивления для двух условий с 1,5-дюймовой металлической трубой. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления, когда одна рука держит трубу.

Двумя руками площадь соприкосновения с телом вдвое больше, чем с одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях.Если держать трубу двумя руками, ток будет иметь два параллельных пути, по которым протекает от трубы к телу (или наоборот).

Как мы увидим в более поздней главе, параллельных пути цепи всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.

В промышленности 30 вольт обычно считается консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен рассматривать любое напряжение выше 30 вольт как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от поражения электрическим током.Тем не менее, при работе с электричеством все же отличной идеей является держать руки чистыми и сухими и снимать все металлические украшения.

Даже при более низком напряжении металлические украшения могут представлять опасность, поскольку проводят ток, достаточный для ожога кожи, при контакте между двумя точками цепи. Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких ожогов пальцев из-за замыкания между точками в низковольтной и сильноточной цепи.

Кроме того, напряжение ниже 30 может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятное ощущение, которое может вызвать вздрагивание и случайное соприкосновение с более высоким напряжением или другую опасность.Я вспоминаю, как однажды жарким летним днем ​​работал над автомобилем.

На мне были шорты, моя голая нога касалась хромового бампера автомобиля, когда я затягивал соединения аккумулятора. Когда я прикоснулся металлическим ключом к положительной (незаземленной) стороне 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в том месте, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей вспотевшей кожи позволило почувствовать шок всего лишь с 12 вольт электрическим потенциалом.

К счастью, ничего плохого не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не ноге, я мог бы рефлекторно толкнуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора (производя большой ток через гаечный ключ с большим количеством сопутствующих искр).

Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; этот электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас подпрыгивать или спазмировать части вашего тела в опасную для вас сторону.

Ток, проходящий через человеческое тело, имеет значение, насколько он опасен. Ток будет влиять на все мышцы, находящиеся на его пути, а поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, пути удара, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и смертельного исхода.

Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать с цепями под напряжением, находящимися под напряжением, только одной рукой, а вторую руку держать в кармане, чтобы случайно ни к чему не прикоснуться. Конечно, всегда безопаснее работать в цепи, когда она отключена, но это не всегда практично или возможно.

Для работы одной рукой правая рука обычно предпочтительнее левой по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), и сердце обычно находится слева от центра в грудной полости. .

Для левшей этот совет может быть не лучшим. Если такой человек недостаточно скоординирован с правой рукой, он может подвергнуть себя большей опасности, используя руку, с которой ему меньше всего комфортно, даже если электрический ток, протекающий через эту руку, может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность между сотрясением одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки для работы лучше всего оставить на усмотрение человека.

Лучшая защита от ударов цепи под напряжением — это сопротивление, а сопротивление может быть добавлено к телу с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи является функцией доступного напряжения, деленного на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены друг с другом, так что есть только один путь для прохождения тока:

Теперь мы рассмотрим эквивалентную схему для человека в изолированных перчатках и ботинках:

Поскольку электрический ток должен проходить через ботинок и корпус и перчатку, чтобы замкнуть цепь обратно к батарее, общая сумма ( сумма ) этих сопротивлений противодействует протеканию тока в большей степени, чем любое другое. сопротивлений рассматривается индивидуально.

Безопасность — одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и тем или иным предметом, который может с ним контактировать.

К сожалению, было бы непомерно дорого изолировать проводники линии электропередач с недостаточной изоляцией для обеспечения безопасности в случае случайного контакта. Таким образом, безопасность обеспечивается за счет того, что эти стропы должны быть достаточно далеко вне досягаемости, чтобы никто не мог случайно их коснуться.

ОБЗОР:

  • Вред для тела зависит от силы электрического тока. Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи. Сопротивление противостоит току, поэтому высокое сопротивление является хорошей защитой от ударов.
  • Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные электрические токи.
  • Металлические украшения определенно плохо носить при работе с электрическими цепями.Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают отличный электрический контакт с вашим телом и сами могут проводить ток, достаточный для возникновения ожогов кожи даже при низком напряжении.
  • Низкое напряжение может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы напрямую вызвать поражение электрическим током. Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее отпрянуть и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
  • Когда необходимо работать с «живым» контуром, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).

Не забудьте воспользоваться нашим калькулятором закона Ома.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Почему высокое напряжение означает низкий ток?

Спрашивает: г-н Мухаммад Харви
Оценка: 4.5 / 5 (55 голосов)

Основная причина того, что мощность передается при высоком напряжении, — это для повышения эффективности . … Чем выше напряжение, тем меньше ток. Чем меньше ток, тем меньше потери сопротивления в проводниках.А когда потери сопротивления малы, потери энергии также малы.

Чем выше напряжение, тем больше ток?

Сводка по напряжению, току и сопротивлению

В линейной схеме с фиксированным сопротивлением, если мы увеличиваем напряжение, ток возрастает, и аналогично, если мы уменьшаем напряжение, ток падает. Это означает, что , если напряжение высокое, ток высокий , а если напряжение низкое, то ток низкий.

Может ли низкое напряжение вызывать большой ток?

Если напряжение уменьшается на , ток увеличится примерно в той же пропорции, что и напряжение.Например, уменьшение напряжения на 10% приведет к увеличению силы тока на 10%. … В этом случае у вас уже есть большой ток, поэтому напряжение уже ниже, чем было бы без нагрузки.

Почему большее напряжение означает больший ток?

Закон

Ома гласит, что электрический ток (I), протекающий в цепи, пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R). Следовательно, если напряжение увеличивается, ток будет увеличиваться при условии, что сопротивление цепи не изменится .

Что вызывает высокое напряжение в цепи?

Скачки напряжения

Основная причина этих скачков напряжения в энергосистеме связана с импульсами молнии и импульсами переключения системы . Но перенапряжение в энергосистеме также может быть вызвано нарушением изоляции, замыканием на землю, резонансом и т. Д.

Найдено 39 похожих вопросов

Что произойдет, если напряжение будет слишком высоким?

Сила тока в цепи зависит от подаваемого напряжения: если напряжение слишком высокое, провод может расплавиться, и лампочка «перегорит в реальном времени» .Точно так же другие электрические устройства могут перестать работать или даже загореться, если в цепь будет подано перенапряжение.

Что произойдет, если ток будет слишком высоким?

Если ток слишком велик, тепловые потери могут повредить схему , сжечь резисторы или даже окружающие предметы. Даже со схемами, предназначенными для предотвращения таких ситуаций, могут произойти несчастные случаи, например, когда провода неожиданно касаются друг друга.

Чем больше аккумулятор Ач лучше?

Как правило, батарея с большей емкостью в Ач лучше обеспечивает более высокий ток , что означает большую мощность в ваттах. Автомобильный аккумулятор с более высоким номиналом в Ач обычно обеспечивает больший ток холодного пуска (CCA), в то время как аккумулятор глубокого цикла может обеспечивать средние токи в течение более длительного периода времени.

А усилитель или вольт мощнее?

Проще говоря: вольт (В) равно току (I), умноженному на сопротивление (R)…. Итак, вернемся к тому, что тебя убивает, ампер или вольт. Учитывая, что ваше тело постоянно сопротивляется, на самом деле это комбинация того и другого. Более высокое напряжение означает более высокую силу тока , и, следовательно, более высокое напряжение имеет больший потенциал поражения.

Ток снижает напряжение?

Напряжение напрямую зависит от тока . «R» — это постоянная пропорциональности, показывающая, насколько она изменяется. Если я добавлю в схему резистор, напряжение снизится.Если у вас есть резистор в цепи, через которую протекает ток, на резисторе будет падать напряжение (в соответствии с законом Ома).

Что убивает вас напряжение или ток?

Электрический ток в 1000 вольт не более смертоносен, чем ток в 100 вольт, но крошечные изменения силы тока могут означать разницу между жизнью и смертью, когда человек получает электрошок .

Какое напряжение может выдержать человеческое тело?

Человеческое тело обладает высоким сопротивлением электрическому току, что означает, что без достаточного напряжения опасное количество тока не может проходить через тело и вызывать травмы или смерть. Грубо говоря, более пятидесяти вольт достаточно, чтобы пропустить через тело потенциально смертельный ток.

Какое напряжение безопасного прикосновения?

Безопасное напряжение — это напряжение, которое не вызывает физического удара, обычно менее 36 вольт .

Может ли напряжение быть равным току?

Объяснения здесь таковы; Ток равен мощности, деленной на напряжение (I = P / V). , мощность равна току, умноженному на напряжение (P = VxI), а напряжение равно мощности, деленной на ток (V = P / I). ДЕМОНСТРАЦИЯ НА ПРИМЕРЕ: … Используя формулу «I = P / V» из треугольника, результат: 25/9 = 2,77 ампер.

Напряжение и ток прямо пропорциональны?

Теперь это известно как закон Ома.Один из способов сформулировать закон Ома: « ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален напряжению , при условии, что температура проводника остается постоянной». Следовательно, если сопротивление остается постоянным, удвоение напряжения увеличивает вдвое ток.

В чем разница между высоким напряжением и сильным током?

Ток и напряжение — это два разных, но связанных аспекта электричества.Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками, а ток — это поток электрического заряда через определенный элемент. Напряжение легче описать, сравнив его с водой. …

Сколько ампер в 220 вольтах?

Но если воткнуть такое устройство в 220 В, генерируемый ток составит всего 13,64 ампер (автоматические выключатели не нужны).

Сколько ампер смертельно опасно?

При любой величине тока более 10 миллиампер (0.01 ампер) может вызвать болезненный или сильный шок, токи от 100 до 200 миллиампер (от 0,1 до 0,2 ампер) смертельны.

Сколько вольт смертельно?

Предполагая постоянный ток (в отличие от удара конденсатора или статического электричества), удары выше 2700 вольт часто бывают фатальными, а удары выше 11000 вольт обычно смертельны, хотя были отмечены исключительные случаи.

Могу ли я заменить батарею 12 В 4 Ач на батарею 12 В 5 Ач?

Поскольку размеры 12-вольтовой 5Ач батареи и 12-вольтовой 4Ач батареи абсолютно одинаковы, они взаимозаменяемы. Ампер-часы в основном показывают, сколько энергии держит батарея. Если батарея, которую вы хотите заменить, имеет такое же напряжение и размеры, ее можно заменить другой заменой Ач .

Неужели больше усилителя означает больше мощности?

Пока вы можете потреблять от батареи достаточный ток (в амперах), вы можете получать такое же количество энергии от многих напряжений. Таким образом, теоретически : более высокое напряжение само по себе не означает большей мощности.

На сколько хватит заряда аккумулятора 2,5 Ач?

Разница в том, как долго они могут прослужить.Батарея на 2,5 Ач (ампер-час) теоретически может обеспечить ампер тока на один ампер в течение 2,5 часов, прежде чем разрядится . Батарея на 5 Ач может работать в течение 5 часов и т. Д.

Сильный ток повреждает аккумулятор?

Сильная сила тока может нанести большой вред электронике при неправильном применении, а она может нанести еще больший вред человеку . … Перенапряжение батареи с большим током, чем она должна выдерживать, также может привести к ее вздутию или «вздутию».Повторное использование надутого аккумулятора представляет собой серьезную опасность возгорания.

Сколько тока слишком много?

Любое электрическое устройство, используемое в электрической цепи дома, может при определенных условиях передавать смертельный ток. В то время как любая сила тока более 10 миллиампер (0,01 ампер) способна вызвать болезненный или сильный шок, токи между 100 и 200 мА (0,1 до 0,2 ампер) смертельны.

Сколько напряжения слишком много?

Итог.В идеале среднее напряжение за 24-часовой период должно составлять 120,0 В переменного тока и варьироваться, скажем, от 117 до 123 вольт, или лучше от 118 до 122 вольт, в зависимости от условий питания и нагрузки. Таким образом, напряжение должно быть на выше 120 вольт примерно в половине случаев и ниже 120 вольт в другой половине времени.

Больше напряжения для газонного оборудования лучше?

По мере того, как уход за газонами и OPE (наружное электрооборудование) продолжают переход на более беспроводные продукты, ориентироваться в ландшафте становится непросто.Большие газовые двигатели означают большую мощность. Похоже, что более высокое напряжение батареи — это то, что профессионалы и потребители считают эквивалентным измерением. Однако проблема не так проста. Чтобы разрешить спор, давайте подробнее рассмотрим вольты, амперы и сопротивление.


Вольт и ампер

Ни вольт, ни ампер не описывают мощность сами по себе. Это название относится к ваттам, и расчет довольно прост:

Вольт (В) x Амперы (А) = Ватты (Вт)

Допустим, нам нужно 2200 Вт для работы газонокосилки.Есть несколько способов добраться туда.

  • 36 В x 61,1 A = 2200 Вт
  • 56 В x 39,3 A = 2200 Вт
  • 108 В x 20,4 A = 2200 Вт

Если вы можете потреблять от батареи достаточно тока (ампер), вы можете получить такое же количество мощности из многих напряжений.

Таким образом, теоретически более высокое напряжение само по себе не означает большей мощности.

Краткое примечание о вольтах
Числа напряжения, такие как 40 В, 80 В и 120 В, часто представляют пиковые (максимальные) вольты.Это напряжение, которое вы можете измерить прямо на зарядном устройстве. Как только вы начнете их использовать, они установятся на свое номинальное напряжение: 36 В, 72 В и 108 В. Как только вы это поймете, вы увидите, что 18 В = 20 В максимум, 36 В = 40 В максимум и так далее. В Pro Tool Reviews есть более подробная статья под названием 20V Max Vs 18V: Setting the Record Straight.

Code Embed: Невозможно использовать CODE1 в качестве глобального кода, поскольку он используется для хранения 396 уникальных частей кода в 465 сообщениях

Присоединяйтесь к сопротивлению

Когда энергия достигает двигателя, наше уравнение V x A = W описывает, как он получает большую мощность.Однако сопротивление скручивает уравнение и не дает ему быть простым делом.

Возьмем для примера топливопровод. Более тонкая трубка ограничивает легкость попадания топлива в двигатель. Аналогичная проблема существует и с электрической энергией.

Более тонкая проволока и материалы более низкого качества ограничивают поток электронов. Толстая проволока и материалы более высокого качества позволяют электронам плавно течь. Возможно, вы столкнулись с падением напряжения при использовании слишком тонкого удлинителя на электроинструментах на 15 ампер. Или, возможно, вы заметили, что ваш свет мигает, когда в вашем доме включается кондиционер.

Именно здесь в игру вступает парень по имени Ом . Он отвечает за уравнение сопротивления и за единицу под названием «Ом».

Ом обнаружил, что сопротивление больше влияет на ток (амперы или амперы), чем на напряжение. Если вы попытаетесь передать одно и то же количество энергии через два разных напряжения, более высокое напряжение имеет меньшее сопротивление.

Краткое исследование случая

Вольт 2 / Сопротивление = Ватты
2 / R = W)

или

Ток 2 x Сопротивление = Ватты
(I 2 x R = W)

Примечание. В законе Ома для обозначения тока используется «I», а не «A».

Давайте вернемся к нашему примеру с 56 В и посмотрим, как все меняется, когда мы применяем закон Ома.

56 В x 39,3 A = 2200 Вт

В этом примере сопротивление равно 1,42 Ом. (56 В / 39,3 А = 1,42 Ом)

Увеличение напряжения

Вот что происходит, когда мы увеличиваем напряжение на 20% (67,2 В):

(67,2 В x 67,2 В) / 1,42 Ом = 3180,2 Вт

A Увеличение напряжения на 20% дает увеличение мощности на 44,6% при том же сопротивлении.

Увеличение тока

Теперь вернемся назад и вместо этого увеличим ток на 20%.

47,2 ампер x 47,2 ампер x 1,42 Ом = 3163,5 Вт

Это 20% увеличение тока привело к увеличению мощности на 43,8%. Хотя это и похоже на этот пример, для получения большей выходной мощности требуется большее увеличение тока, чем увеличение напряжения. Однако это еще не все.

Вернуться к обсуждению

Одним из последствий сопротивления является то, что оно имеет штраф за энергию. Система с более высоким напряжением более эффективна, чем система с более низким напряжением, поскольку она испытывает меньшие потери энергии из-за сопротивления при том же количестве потребляемой мощности.

Это все хорошо, но что, если вы можете снизить сопротивление, чтобы обеспечить более эффективную передачу энергии в системах с более низким напряжением?

Можно!

Аккумулятор на 18 В — отличный тому пример. Используя литий-ионные элементы 18650 и технологию стандартных корпусов, эти блоки обеспечивают мощность 800 Вт. Это означает, что производители уверены, что пропускают через него до 44,4 ампер тока и рассчитывают, что он прослужит 3 года или более.

Когда они модернизируют блоки для использования литий-ионных элементов 21700, большее количество медных компонентов и более толстые провода обеспечивают меньшее сопротивление.Теперь эти блоки достигают мощности до 1440 Вт. Вы получаете такое же точное напряжение, но с током 80 ампер. Это на 80% больше энергии!

Теперь удвойте это количество, чтобы покрыть систему на 36 В, и в этом пакете доступно 2 880 Вт — более чем достаточно для нашей газонокосилки на 2200 Вт.

Примечание автора: Типичная домашняя электрическая розетка работает от 120 вольт и 15 ампер. Посчитайте, и вы можете получить только 1800 Вт из вашей домашней розетки. Батареи могут помочь вам продвинуться дальше! Единственным препятствием остается время выполнения.

Не забывайте Емкость аккумулятора

То же уравнение, которое мы используем для мощности, работает и для потенциальной мощности . Просто возьмите номинальное напряжение аккумулятора и умножьте его на общее количество ампер-часов батареи, чтобы получить ватт-часы. Это общее количество энергии в батарее.

  • 18V x 9Ah = 162Wh
  • 36V (40V Max) x 5Ah = 180Wh
  • 56V x 2.5Ah = 140Wh
  • 72V (80V max) x 2,0 Ah = 144 Wh

Фактически возможно иметь больше электричества топливо доступно в системе с более низким напряжением.Конечно, это не всегда так, но теперь у вас есть ключ, чтобы открыть для себя реальный потенциал!

Последние мысли

В целом, более низкое сопротивление систем с более высоким напряжением делает их более электрически эффективными и более простыми в сборке. Системы OPE, которые действительно конкурируют по производительности при более низких напряжениях, должны снижать свое сопротивление за счет более совершенной конструкции аккумуляторных батарей и / или использовать для этого модернизированные литий-ионные элементы.

Дело в том, что на некоторых уровнях легче работать с более высоким напряжением.Само собой разумеется, что вы можете даже отказаться от компонентов более низкого качества, если пойдете по этому пути. Чтобы иметь достаточно мощности, чтобы конкурировать с системами с более высоким напряжением, системы с более низким напряжением должны создавать лучший аккумулятор. По всей видимости, в результате им также придется создать более качественную систему.

Рассматривая доступные варианты, помните, что напряжение — это еще не все. По нашему опыту, аккумуляторные продукты OPE в диапазоне от 36 до 54 В (от 40 до 60 В) обладают достаточной мощностью для выполнения своей работы.Подойдет и более высокое напряжение.

Только не гонитесь за максимально возможным числом.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ — прикладное промышленное электричество

Важность электробезопасности

С помощью этого урока я надеюсь избежать распространенной ошибки, обнаруживаемой в учебниках по электронике, состоящей в игнорировании или недостаточном освещении темы электробезопасности. Я предполагаю, что тот, кто читает эту книгу, хотя бы частично заинтересован в реальной работе с электричеством, и поэтому тема безопасности имеет первостепенное значение.

Еще одно преимущество включения подробного урока по электробезопасности — это практический контекст, который он устанавливает для основных понятий напряжения, тока, сопротивления и проектирования схем. Чем более актуальной будет техническая тема, тем больше вероятность того, что студент обратит внимание и поймет. А что может быть важнее приложения для личной безопасности? Кроме того, поскольку электроэнергия является повседневным явлением в современной жизни, почти любой может ознакомиться с иллюстрациями, приведенными на таком уроке.Вы когда-нибудь задумывались, почему птиц не шокируют, когда они отдыхают на линиях электропередач? Читайте и узнайте!

Физиологические эффекты электричества

Большинство из нас испытали ту или иную форму электрического «шока», когда электричество заставляет наше тело испытывать боль или травму. Если нам повезет, степень этого переживания будет ограничена покалыванием или приступами боли из-за накопления статического электричества, проходящего через наши тела. Когда мы работаем над электрическими цепями, способными передавать большую мощность нагрузкам, поражение электрическим током становится гораздо более серьезной проблемой, а боль — наименее значимым результатом поражения электрическим током.

Поскольку электрический ток проходит через материал, любое противодействие току (сопротивлению) приводит к рассеиванию энергии, обычно в виде тепла. Это самый простой и понятный эффект воздействия электричества на живую ткань: ток заставляет ее нагреваться. Если количество выделяемого тепла достаточно, ткань может обжечься. Эффект носит физиологический характер, такой же, как повреждение, вызванное открытым пламенем или другим высокотемпературным источником тепла, за исключением того, что электричество обладает способностью сжигать ткани под кожей жертвы, даже обжигая внутренние органы.

Как электрический ток влияет на нервную систему

Еще одно воздействие электрического тока на организм, возможно, наиболее опасное, касается нервной системы. Под «нервной системой» я имею в виду сеть особых клеток в организме, называемых нервными клетками или нейронами, которые обрабатывают и проводят множество сигналов, ответственных за регуляцию многих функций организма. Мозг, спинной мозг и сенсорные / двигательные органы в теле функционируют вместе, позволяя ему чувствовать, двигаться, реагировать, думать и запоминать.

Нервные клетки взаимодействуют друг с другом, действуя как «преобразователи», создавая электрические сигналы (очень малые напряжения и токи) в ответ на ввод определенных химических соединений, называемых нейротрансмиттерами , и высвобождая эти нейротрансмиттеры при стимуляции электрическими сигналами. Если электрический ток достаточной силы проходит через живое существо (человека или другое), его эффект будет заключаться в подавлении крошечных электрических импульсов, обычно генерируемых нейронами, что приводит к перегрузке нервной системы и предотвращению возможности передачи как рефлекторных, так и волевых сигналов. задействовать мышцы.Мышцы, вызванные внешним (шоковым) током, непроизвольно сокращаются, и жертва ничего не может с этим поделать.

Эта проблема особенно опасна, если пострадавший касается руками проводника под напряжением. Мышцы предплечья, отвечающие за сгибание пальцев, как правило, лучше развиты, чем мышцы, отвечающие за разгибание пальцев, и поэтому, если оба набора мышц будут пытаться сокращаться из-за электрического тока, проводимого через руку человека, «сгибающие» мышцы выиграют, сжимая пальцы в кулак.Если проводник, подводящий ток к жертве, обращен к ладони его или ее руки, это сжимающее действие заставит руку крепко ухватиться за провод, тем самым ухудшив ситуацию, обеспечивая отличный контакт с проводом. Пострадавший совершенно не сможет отпустить проволоку.

С медицинской точки зрения это состояние непроизвольного сокращения мышц называется столбняком . Электрики, знакомые с этим эффектом поражения электрическим током, часто называют обездвиженную жертву поражения электрическим током «зависшей в цепи».Вызванный током столбняк можно прервать, только отключив ток через пострадавшего.

Даже когда ток прекращается, жертва не может восстановить добровольный контроль над своими мышцами в течение некоторого времени, так как химический состав нейротрансмиттера находится в беспорядке. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокера», таких как тазеры, которые основаны на принципе мгновенного поражения жертвы высоковольтным импульсом, передаваемым между двумя электродами. Удачно нанесенный электрошокер временно (на несколько минут) обездвиживает жертву.

Однако электрический ток может воздействовать не только на скелетные мышцы жертвы электрошока. Мышца диафрагмы, контролирующая легкие, и сердце, которое само по себе является мышцей, также могут быть «заморожены» в состоянии столбняка под действием электрического тока. Даже токи, слишком слабые для того, чтобы вызвать столбняк, часто способны перебивать сигналы нервных клеток настолько, что сердце не может биться должным образом, что приводит к состоянию, известному как фибрилляция . Фибриллирующее сердце скорее трепещет, чем бьется, и не может перекачивать кровь к жизненно важным органам тела.В любом случае смерть от удушья и / или остановки сердца обязательно наступит в результате прохождения через тело достаточно сильного электрического тока. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный разряд электрического тока, приложенный к груди жертвы, чтобы «подтолкнуть» фибриллирующее сердце к нормальному ритму биений.

Эта последняя деталь подводит нас к другой опасности поражения электрическим током, свойственной коммунальным энергосистемам. Хотя наше первоначальное исследование электрических цепей будет сосредоточено почти исключительно на постоянном токе (постоянный ток или электричество, которое движется в непрерывном направлении в цепи), современные энергетические системы используют переменный ток или переменный ток.Технические причины этого предпочтения переменного тока перед постоянным током в энергосистемах не имеют отношения к этому обсуждению, но особые опасности каждого вида электроэнергии очень важны для темы безопасности.

Воздействие переменного тока на организм во многом зависит от частоты. Низкочастотный (от 50 до 60 Гц) переменный ток используется в домашних хозяйствах США (60 Гц) и Европы (50 Гц); он может быть опаснее высокочастотного переменного тока и в 3-5 раз опаснее постоянного тока того же напряжения и силы тока. Низкочастотный переменный ток вызывает продолжительное сокращение мышц (тетанию), которое может прижать руку к источнику тока, продлевая воздействие.Постоянный ток, скорее всего, вызовет одиночное судорожное сокращение, которое часто уводит жертву от источника тока.

Переменный характер

AC имеет большую тенденцию приводить нейроны кардиостимулятора в состояние фибрилляции, тогда как DC имеет тенденцию просто вызывать остановку сердца. Как только ток разряда прекращается, у «замороженного» сердца больше шансов восстановить нормальный ритм сердечных сокращений, чем у фибриллирующего сердца. Вот почему «дефибриллирующее» оборудование, используемое врачами скорой помощи, работает: разряд тока, подаваемого дефибриллятором, является постоянным, что останавливает фибрилляцию и дает сердцу шанс восстановиться.

В любом случае электрические токи, достаточно высокие, чтобы вызвать непроизвольное мышечное действие, опасны, и их следует избегать любой ценой. В следующем разделе мы рассмотрим, как такие токи обычно входят в тело и выходят из него, а также рассмотрим меры предосторожности против таких случаев.

  • Электрический ток может вызвать глубокие и серьезные ожоги тела из-за рассеивания мощности через электрическое сопротивление тела.
  • Столбняк — это состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения внешнего электрического тока через тело.Когда непроизвольное сокращение мышц, управляющих пальцами, приводит к тому, что жертва не может отпустить проводник, находящийся под напряжением, жертва считается «замороженной в цепи».
  • Диафрагма (легкие) и сердечные мышцы одинаково подвержены воздействию электрического тока. Даже токи, слишком слабые, чтобы вызвать столбняк, могут быть достаточно сильными, чтобы мешать работе нейронов кардиостимулятора, заставляя сердце трепетать, а не сильно биться.
  • Постоянный ток (DC) с большей вероятностью может вызвать столбняк в мышцах, чем переменный ток (AC), поэтому постоянный ток с большей вероятностью «заморозит» жертву в случае шока.Однако переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца жертвы, что является более опасным состоянием для жертвы после прекращения действия электрического тока.

Электричество требует непрерывного протекания полного пути (цепи). Вот почему удар, полученный от статического электричества, является только мгновенным толчком: течение тока обязательно кратковременно, когда статические заряды уравниваются между двумя объектами. Подобные самоограниченные шоки редко бывают опасными.

Без двух точек контакта на теле для входа и выхода тока, соответственно, опасность поражения электрическим током отсутствует. Вот почему птицы могут спокойно отдыхать на высоковольтных линиях электропередачи, не подвергаясь электрошоку: они контактируют с цепью только в одной точке.

Рисунок 1.1

Для того, чтобы ток протекал по проводнику, должно присутствовать напряжение, которое его мотивирует. Напряжение, как вы должны помнить, всегда составляет относительно двух точек . Нет такой вещи, как напряжение «на» или «в» одной точке цепи, и поэтому птица, контактирующая с одной точкой в ​​вышеуказанной цепи, не имеет напряжения, приложенного к ее телу, чтобы установить ток через нее.Да, даже если они опираются на две опоры , обе ступни касаются одного и того же провода, что делает их электрически общими . С точки зрения электричества, обе птичьи лапы соприкасаются с одной и той же точкой, поэтому между ними нет напряжения, которое могло бы стимулировать ток через тело птицы.

Это может привести к мысли, что невозможно получить поражение электрическим током, прикоснувшись только к одному проводу. Как птицы, если мы будем касаться только одного провода за раз, мы будем в безопасности, верно? К сожалению, это не так.В отличие от птиц, при контакте с «живым» проводом люди обычно стоят на земле. Часто одна сторона энергосистемы будет намеренно подключена к заземлению, и поэтому человек, касающийся одиночного провода, фактически устанавливает контакт между двумя точками в цепи (провод и заземление):

Рисунок 1.2

Значок земли представляет собой набор из трех горизонтальных полос уменьшающейся ширины, расположенных в нижнем левом углу показанной схемы, а также у ступни человека, подвергающегося электрошоку.В реальной жизни заземление энергосистемы представляет собой какой-то металлический проводник, закопанный глубоко в землю для максимального контакта с землей. Этот проводник электрически подключен к соответствующей точке соединения в цепи толстым проводом. Заземление жертвы осуществляется через ноги, которые касаются земли.

В этот момент в уме ученика обычно возникает несколько вопросов:

  • Если наличие точки заземления в цепи обеспечивает легкую точку контакта для кого-то, чтобы получить электрошок, зачем вообще она в цепи? Разве схема без заземления не была бы безопаснее?
  • Человек, которого шокирует, вероятно, не ходит босиком.Если резина и ткань являются изоляционными материалами, то почему их обувь не защищает их, предотвращая образование цепи?
  • Насколько хорошим проводником может быть грязь ? Если вы можете получить ток, протекающий через землю, почему бы не использовать землю в качестве проводника в наших силовых цепях?

В ответ на первый вопрос, наличие преднамеренной точки «заземления» в электрической цепи предназначено для обеспечения того, чтобы одна сторона была безопасной для контакта.Обратите внимание, что если бы наша жертва на приведенной выше диаграмме коснулась нижней стороны резистора, ничего бы не произошло, даже если бы их ноги все еще касались земли:

Рис. 1.3

Поскольку нижняя сторона цепи надежно соединена с землей через точку заземления в нижнем левом углу цепи, нижний провод цепи электрически общий с заземлением. Поскольку между электрически общими точками не может быть напряжения, на человека, контактирующего с нижним проводом, не будет напряжения, и он не получит удара током.По той же причине провод, соединяющий цепь с заземляющим стержнем / пластинами, обычно остается оголенным (без изоляции), так что любой металлический объект, о котором он задевает, будет электрически общим с землей.

Заземление цепи гарантирует, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасна для прикосновения. Но как насчет того, чтобы оставить цепь полностью незаземленной? Разве это не сделало бы человека, прикасавшегося только к одному проводу, так же безопасно, как птицу, сидящую на одном проводе? В идеале да. Практически нет.Посмотрите, что происходит без земли:

Рисунок 1.4

Несмотря на то, что ноги человека все еще соприкасаются с землей, любая точка в цепи должна быть безопасной для прикосновения. Поскольку не существует полного пути (цепи), проходящего через тело человека от нижней стороны источника напряжения к верхней, нет возможности установить ток через человека. Однако все это может измениться из-за случайного заземления, например, если ветка дерева касается линии электропередачи и обеспечивает соединение с землей.Такое случайное соединение между проводником энергосистемы и землей (землей) называется замыканием на землю .

Рисунок 1.5

Замыкания на землю

Замыкания на землю могут быть вызваны многими причинами, в том числе скоплением грязи на изоляторах линий электропередач (создание пути грязной воды для тока от проводника к полюсу и к земле, когда идет дождь), проникновением грунтовых вод в подземные проводники линии электропередачи. , и птицы, приземляющиеся на линии электропередачи, перемыкая линию к полюсу своими крыльями.Учитывая множество причин замыканий на землю, они, как правило, непредсказуемы. В случае с деревьями никто не может гарантировать , с каким проводом могут касаться их ветви. Если бы дерево задело верхний провод в цепи, это сделало бы верхний провод безопасным для прикосновения, а нижний опасным — как раз противоположность предыдущему сценарию, когда дерево касается нижнего провода:

Рисунок 1.6

Когда ветвь дерева соприкасается с верхним проводом, этот провод становится заземленным проводом в цепи, электрически общим с заземлением.Следовательно, между этим проводом и землей нет напряжения, а есть полное (высокое) напряжение между нижним проводом и землей. Как упоминалось ранее, ветви деревьев являются лишь одним потенциальным источником замыканий на землю в энергосистеме. Рассмотрим незаземленную энергосистему без соприкосновения деревьев с деревьями, но на этот раз с двумя людьми , касающимися отдельных проводов:

Рис. 1.7

Когда каждый человек стоит на земле и контактирует с разными точками цепи, путь для электрического тока проходит через одного человека, через землю и через другого человека.Несмотря на то, что каждый человек думает, что он в безопасности, только коснувшись одной точки в цепи, их совместные действия создают смертельный сценарий. Фактически, один человек действует как замыкание на землю, что делает его небезопасным для другого человека. Именно поэтому незаземленные энергосистемы опасны: напряжение между любой точкой цепи и землей (землей) непредсказуемо, потому что замыкание на землю может возникнуть в любой точке цепи в любое время. Единственный персонаж, который гарантированно будет в безопасности в этих сценариях, — это птица, которая вообще не связана с землей! Надежно подключив обозначенную точку цепи к заземлению («заземлив» цепь), по крайней мере, безопасность может быть обеспечена в этой точке.Это большая гарантия безопасности, чем полное отсутствие заземления.

Отвечая на второй вопрос, обувь или с резиновой подошвой действительно обеспечивает некоторую электрическую изоляцию, чтобы помочь защитить кого-то от проведения электрического тока через ступни. Однако наиболее распространенные конструкции обуви не являются электрически «безопасными», поскольку их подошва слишком тонкая и не из подходящего материала. Кроме того, любая влага, грязь или токопроводящие соли из пота тела на поверхности подошвы или проникающие через нее могут поставить под угрозу ту небольшую изоляционную ценность, которая должна была изначально иметь обувь.Есть обувь, специально предназначенная для опасных электромонтажных работ, а также толстые резиновые коврики, на которых можно стоять во время работы с цепями под напряжением, но эти специальные детали должны быть в абсолютно чистом и сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Достаточно сказать, что обычной обуви недостаточно, чтобы гарантировать защиту от поражения электрическим током от электросети.

Исследования контактного сопротивления между частями человеческого тела и точками контакта (например, с землей) показывают широкий диапазон цифр (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):

  • Контакт для рук или ног, с резиновой изоляцией: обычно 20 МОм.
  • Контакт ступни через кожаную подошву обуви (сухой): от 100 кОм до 500 кОм
  • Контакт ступни через кожаную подошву обуви (мокрый): от 5 кОм до 20 кОм

Как видите, резина не только является гораздо лучшим изоляционным материалом, чем кожа, но и присутствие воды в пористом веществе, таком как кожа , значительно снижает электрическое сопротивление.

Отвечая на третий вопрос, грязь — не очень хороший проводник (по крайней мере, когда она сухая!). У него слишком плохой проводник, чтобы поддерживать постоянный ток для питания нагрузки.Однако, как мы увидим в следующем разделе, требуется очень мало тока, чтобы ранить или убить человека, поэтому даже плохой проводимости грязи достаточно, чтобы обеспечить путь для смертельного тока при наличии достаточного напряжения, как обычно находится в энергосистемах.

Некоторые шлифованные поверхности лучше изолируют, чем другие. Например, асфальт на масляной основе имеет гораздо большее сопротивление, чем большинство видов грязи или камней. Бетон, с другой стороны, имеет довольно низкое сопротивление из-за внутреннего содержания воды и электролита (проводящего химического вещества).

  • Поражение электрическим током может произойти только при контакте между двумя точками цепи; когда на тело жертвы подается напряжение.
  • Силовые цепи обычно имеют обозначенную точку, которая «заземлена»: прочно подключена к металлическим стержням или пластинам, закопанным в грязь, чтобы гарантировать, что одна сторона цепи всегда находится под потенциалом земли (нулевое напряжение между этой точкой и землей).
  • Короткое замыкание на землю — это случайное соединение проводника цепи с землей (землей).
  • Специальная изолированная обувь и коврики предназначены для защиты людей от ударов через заземление, но даже эти части снаряжения должны быть в чистом, сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Обычная обувь недостаточна для защиты от ударов, изолируя ее владельца от земли.
  • Хотя грязь — плохой проводник, она может проводить ток, достаточный для того, чтобы ранить или убить человека.

Распространенная фраза в отношении электробезопасности звучит примерно так: « Убивает не напряжение, а ток ! «Хотя в этом есть доля правды, об опасности поражения электрическим током нужно понимать больше, чем эта простая пословица.Если бы напряжение не представляло опасности, никто бы никогда не распечатал и не вывесил надписи: ОПАСНО — ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!

Принцип «убивает текущее» по сути верен. Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть доступное напряжение, чтобы побудить ток протекать через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.

Принимая закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выражая его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получаем следующее уравнение:

[латекс] \ textbf {закон Ома} [/ латекс]

[латекс] Ток = \ frac {Напряжение} {Сопротивление} [/ латекс] [латекс] I = \ frac {E} {R} [/ латекс]

Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками этого тела, деленному на электрическое сопротивление, оказываемое телом между этими двумя точками.Очевидно, что чем больше напряжения доступно для протекания тока, тем легче он будет проходить через любое заданное сопротивление. Следовательно, существует опасность высокого напряжения, которое может генерировать ток, достаточный для получения травмы или смерти. И наоборот, если тело имеет более высокое сопротивление, меньший ток будет протекать при любом заданном напряжении. Насколько опасно напряжение, зависит от общего сопротивления цепи, препятствующего прохождению электрического тока.

Сопротивление тела не является фиксированной величиной.Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже метод измерения содержания жира в организме, основанный на измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног. Разный процент жира в организме обеспечивает разное сопротивление: одна переменная, влияющая на электрическое сопротивление в организме человека. Чтобы методика работала точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.

Сопротивление тела также зависит от того, как происходит контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от ступни к ступне, от руки к локтю и т. Д. Пот, богатый солью и минералами. , являясь жидкостью, является отличным проводником электричества. То же самое и с кровью с таким же высоким содержанием проводящих химикатов. Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.

Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю примерно 1 миллион Ом (1 МОм) на руках, держась за металлические щупы измерителя между пальцами.Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я плотно сжимал щупы, и большее сопротивление, когда я держу их свободно. Я сижу за компьютером и печатаю эти слова, мои руки чистые и сухие. Если бы я работал в жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, представляя меньшее сопротивление смертоносному току и большую опасность поражения электрическим током.

Насколько опасен электрический ток?

Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов.Химический состав тела человека оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольное сокращение мышц из-за разряда статического электричества. Другие могут получить большие искры от разряда статического электричества и почти не почувствовать его, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, с помощью тестов были разработаны приблизительные руководящие принципы, которые показывают, что для проявления вредных эффектов требуется очень небольшой ток (опять же, информацию об источнике этих данных см. В конце главы).Все текущие значения даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампер):

ТЕЛО ВЛИЯНИЕ МУЖЧИНЫ / ЖЕНЩИНЫ ПРЯМОЙ ТОК (DC) 60 Гц 100 кГц
Легкое ощущение под рукой Мужчины 1,0 мА 0,4 ​​мА 7 мА
Женщины 0,6 мА 0,3 мА 5 мА
Порог боли Мужчины 5.2 мА 1,1 мА 12 мА
Женщины 3,5 мА 0,7 мА 8 мА
Болезненные, но произвольный контроль мышц сохраняется Мужчины 62 мА 9 мА 55 мА
Женщины 41 мА 6 мА 37 мА
Болезненно, не может отпустить провода Мужчины 76 мА 16 мА 75 мА
Женщины 60 мА 15 мА 63 мА
Сильная боль, затрудненное дыхание Мужчины 90 мА 23 мА 94 мА
Женщины 60 мА 15 мА 63 мА
Возможна фибрилляция сердца через 3 секунды Мужчины и женщины 500 мА 100 мА

«Гц» означает блок Гц .Это мера того, насколько быстро меняется переменный ток, иначе известный как частота . Таким образом, столбец цифр, обозначенный «60 Гц переменного тока», относится к току, который изменяется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда ток течет в одном направлении, а затем в другом) в секунду. Последний столбец, обозначенный «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) возвратно-поступательных циклов каждую секунду.

Имейте в виду, что эти цифры являются приблизительными, поскольку люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному.Было высказано предположение, что поперечный ток через грудную клетку всего 17 мА переменного тока достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большинство наших данных относительно индуцированной фибрилляции получены в результате испытаний на животных. Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях непрактично, поэтому имеющиеся данные отрывочны. О, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины! Предположим, я положил руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов в секунду).Какое напряжение потребуется на этой чистой сухой коже, чтобы получить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Чтобы определить это, мы можем использовать закон Ома:

[латекс] E = IR [/ латекс]

[латекс] E = (20 мА) (1 M \ Omega) [/ латекс]

[латекс] \ textbf {E = 20 000 вольт или 20 кВ} [/ латекс]

Имейте в виду, что это «лучший случай» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности, и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка.Чтобы вызвать болезненный шок, потребуется гораздо меньше! Кроме того, имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно отличаться от человека к человеку, и что эти расчеты являются приблизительными оценками , всего лишь .

Обрызгав пальцы водой для имитации пота, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17 000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что это касается только одного пальца каждой руки, касающегося тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 мА, мы получим эту цифру:

[латекс] E = IR [/ латекс]

[латекс] E = (20 мА) (17 кОмега) [/ латекс]

[латекс] \ textbf {E = 340 V} [/ латекс]

В этих реальных условиях потребуется всего 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать ток 20 миллиампер.Тем не менее, все же возможно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При условии значительно более низкого показателя сопротивления тела, увеличенного за счет контакта с кольцом (полоса золота, обернутая по окружности пальца, делает отличной точкой контакта для поражения электрическим током) или полного контакта с большим металлическим предметом, таким как труба или металл рукоятки инструмента, сопротивление корпуса может упасть до 1000 Ом (1 кОм), в результате чего даже более низкое напряжение может представлять потенциальную опасность.

[латекс] E = IR [/ латекс]

[латекс] E = (20 мА) (1 кОмега) [/ латекс]

[латекс] \ textbf {E = 20 V} [/ латекс]

Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы произвести ток в 20 миллиампер через человека; достаточно, чтобы вызвать столбняк. Помните, было высказано предположение, что сила тока всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашной в 1000 Ом для создания этого опасного состояния потребуется всего 17 вольт.

[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (17 мА) (1 кВт) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 17 В} [/ латекс]

Семнадцать вольт — это не очень много для электрических систем. Конечно, это «наихудший» сценарий с напряжением переменного тока 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он действительно показывает, насколько низкое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.

Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, не должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа при контакте с золотым кольцом).Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего крепче держать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта. То, что начинается как легкий шок — ровно настолько, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить ее, может перерасти в нечто достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а сила тока соответственно увеличивается.

Исследования предоставили приблизительный набор цифр для электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях:

Ситуация Сухой мокрый
Проволока касалась пальцем 40 000 Ом — 1 000 000 Ом 4000 Ом — 15000 Ом
Проволока в руке 15000 Ом — 50 000 Ом 3000 Ом — 5000 Ом
Ручные плоскогубцы по металлу 5,000 Ом — 10,000 Ом 1000 Ом — 3000 Ом
Контакт ладонью 3000 Ом — 8000 Ом 1000 Ом — 2000 Ом
1.5-дюймовая металлическая труба с захватом одной рукой 1000 Ом — 3000 Ом 500 Ом — 1500 Ом
Металлическая труба 1,5 дюйма, удерживаемая двумя руками 500 Ом — 1500 кОм 250 Ом — 750 Ом
Рука погружена в проводящую жидкость 200 Ом — 500 Ом
Нога погружена в проводящую жидкость 100 Ом — 300 Ом

Обратите внимание на значения сопротивления для двух состояний с 1.5-дюймовая металлическая труба. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления, когда одна рука держит трубу.

Рисунок 1.8

Двумя руками площадь контакта с телом вдвое больше, чем с одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях. Если держать трубу двумя руками, ток будет иметь два параллельных пути, по которым он протекает от трубы к телу (или наоборот).

Рисунок 1.9

Как мы увидим в более поздней главе, параллельных пути цепи всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.

В промышленности 30 вольт обычно считается консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен рассматривать любое напряжение выше 30 вольт как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от поражения электрическим током. Тем не менее, при работе с электричеством все же отличной идеей является держать руки чистыми и сухими и снимать все металлические украшения.Даже при более низком напряжении металлические украшения могут представлять опасность, поскольку проводят ток, достаточный для ожога кожи, при контакте между двумя точками в цепи. Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких ожогов пальцев из-за замыкания между точками в низковольтной и сильноточной цепи.

Кроме того, напряжение ниже 30 может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятное ощущение, которое может вызвать вздрагивание и случайное соприкосновение с более высоким напряжением или другую опасность.Я вспоминаю, как однажды жарким летним днем ​​работал над автомобилем. На мне были шорты, моя голая нога касалась хромового бампера автомобиля, когда я затягивал контакты аккумулятора. Когда я прикоснулся металлическим ключом к положительной (незаземленной) стороне 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в том месте, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей вспотевшей кожи позволило почувствовать шок всего лишь с 12 вольт электрическим потенциалом.

К счастью, ничего плохого не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не ноге, я мог бы рефлекторно толкнуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора (производя большой ток через гаечный ключ с большим количеством искр).Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; этот электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас подпрыгивать или спазмировать части вашего тела в опасную для вас сторону.

Ток, проходящий через человеческое тело, имеет значение, насколько он опасен. Ток будет влиять на все мышцы, находящиеся на его пути, а поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, пути удара, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и смертельного исхода.

Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать с цепями под напряжением, находящимися под напряжением, только одной рукой, а вторую руку держать в кармане, чтобы случайно ни к чему не прикоснуться. Конечно, всегда безопаснее работать в цепи, когда она отключена, но это не всегда практично или возможно. При работе одной рукой обычно предпочитают правую руку левой по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), а сердце обычно находится слева от центра в грудной полости.

Для левшей этот совет может быть не лучшим. Если такой человек недостаточно скоординирован с правой рукой, он может подвергнуть себя большей опасности, используя руку, с которой ему меньше всего комфортно, даже если электрический ток, протекающий через эту руку, может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность между сотрясением одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки для работы лучше всего оставить на усмотрение человека.

Лучшая защита от ударов цепи под напряжением — это сопротивление, а сопротивление может быть добавлено к телу с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи является функцией доступного напряжения, деленного на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены друг с другом, так что есть только один путь для прохождения тока:

Рисунок 1.10

Человек, находящийся в прямом контакте с источником напряжения: ток ограничен только сопротивлением тела.

[латекс] I = \ frac {E} {R_ {boot}} [/ латекс]

Теперь мы рассмотрим эквивалентную схему для человека в изолированных перчатках и ботинках:

Рисунок 1.11

Лицо в изоляционных перчатках и сапогах;

Ток теперь ограничен сопротивлением цепи:

[латекс] I = \ frac {E} {R_ {glove} + R_ {body} + R_ {boot} +} [/ latex]

Поскольку электрический ток должен проходить через ботинок и тело и перчатку, чтобы замкнуть цепь обратно к батарее, общая сумма ( сумма ) этих сопротивлений противодействует протеканию тока в большей степени, чем любое другое. сопротивлений рассматривается индивидуально.

Безопасность — одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и тем или иным предметом, который может с ним контактировать. К сожалению, было бы непомерно дорого изолировать проводники линии электропередач из-за недостаточной изоляции для обеспечения безопасности в случае случайного контакта. Таким образом, безопасность обеспечивается за счет того, что эти стропы должны быть достаточно далеко вне досягаемости, чтобы никто не мог случайно их коснуться.

Если возможно, отключите питание цепи перед выполнением каких-либо работ с ней.Вы должны обезопасить все источники вредной энергии, прежде чем систему можно будет считать безопасной для работы. В промышленности обеспечение безопасности цепи, устройства или системы в этом состоянии обычно называют переводом их в состояние нулевой энергии . В центре внимания этого урока, конечно же, электробезопасность. Однако многие из этих принципов применимы и к неэлектрическим системам.

  • Вред для тела зависит от силы электрического тока. Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи.Сопротивление противостоит току, поэтому высокое сопротивление является хорошей защитой от ударов.
  • Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные электрические токи. Металлические украшения определенно плохо носить при работе с электрическими цепями. Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают отличный электрический контакт с вашим телом и сами могут проводить ток, достаточный для возникновения ожогов кожи даже при низком напряжении.
  • Низкое напряжение может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы напрямую вызвать поражение электрическим током.Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее отпрянуть и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
  • Когда необходимо работать с «живым» контуром, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).
  • Если возможно, отключите питание цепи перед выполнением каких-либо работ с ней.

При работе с оборудованием отключите все источники питания перед выполнением любых работ.В промышленности удаление этих источников питания из схемы, устройства или системы обычно известно как перевод их в состояние нулевой энергии . В центре внимания этого урока, конечно же, электробезопасность. Однако многие из этих принципов применимы и к неэлектрическим системам.

Обеспечение безопасности чего-либо в состоянии нулевой энергии означает избавление от любого вида потенциальной или накопленной энергии, включая, помимо прочего:

  • Опасное напряжение
  • Давление пружины
  • Гидравлическое давление (жидкость)
  • Пневматическое (воздушное) давление
  • Подвес
  • Химическая энергия (легковоспламеняющиеся или иным образом реагирующие вещества)
  • Ядерная энергия (радиоактивные или делящиеся вещества)

Напряжение по своей природе является проявлением потенциальной энергии.В первой главе я даже использовал приподнятую жидкость в качестве аналогии с потенциальной энергией напряжения, имеющей способность (потенциал) производить ток (поток), но не обязательно осознавая этот потенциал, пока не будет установлен подходящий путь для потока. и сопротивление потоку преодолевается. Пара проводов с высоким напряжением между ними не выглядит и не кажется опасной, даже если они несут между собой достаточно потенциальной энергии, чтобы протолкнуть смертоносное количество тока через ваше тело. Несмотря на то, что это напряжение в настоящее время ничего не делает, у него есть потенциал, и этот потенциал необходимо нейтрализовать, прежде чем можно будет физически контактировать с этими проводами.

Все правильно спроектированные схемы имеют механизмы отключения для снятия напряжения в цепи. Иногда эти «разъединения» служат двойной цели: автоматически размыкаются в условиях чрезмерного тока, и в этом случае мы называем их «автоматическими выключателями». В других случаях выключатели-разъединители представляют собой устройства с ручным управлением без автоматической функции. В любом случае они существуют для вашей защиты и должны использоваться должным образом. Обратите внимание, что устройство отключения должно быть отдельно от обычного выключателя, используемого для включения и выключения устройства.Это предохранительный выключатель, который должен использоваться только для защиты системы в состоянии нулевого потребления энергии:

Рисунок 1.12

Когда выключатель находится в «разомкнутом» положении, как показано (нет непрерывности), цепь разомкнута, и ток не будет. На нагрузке будет нулевое напряжение, а полное напряжение источника будет падать на разомкнутые контакты выключателя. Обратите внимание, что в нижнем проводе цепи нет необходимости в размыкающем выключателе. Поскольку эта сторона цепи надежно соединена с землей (землей), она электрически является общей с землей, и ее лучше оставить таким образом.Для максимальной безопасности персонала, работающего с нагрузкой в ​​этой цепи, можно установить временное заземление на верхней стороне нагрузки, чтобы исключить падение напряжения на нагрузке:

Рисунок 1.13

При наличии временного заземляющего соединения обе стороны проводки нагрузки соединяются с землей, обеспечивая нулевое состояние энергии на нагрузке.

Поскольку заземление, выполненное с обеих сторон нагрузки, электрически эквивалентно короткому замыканию через нагрузку с помощью провода, это еще один способ достижения той же цели максимальной безопасности:

Рисунок 1.14

В любом случае обе стороны нагрузки будут электрически общими с землей, с учетом отсутствия напряжения (потенциальной энергии) между обеими сторонами нагрузки и землей, на которой стоят люди. Этот метод временного заземления проводов в обесточенной энергосистеме очень распространен при работах по техническому обслуживанию, выполняемых в системах распределения электроэнергии высокого напряжения.

Еще одним преимуществом этой меры предосторожности является защита от возможности включения размыкающего переключателя (включения его для обеспечения непрерывности цепи), когда люди все еще контактируют с нагрузкой.Временный провод, подключенный к нагрузке, создавал бы короткое замыкание, когда выключатель был замкнут, немедленно отключая любые устройства защиты от перегрузки по току (автоматические выключатели или предохранители) в цепи, что снова отключает питание. Если это произойдет, разъединитель вполне может получить повреждение, но рабочие на нагрузке находятся в безопасности.

Здесь было бы хорошо упомянуть, что устройства максимального тока не предназначены для защиты от поражения электрическим током.Скорее, они существуют исключительно для защиты проводников от перегрева из-за чрезмерных токов. Только что описанные временные закорачивающие провода действительно могут вызвать «срабатывание» любых устройств перегрузки по току в цепи, если выключатель должен быть замкнут, но следует понимать, что защита от поражения электрическим током не является предполагаемой функцией этих устройств. Их основная функция будет просто использоваться для защиты рабочего с установленным перемычкой.

Структурированные системы безопасности: блокировка / маркировка

Поскольку очевидно, что важно иметь возможность закрепить любые отключающие устройства в разомкнутом (выключенном) положении и убедиться, что они остаются в этом положении во время работы в цепи, существует потребность в структурированной системе безопасности, которая должна быть введена в место.Такая система обычно используется в промышленности и называется Lock-out / Tag-out .

Процедура блокировки / маркировки работает следующим образом: все люди, работающие в защищенной цепи, имеют свой собственный замок или кодовый замок, который они устанавливают на рычаге управления устройства отключения перед работой с системой. Кроме того, они должны заполнить и подписать ярлык, который они вешают на свой замок, с описанием характера и продолжительности работы, которую они собираются выполнять в системе.Если есть несколько источников энергии, которые необходимо «заблокировать» (множественные разъединения, как электрические, так и механические источники энергии, которые должны быть защищены, и т. Д.), Рабочий должен использовать столько своих замков, сколько необходимо для защиты питания от системы. до начала работы. Таким образом, система поддерживается в состоянии нулевого энергопотребления до тех пор, пока не будет снята каждая последняя блокировка со всех устройств отключения и отключения, а это означает, что каждый последний работник дает согласие, снимая свои личные блокировки. Если будет принято решение повторно активировать систему, а замок (и) одного человека все еще остается на месте после того, как все присутствующие снимают свои, метка (и) покажет, кто этот человек и что они делают.

Даже при наличии хорошей программы безопасности по блокировке / маркировке все еще необходимы усердие и меры предосторожности, основанные на здравом смысле. Это особенно актуально в промышленных условиях, когда над устройством или системой может одновременно работать множество людей. Некоторые из этих людей могут не знать о надлежащей процедуре блокировки / маркировки или могут знать об этом, но слишком самоуверенны, чтобы следовать ей. Не думайте, что все соблюдают правила безопасности!

После того, как электрическая система была заблокирована и помечена вашим личным замком, вы должны дважды проверить, действительно ли напряжение было зафиксировано в нулевом состоянии.Один из способов проверить — увидеть, запустится ли машина (или что-то еще, над чем она работает), если будет задействован переключатель или кнопка start . Если он запускается, значит, вы знаете, что не смогли обеспечить от него электрическую энергию.

Кроме того, вы должны всегда проверять на наличие опасного напряжения с помощью измерительного прибора, прежде чем касаться каких-либо проводников в цепи. Для большей безопасности вы должны выполнить следующую процедуру проверки, использования, а затем проверки вашего глюкометра:

  • Убедитесь, что ваш измеритель правильно показывает на известном источнике напряжения.
  • Используйте свой измеритель, чтобы проверить цепь блокировки на наличие опасного напряжения.
  • Еще раз проверьте свой измеритель на известном источнике напряжения, чтобы убедиться, что он по-прежнему показывает, как должен.

Хотя это может показаться чрезмерным или даже параноидальным, это проверенный метод предотвращения поражения электрическим током. Однажды у меня был счетчик, который не смог показать напряжение, когда он должен был, при проверке цепи, чтобы убедиться, что она «мертвая». Если бы я не использовал другие средства для проверки наличия напряжения, меня бы сегодня не было в живых, чтобы написать это.Всегда есть шанс, что ваш вольтметр окажется неисправным именно тогда, когда он понадобится вам для проверки на наличие опасного состояния. Следуя этим инструкциям, вы никогда не попадете в смертельную ситуацию из-за поломки счетчика.

Наконец, электромонтажник прибудет к тому моменту процедуры проверки безопасности, когда будет считаться безопасным прикосновение к проводнику (проводам). Имейте в виду, что после принятия всех мер предосторожности возможно (хотя и очень маловероятно) наличие опасного напряжения.Последней мерой предосторожности, которую следует предпринять на этом этапе, является кратковременный контакт проводника (проводов) тыльной стороной руки перед тем, как схватить его или металлический инструмент, соприкасающийся с ним. Почему? Если по какой-то причине напряжение между этим проводом и землей все еще присутствует, движение пальца в результате реакции удара (сжатие в кулак) приведет к разрыву контакта с проводником. Обратите внимание, что это абсолютно последний шаг , который должен выполнить любой электромонтер перед началом работы с энергосистемой, и никогда не следует использовать в качестве альтернативного метода проверки опасного напряжения.Если у вас когда-либо будут основания сомневаться в надежности вашего глюкометра, воспользуйтесь другим глюкометром, чтобы получить «второе мнение».

  • Состояние нулевой энергии: когда цепь, устройство или система защищены таким образом, что отсутствует потенциальная энергия, которая могла бы нанести вред кому-либо, работающему с ними.
  • Устройства с разъединителем должны присутствовать в правильно спроектированной электрической системе, чтобы обеспечить удобную готовность к состоянию нулевого энергопотребления.
  • К обслуживаемой нагрузке могут быть подключены временные заземляющие или закорачивающие провода для дополнительной защиты персонала, работающего с этой нагрузкой.
  • Блокировка / маркировка работает следующим образом: при работе с системой в состоянии нулевого энергопотребления рабочий помещает личный замок или кодовый замок на каждое устройство отключения энергии, имеющее отношение к его или ее задаче в этой системе. Кроме того, на каждый из этих замков навешивается тег, описывающий характер и продолжительность работы, которую необходимо выполнить, и того, кто ее выполняет.
  • Всегда проверяйте, что цепь была зафиксирована в состоянии нулевого потребления энергии с помощью испытательного оборудования после «блокировки». Обязательно проверьте свой глюкометр до и после проверки цепи, чтобы убедиться, что она работает правильно.
  • Когда придет время действительно вступить в контакт с проводником (ами) предположительно мертвой энергосистемы, сделайте это сначала тыльной стороной одной руки, чтобы в случае удара током мышечная реакция оттолкнула пальцы от проводника. .

Безопасное и эффективное использование электросчетчика — это, пожалуй, самый ценный навык, которым может овладеть электронщик, как ради собственной безопасности, так и для профессионального мастерства. Поначалу может быть сложно использовать счетчик, зная, что вы подключаете его к цепям под напряжением, которые могут содержать опасные для жизни уровни напряжения и тока.Это опасение небезосновательно, и всегда лучше действовать осторожно, используя счетчики. Небрежность больше, чем какой-либо другой фактор, является причиной несчастных случаев с электричеством у опытных технических специалистов.

Мультиметры

Самым распространенным электрическим испытательным оборудованием является мультиметр . Мультиметры названы так потому, что они могут измерять множество переменных: напряжение, ток, сопротивление и часто многие другие, некоторые из которых не могут быть объяснены здесь из-за их сложности.В руках обученного техника мультиметр является одновременно эффективным рабочим инструментом и защитным устройством. Однако в руках невежественного и / или неосторожного человека мультиметр может стать источником опасности при подключении к «действующей» цепи.

Существует много разных марок мультиметров, причем каждый производитель выпускает несколько моделей с разными наборами функций. Мультиметр, показанный здесь на следующих иллюстрациях, представляет собой «общую» конструкцию, не специфичную для какого-либо производителя, но достаточно общую, чтобы научить основным принципам использования:

Рисунок 1.15

Вы заметите, что дисплей этого измерителя имеет «цифровой» тип: числовые значения отображаются с использованием четырех цифр аналогично цифровым часам. Поворотный селекторный переключатель (теперь установлен в положение Off ) имеет пять различных положений измерения, в которых он может быть установлен: два значения «V», два значения «A» и одно положение посередине с забавной «подковой». Символ на нем, представляющий «сопротивление». Символ «подкова» — это греческая буква «Омега» (Ω), которая является общим символом для электрической единицы измерения ом.

Из двух настроек «V» и двух настроек «A» вы заметите, что каждая пара разделена на уникальные маркеры либо парой горизонтальных линий (одна сплошная, одна пунктирная), либо пунктирной линией с волнистой кривой над ней. . Параллельные линии представляют «постоянный ток», а волнистая кривая — «переменный ток». «V», конечно, означает «напряжение», а «A» означает «сила тока» (ток). В измерителе для измерения постоянного тока используются другие методы, чем для измерения переменного тока, поэтому пользователю необходимо выбрать тип напряжения (В) или тока (А) для измерения.Хотя мы не обсуждали переменный ток (AC) в каких-либо технических деталях, это различие в настройках счетчика важно помнить.

Мультиметр Розетки

На лицевой панели мультиметра есть три разных гнезда, к которым мы можем подключить наши измерительные провода . Измерительные провода — это не что иное, как специально подготовленные провода, используемые для подключения измерителя к тестируемой цепи. Провода покрыты гибкой изоляцией с цветовой кодировкой (черной или красной), чтобы руки пользователя не касались оголенных проводов, а кончики зондов представляют собой острые жесткие кусочки проволоки:

Рисунок 1.16

Черный измерительный провод всегда вставляется в черный разъем на мультиметре: тот, который отмечен «COM» для «общего». Красные измерительные провода подключаются либо к красной розетке с маркировкой напряжения и сопротивления, либо к красной розетке с маркировкой тока, в зависимости от того, какое количество вы собираетесь измерить с помощью мультиметра.

Чтобы увидеть, как это работает, давайте рассмотрим несколько примеров, показывающих, как используется счетчик. Сначала мы настроим измеритель для измерения постоянного напряжения от батареи:

Рисунок 1.17

Обратите внимание, что два измерительных провода подключены к соответствующим гнездам на измерителе для измерения напряжения, а селекторный переключатель установлен на постоянный ток «V». Теперь рассмотрим пример использования мультиметра для измерения напряжения переменного тока от бытовой электрической розетки (настенной розетки):

Рисунок 1.18

Единственное отличие в настройке счетчика — это расположение селекторного переключателя: теперь он установлен на переменный ток «V». Поскольку мы все еще измеряем напряжение, измерительные провода останутся подключенными к тем же гнездам.В обоих этих примерах настоятельно рекомендуется, , чтобы вы не позволяли наконечникам щупов соприкасаться друг с другом, пока они оба находятся в контакте со своими соответствующими точками в цепи. Если это произойдет, произойдет короткое замыкание, создающее искру и, возможно, даже шар пламени, если источник напряжения способен обеспечить достаточный ток! Следующее изображение иллюстрирует потенциальную опасность:

Рис. 1.19.

Это лишь один из способов, которым счетчик может стать источником опасности при неправильном использовании.

Измерение напряжения, пожалуй, самая распространенная функция, для которой используется мультиметр. Это, безусловно, первичное измерение, выполняемое в целях безопасности (часть процедуры блокировки / маркировки), и оно должно быть хорошо понято оператором счетчика. Поскольку напряжение между двумя точками всегда относительное, измеритель должен быть надежно подключен к двум точкам в цепи, прежде чем он будет обеспечивать надежное измерение. Обычно это означает, что оба щупа должны быть схвачены руками пользователя и прижаты к правильным точкам контакта источника напряжения или цепи во время измерения.

Поскольку путь электрического тока из рук в руки является наиболее опасным, удерживание измерительных щупов в двух точках высоковольтной цепи таким образом всегда представляет собой потенциальную опасность . Если защитная изоляция на датчиках изношена или потрескалась, пальцы пользователя могут соприкоснуться с проводниками датчика во время испытания, что приведет к сильному удару. Это более безопасный вариант, если можно использовать только одну руку для захвата зондов. Иногда можно «защелкнуть» один наконечник щупа на контрольной точке цепи, чтобы его можно было отпустить, а другой установить на место, используя только одну руку.Для облегчения этого можно прикрепить специальные аксессуары для наконечников зонда, такие как пружинные зажимы.

Помните, что измерительные провода измерителя являются частью всего комплекта оборудования и что с ними следует обращаться так же осторожно и уважительно, как и с самим измерителем. Если вам нужен специальный аксессуар для ваших измерительных проводов, такой как пружинный зажим или другой специальный наконечник зонда, обратитесь к каталогу продукции производителя измерителя или другого производителя испытательного оборудования. Не пытайтесь проявить творческий подход и изготавливать свои собственные испытательные пробники, так как вы можете подвергнуть себя опасности в следующий раз, когда будете использовать их в цепи под напряжением.

Также следует помнить, что цифровые мультиметры обычно хорошо справляются с различением измерений переменного и постоянного тока, поскольку они настраиваются на одно или другое при проверке напряжения или тока. Как мы видели ранее, напряжение и ток как переменного, так и постоянного тока могут быть смертельными, поэтому при использовании мультиметра в качестве устройства проверки безопасности вы всегда должны проверять наличие как переменного, так и постоянного тока, даже если вы не ожидаете найти и то, и другое. ! Кроме того, при проверке наличия опасного напряжения вы должны обязательно проверить все пары рассматриваемых точек.

Например, предположим, что вы открыли шкаф с электропроводкой и обнаружили три больших проводника, подающих питание переменного тока на нагрузку. Автоматический выключатель, питающий эти провода (предположительно), был отключен, заблокирован и помечен. Вы дважды проверили отсутствие питания, нажав кнопку Start для нагрузки. Ничего не произошло, поэтому теперь вы переходите к третьему этапу проверки безопасности: проверке измерителя напряжения.

Сначала вы проверяете свой измеритель на известном источнике напряжения, чтобы убедиться, что он работает правильно.Любая ближайшая электрическая розетка должна обеспечивать удобный источник переменного напряжения для проверки. Вы делаете это и обнаруживаете, что счетчик показывает как следует. Затем вам нужно проверить наличие напряжения между этими тремя проводами в шкафу. Но напряжение измеряется между двумя точками , так где же проверить?

Рисунок 1.20

Ответ — проверить все комбинации этих трех точек. Как видите, на рисунке точки обозначены буквами «A», «B» и «C», поэтому вам нужно будет взять мультиметр (установленный в режиме вольтметра) и проверить его между точками A и B, B и C, а также A и C.Если вы обнаружите напряжение между любой из этих пар, цепь не находится в состоянии нулевой энергии. Но ждать! Помните, что мультиметр не будет регистрировать напряжение постоянного тока, когда он находится в режиме переменного напряжения, и наоборот, поэтому вам необходимо проверить эти три пары точек в в каждом режиме , в общей сложности шесть проверок напряжения для завершения!

Однако, даже несмотря на всю эту проверку, мы еще не охватили все возможности. Помните, что опасное напряжение может появиться между одиночным проводом и землей (в этом случае металлический каркас шкафа будет хорошей точкой отсчета заземления) в энергосистеме.Итак, чтобы быть в полной безопасности, мы не только должны проверять между A и B, B и C, и A и C (как в режимах переменного, так и постоянного тока), но мы также должны проверять между A и землей, B и землей, и C и заземление (как в режимах переменного, так и постоянного тока)! Это дает в общей сложности двенадцать проверок напряжения для этого, казалось бы, простого сценария с использованием всего трех проводов. Затем, конечно же, после того, как мы завершили все эти проверки, нам нужно взять мультиметр и повторно проверить его на известном источнике напряжения, таком как розетка, чтобы убедиться, что он по-прежнему в хорошем рабочем состоянии.

Использование мультиметра для проверки сопротивления

Использование мультиметра для проверки сопротивления — гораздо более простая задача. Измерительные провода будут оставаться подключенными к тем же розеткам, что и для проверки напряжения, но селекторный переключатель необходимо повернуть, пока он не укажет на символ сопротивления «подкова». Касаясь щупами устройства, сопротивление которого необходимо измерить, прибор должен правильно отображать сопротивление в омах:

Рисунок 1.21

При измерении сопротивления следует помнить, что это нужно делать только на обесточенных компонентах ! Когда измеритель находится в режиме «сопротивления», он использует небольшую внутреннюю батарею для генерации крошечного тока через измеряемый компонент. Путем определения того, насколько сложно пропустить этот ток через компонент, можно определить и отобразить сопротивление этого компонента. Если в контуре измерителя-вывод-компонент-вывод-измеритель имеется дополнительный источник напряжения, который либо помогает, либо противодействует току измерения сопротивления, производимому измерителем, это приведет к ошибочным показаниям.В худшем случае счетчик может даже выйти из строя из-за внешнего напряжения.

Режим «Сопротивление» мультиметра

Режим «сопротивления» мультиметра очень полезен для определения целостности проводов, а также для точных измерений сопротивления. Когда между наконечниками пробников имеется хорошее, прочное соединение (моделируется путем их соприкосновения), измеритель показывает почти нулевое сопротивление. Если бы измерительные провода не имели сопротивления, он показывал бы ровно ноль:

. Рисунок 1.22

Если выводы не контактируют друг с другом или не касаются противоположных концов разорванного провода, измеритель покажет бесконечное сопротивление (обычно путем отображения пунктирных линий или сокращения «O.L.», что означает «разомкнутый контур»):

Рисунок 1.23

Измерение тока с помощью мультиметра

Безусловно, наиболее опасным и сложным применением мультиметра является измерение тока. Причина этого довольно проста: для того, чтобы измеритель мог измерять ток, измеряемый ток должен проходить через счетчика.Это означает, что измеритель должен быть частью цепи тока, а не просто подключаться к какой-либо стороне, как в случае измерения напряжения. Чтобы сделать счетчик частью пути тока цепи, исходная цепь должна быть «разорвана», а счетчик подсоединен к двум точкам разомкнутого разрыва. Чтобы настроить измеритель на это, переключатель должен указывать на переменный или постоянный ток «A», а красный измерительный провод должен быть вставлен в красную розетку с меткой «A». На следующем рисунке показан измеритель, полностью готовый к измерению тока, и проверяемая цепь:

Рисунок 1.24

Сейчас цепь разомкнута при подготовке к подключению счетчика:

Рисунок 1.25

Следующий шаг — вставить измеритель в линию со схемой, подключив два наконечника щупа к разомкнутым концам цепи, черный щуп к отрицательной (-) клемме 9-вольтовой батареи и красный щуп к свободному концу провода, ведущему к лампе:

Рисунок 1.26

Этот пример показывает очень безопасную схему для работы. 9 вольт вряд ли представляют опасность поражения электрическим током, поэтому не стоит бояться разомкнуть эту цепь (не менее, голыми руками!) И подключить счетчик параллельно с током.Однако для цепей более высокой мощности это действительно может быть опасным занятием. Даже если напряжение в цепи было низким, нормальный ток мог быть достаточно высоким, чтобы возникла опасная искра в момент установления последнего подключения датчика измерителя.

Другой потенциальной опасностью использования мультиметра в режиме измерения тока («амперметр») является невозможность правильно вернуть его в конфигурацию измерения напряжения перед измерением напряжения с его помощью. Причины этого зависят от конструкции и работы амперметра.При измерении тока в цепи путем размещения измерителя непосредственно на пути тока, лучше всего, чтобы измеритель оказывал небольшое сопротивление току или не оказывал никакого сопротивления. В противном случае дополнительное сопротивление изменит работу схемы. Таким образом, мультиметр спроектирован так, чтобы сопротивление между наконечниками измерительного щупа было практически нулевым, когда красный щуп был вставлен в красное гнездо «А» (для измерения тока). В режиме измерения напряжения (красный провод вставлен в красное гнездо «V») между наконечниками измерительных щупов имеется большое количество мегаомов сопротивления, поскольку вольтметры рассчитаны на сопротивление, близкое к бесконечному (так что они не имеют сопротивления). t потребляет значительный ток из проверяемой цепи).

При переключении мультиметра из режима измерения тока в режим измерения напряжения легко повернуть селекторный переключатель из положения «A» в положение «V» и забыть, соответственно, переключить положение разъема красного измерительного провода с «A» на положение «V». «V». В результате — если счетчик затем подключить к источнику значительного напряжения — произойдет короткое замыкание счетчика!

Рисунок 1.27

Чтобы предотвратить это, большинство мультиметров имеют функцию предупреждения, которая издает звуковой сигнал, если когда-либо в гнездо «A» вставлен провод, а селекторный переключатель установлен в положение «V».Однако какими бы удобными ни были эти функции, они по-прежнему не заменяют ясного мышления и осторожности при использовании мультиметра.

Все качественные мультиметры содержат внутри предохранители, которые спроектированы так, чтобы «перегорать» в случае чрезмерного тока через них, как в случае, показанном на последнем изображении. Как и все устройства защиты от сверхтоков, эти предохранители предназначены в первую очередь для защиты оборудования (в данном случае самого счетчика) от чрезмерного повреждения и только во вторую очередь для защиты пользователя от повреждений.Мультиметр можно использовать для проверки собственного предохранителя, установив селекторный переключатель в положение сопротивления и создав соединение между двумя красными гнездами следующим образом:

Рисунок 1.28.

. Исправный предохранитель будет указывать на очень маленькое сопротивление, в то время как перегоревший предохранитель всегда показывает «O.L.» (или любое другое указание, которое используется в этой модели мультиметра для обозначения отсутствия непрерывности). Фактическое количество Ом, отображаемое для исправного предохранителя, не имеет большого значения, пока оно является произвольно низким.

Итак, теперь, когда мы увидели, как использовать мультиметр для измерения напряжения, сопротивления и тока, что еще нужно знать? Множество! Ценность и возможности этого универсального испытательного прибора станут более очевидными по мере того, как вы приобретете навыки и познакомитесь с ним.Ничто не заменит регулярных занятий со сложными инструментами, такими как эти, поэтому не стесняйтесь экспериментировать с безопасными схемами с батарейным питанием.

  • Измеритель, способный проверять напряжение, ток и сопротивление, называется мультиметром .
  • Поскольку напряжение между двумя точками всегда относительное, измеритель напряжения («вольтметр») должен быть подключен к двум точкам в цепи, чтобы получить хорошие показания. Будьте осторожны, не касайтесь оголенных наконечников щупов вместе при измерении напряжения, так как это приведет к короткому замыканию!
  • Не забывайте всегда проверять напряжение переменного и постоянного тока при использовании мультиметра для проверки наличия опасного напряжения в цепи.Убедитесь, что вы проверяете напряжение между всеми комбинациями пар проводников, в том числе между отдельными проводниками и землей!
  • В режиме измерения напряжения («вольтметр») мультиметры имеют очень высокое сопротивление между выводами.
  • Никогда не пытайтесь измерить сопротивление или целостность цепи с помощью мультиметра в цепи, которая находится под напряжением. В лучшем случае показания сопротивления, которые вы получаете от измерителя, будут неточными, а в худшем случае измеритель может быть поврежден, а вы можете получить травму.
  • Измерители тока («амперметры») всегда включены в цепь, поэтому электроны должны проходить через через счетчик .
  • В режиме измерения тока («амперметр») мультиметры практически не имеют сопротивления между выводами. Это сделано для того, чтобы электроны могли проходить через счетчик с наименьшими трудностями. Если бы это было не так, измеритель добавлял бы дополнительное сопротивление в цепи, тем самым влияя на ток.

Как мы видели ранее, энергосистема без надежного заземления непредсказуема с точки зрения безопасности.Невозможно гарантировать, сколько или как мало напряжения будет существовать между любой точкой цепи и землей. Заземлив одну сторону источника напряжения энергосистемы, по крайней мере, одна точка в цепи может быть электрически соединена с землей и, следовательно, не представляет опасности поражения электрическим током. В простой двухпроводной системе электропитания проводник, соединенный с землей, называется нейтраль , а другой провод называется hot , также известный как live или active :

Рисунок 1.29 Двухпроводная система электропитания

Что касается источника напряжения и нагрузки, заземление не имеет никакого значения. Он существует исключительно ради личной безопасности, гарантируя, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасна для прикосновения (нулевое напряжение относительно земли). «Горячая» сторона схемы, названная так из-за ее потенциальной опасности поражения электрическим током, будет опасна прикасаться, если напряжение не будет обеспечено путем надлежащего отключения от источника (в идеале, с использованием процедуры систематической блокировки / маркировки).

Этот дисбаланс опасностей между двумя проводниками в простой силовой цепи важно понимать. Следующая серия иллюстраций основана на распространенных бытовых системах электропроводки (для простоты с использованием источников постоянного напряжения, а не переменного тока).

Если мы посмотрим на простой бытовой электроприбор, такой как тостер с проводящим металлическим корпусом, мы увидим, что при правильной работе не должно быть опасности поражения электрическим током. Провода, передающие питание на нагревательные элементы тостера, изолированы от соприкосновения с металлическим корпусом (и друг с другом) резиной или пластиком.

Рисунок 1.30 Отсутствие напряжения между корпусом и землей

Однако, если один из проводов внутри тостера случайно войдет в контакт с металлическим корпусом, корпус станет электрически общим для провода, и прикосновение к корпусу будет столь же опасным, как прикосновение к оголенному проводу. Представляет ли это опасность поражения электрическим током, зависит от , к которому случайно прикоснется провод :

Рисунок 1.31 случайное контактное напряжение между корпусом и землей

Если «горячий» провод касается корпуса, это подвергает опасности пользователя тостера.С другой стороны, если нейтральный провод касается корпуса, опасность поражения электрическим током отсутствует:

Рисунок 1.32 Случайное отсутствие напряжения между корпусом и землей

Чтобы гарантировать, что первый отказ менее вероятен, чем второй, инженеры стараются проектировать устройства таким образом, чтобы свести к минимуму контакт горячего проводника с корпусом. В идеале, конечно, вы не хотите, чтобы какой-либо из проводов случайно соприкасался с токопроводящим корпусом прибора, но обычно есть способы спроектировать расположение частей, чтобы сделать случайный контакт менее вероятным для одного провода, чем для другого.

Однако эта профилактическая мера эффективна только в том случае, если может быть гарантирована полярность вилки питания. Если вилку можно перевернуть, то проводник с большей вероятностью соприкоснется с корпусом вполне может быть «горячим»:

Рисунок 1.33 Напряжение между корпусом и землей

Устройства, разработанные таким образом, обычно поставляются с «поляризованными» вилками, причем один контакт вилки немного уже, чем другой. Розетки питания также имеют такую ​​же конструкцию, причем один слот уже другой.Следовательно, вилку нельзя вставить «задом наперед», и можно гарантировать идентичность проводника внутри устройства. Помните, что это никак не влияет на основные функции устройства: это делается исключительно ради безопасности пользователя.

Некоторые инженеры решают проблему безопасности, просто делая внешний корпус прибора непроводящим. Такие приборы называются с двойной изоляцией, , поскольку изолирующий кожух служит вторым слоем изоляции над и за пределами самих проводов.Если провод внутри устройства случайно войдет в контакт с корпусом, это не представляет опасности для пользователя устройства.

Другие инженеры решают проблему безопасности, поддерживая проводящий корпус, но используя третий провод для надежного соединения этого корпуса с землей:

Рис. 1.34. Нулевое напряжение корпуса заземления между корпусом и землей

Третий контакт на шнуре питания обеспечивает прямое электрическое соединение корпуса устройства с землей, делая две точки электрически общими друг с другом.Если они электрически общие, то между ними не может быть падения напряжения. По крайней мере, так оно и должно работать. Если горячий провод случайно коснется металлического корпуса прибора, он вызовет прямое короткое замыкание обратно на источник напряжения через провод заземления, сработав любые устройства защиты от сверхтоков. Пользователь устройства останется в безопасности.

Вот почему так важно никогда не отрезать третий контакт вилки питания, когда пытаетесь вставить его в розетку с двумя контактами.Если это будет сделано, не будет заземления корпуса прибора для обеспечения безопасности пользователя (ей). Прибор по-прежнему будет функционировать должным образом, но в случае внутренней неисправности, приводящей к контакту горячей проволоки с корпусом, результаты могут быть смертельными. Если необходимо использовать двухконтактную розетку , можно установить двухконтактный переходник розетки с заземляющим проводом, прикрепленным к винту заземляющей крышки. Это обеспечит безопасность заземленного прибора, подключенного к розетке этого типа.

Однако электрически безопасное проектирование не обязательно заканчивается нагрузкой. Последнюю защиту от поражения электрическим током можно установить на стороне источника питания цепи, а не на самом приборе. Эта мера защиты называется , обнаружение замыкания на землю , и работает она следующим образом:

В правильно функционирующем приборе (показанном выше) ток, измеренный через провод под напряжением, должен быть точно равен току через нейтральный проводник, потому что существует только один путь для прохождения электронов в цепи.Если внутри прибора нет неисправности, нет соединения между проводниками цепи и человеком, касающимся корпуса, и, следовательно, нет удара.

Если, однако, горячая проволока случайно коснется металлического корпуса, через человека, касающегося корпуса, пройдет ток. Наличие тока разряда будет проявляться как разница тока между двумя силовыми проводниками в розетке:

Рисунок 1.35 Разница в токе между двумя силовыми проводниками в розетке

Эта разница в токе между «горячим» и «нейтральным» проводниками будет существовать только в том случае, если есть ток через заземление, что означает, что в системе есть неисправность.Следовательно, такая разница тока может использоваться как способ обнаружения неисправного состояния. Если устройство настроено для измерения этой разницы в токе между двумя силовыми проводниками, обнаружение дисбаланса токов можно использовать для запуска размыкания выключателя, тем самым отключая питание и предотвращая серьезный удар:

Рисунок 1.36 Прерыватели тока замыкания на землю

Такие устройства называются прерывателями тока замыкания на землю , или сокращенно GFCI. За пределами Северной Америки GFCI также известен как предохранительный выключатель, устройство защитного отключения (RCD), RCBO или RCD / MCB в сочетании с миниатюрным автоматическим выключателем или выключателем утечки на землю (ELCB).Они достаточно компактны, чтобы их можно было встроить в розетку. Эти розетки легко идентифицировать по их характерным кнопкам «Тест» и «Сброс». Большим преимуществом использования этого подхода для обеспечения безопасности является то, что он работает независимо от конструкции устройства. Конечно, использование прибора с двойной изоляцией или заземлением в дополнение к розетке GFCI было бы еще лучше, но приятно знать, что что-то может быть сделано для повышения безопасности помимо конструкции и состояния прибора.

Прерыватель цепи дугового замыкания (AFCI) , автоматический выключатель, предназначенный для предотвращения пожаров, предназначен для размыкания при прерывистых резистивных коротких замыканиях. Например, обычный выключатель на 15 А спроектирован так, чтобы быстро размыкать цепь, если нагрузка намного превышает номинальную 15 А, то есть медленнее, немного превышая номинальную. Хотя это защищает от прямого короткого замыкания и нескольких секунд перегрузки, соответственно, он не защищает от дуги — аналогично дуговой сварке. Дуга — это сильно изменяющаяся нагрузка, периодически достигающая максимума более 70 А, разомкнутая цепь с переходами через ноль переменного тока.Хотя среднего тока недостаточно для срабатывания стандартного выключателя, его достаточно, чтобы разжечь пожар. Эта дуга может быть создана из-за металлического короткого замыкания, которое сжигает металл, оставляя резистивную распыляющую плазму ионизированных газов.

AFCI содержит электронную схему для определения этого прерывистого резистивного короткого замыкания. Он защищает как от дуги от горячего к нейтральному, так и от горячего к заземлению. AFCI не защищает от опасности поражения электрическим током, как GFCI. Таким образом, GFCI по-прежнему необходимо устанавливать на кухне, в ванной и на открытом воздухе.Поскольку AFCI часто срабатывает при запуске больших двигателей и, в более общем смысле, щеточных двигателей, его установка ограничена электрическими цепями в спальнях согласно Национальному электротехническому кодексу США. Использование AFCI должно уменьшить количество электрических пожаров. Однако неприятные срабатывания при работе приборов с двигателями в цепях AFCI представляют собой проблему.

  • В энергосистемах одна сторона источника напряжения часто подключается к заземлению для обеспечения безопасности в этой точке.
  • «Заземленный» провод в энергосистеме называется нейтральным проводником , а незаземленный провод — горячим проводом .
  • Заземление в энергосистемах требуется для личной безопасности, а не для работы нагрузки (ей).
  • Электробезопасность прибора или других нагрузок может быть улучшена за счет хорошей инженерии: поляризованные вилки, двойная изоляция и трехконтактные вилки с «заземлением» — все это способы повышения безопасности на стороне нагрузки.
  • Прерыватели тока замыкания на землю (GFCI) работают, определяя разницу в токе между двумя проводниками, подающими питание на нагрузку.Никакой разницы в токе быть не должно. Любая разница означает, что ток должен входить в нагрузку или выходить из нее каким-либо образом, кроме двух основных проводов, что нехорошо. Значительная разница в токе автоматически откроет механизм размыкающего переключателя, полностью отключив питание.

Обычно допустимая токовая нагрузка проводника является пределом конструкции схемы, который нельзя намеренно превышать, но есть приложение, в котором ожидается превышение допустимой токовой нагрузки: в случае предохранителей .

Что такое предохранитель?

A Предохранитель представляет собой устройство электробезопасности, построенное вокруг токопроводящей ленты, которая предназначена для плавления и разделения в случае чрезмерного тока. Предохранители всегда подключаются последовательно с компонентом (ами), который должен быть защищен от перегрузки по току, так что, когда плавкий предохранитель перегорает (размыкается), он размыкает всю цепь и останавливает ток через компонент (ы). Плавкий предохранитель, включенный в одну ветвь параллельной цепи, конечно, не повлияет на ток, протекающий через любую из других ветвей.

Обычно тонкий кусок плавкой проволоки помещается в защитную оболочку, чтобы свести к минимуму опасность дугового разряда в случае прорыва проволоки с большой силой, что может произойти в случае сильных перегрузок по току. В случае небольших автомобильных предохранителей оболочка прозрачна, так что плавкий элемент может быть визуально осмотрен. В жилых помещениях обычно используются ввинчиваемые предохранители со стеклянным корпусом и тонкой узкой полосой из металлической фольги посередине. Фотография, на которой показаны оба типа предохранителей, представлена ​​здесь:

Рисунок 1.37 Типы предохранителей

Предохранители картриджного типа популярны в автомобилях и в промышленности, если они изготовлены из материалов оболочки, отличных от стекла. Поскольку предохранители рассчитаны на «отказ» срабатывания при превышении их номинального тока, они обычно предназначены для легкой замены в цепи. Это означает, что они будут вставлены в какой-либо тип держателя, а не припаиваться или прикрепляться болтами к проводникам схемы. Ниже приведена фотография, на которой изображена пара предохранителей со стеклянным картриджем в держателе с несколькими предохранителями:

Рисунок 1.38 Стеклянный патрон с предохранителями Держатель нескольких предохранителей

Предохранители удерживаются пружинными металлическими зажимами, причем сами зажимы постоянно соединены с проводниками цепи. Основной материал держателя предохранителя (или блока предохранителей , как их иногда называют) выбран как хороший изолятор.

Другой тип держателя предохранителей патронного типа обычно используется для установки в панелях управления оборудованием, где желательно скрыть все точки электрического контакта от контакта с человеком.В отличие от только что показанного блока предохранителей, где все металлические зажимы открыты, этот тип держателя предохранителя полностью закрывает предохранитель в изоляционном корпусе:

Рисунок 1.39 Патрон предохранителя закрывает изолирующий кожух

Наиболее распространенным устройством защиты от перегрузки по току в сильноточных цепях сегодня является автоматический выключатель .

Что такое автоматический выключатель?

Автоматические выключатели — это специально разработанные переключатели, которые автоматически размыкаются для отключения тока в случае перегрузки по току.Малые автоматические выключатели, например, используемые в жилых, коммерческих и легких промышленных предприятиях, имеют термическое управление. Они содержат биметаллическую полосу (тонкую полоску из двух металлов, соединенных спина к спине), несущую ток цепи, которая изгибается при нагревании. Когда биметаллическая полоса создает достаточную силу (из-за чрезмерного нагрева полосы), срабатывает механизм отключения, и прерыватель размыкается. Автоматические выключатели большего размера автоматически активируются силой магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками внутри выключателя, или могут срабатывать для отключения от внешних устройств, контролирующих ток цепи (эти устройства называются защитными реле , ).

Поскольку автоматические выключатели не выходят из строя в условиях перегрузки по току — скорее, они просто размыкаются и могут быть повторно включены путем перемещения рычага — они с большей вероятностью будут обнаружены подключенными к цепи более прочным образом, чем предохранители. Фотография маленького автоматического выключателя представлена ​​здесь:

Рисунок 1.40. Малый автоматический выключатель

Снаружи он выглядит не более чем выключателем. В самом деле, его можно было использовать как таковое. Однако его истинная функция — работать как устройство защиты от перегрузки по току.

Следует отметить, что в некоторых автомобилях используются недорогие устройства, известные как плавкие вставки , для защиты от перегрузки по току в цепи зарядки аккумулятора из-за стоимости предохранителя и держателя надлежащего номинала. Плавкая вставка — это примитивный предохранитель, представляющий собой не что иное, как короткий кусок провода с резиновой изоляцией, предназначенный для плавления в случае перегрузки по току, без какой-либо твердой оболочки. Такие грубые и потенциально опасные устройства никогда не используются в промышленности или даже в жилых помещениях, в основном из-за встречающихся более высоких уровней напряжения и тока.По мнению автора, их применение даже в автомобильных схемах вызывает сомнения.

Обозначение на электрической схеме для предохранителя представляет собой S-образную кривую:

Рисунок 1.41 S-образная кривая

Номинальные характеристики предохранителя

Предохранители

, как и следовало ожидать, в основном рассчитаны на ток: ампер. Хотя их работа зависит от самовыделения тепла в условиях чрезмерного тока за счет собственного электрического сопротивления предохранителя, они спроектированы так, чтобы вносить незначительное дополнительное сопротивление в цепи, которые они защищают.В основном это достигается за счет того, что плавкий провод делается как можно короче. Точно так же, как допустимая нагрузка на обычный провод не связана с его длиной (сплошной медный провод 10 калибра выдерживает ток 40 ампер на открытом воздухе, независимо от длины или короткого отрезка), плавкий провод из определенного материала и калибра будет дуть при определенном токе независимо от того, как долго он длится. Поскольку длина не является фактором в текущем рейтинге, чем короче она может быть сделана, тем меньшее сопротивление будет между концом и концом.

Однако разработчик предохранителя также должен учитывать, что происходит после сгорания предохранителя: оплавленные концы сплошного провода будут разделены воздушным зазором с полным напряжением питания между концами.Если предохранитель недостаточно длинный в цепи высокого напряжения, искра может перескочить с одного из концов расплавленного провода на другой, снова замкнув цепь:

Рисунок 1.42 Принципиальная схема конструктора предохранителей Рисунок 1.43 Принципиальная схема конструктора предохранителей

Следовательно, предохранители рассчитываются с учетом их допустимого напряжения, а также уровня тока, при котором они сработают.

Некоторые большие промышленные предохранители имеют сменные проволочные элементы для снижения затрат. Корпус предохранителя представляет собой непрозрачный картридж многоразового использования, который защищает провод предохранителя от воздействия и защищает окружающие предметы от провода предохранителя.

Номинальный ток предохранителя — это нечто большее, чем просто цифра. Если через предохранитель на 30 ампер пропускается ток в 35 ампер, он может внезапно перегореть или с задержкой перед перегоранием, в зависимости от других аспектов его конструкции. Некоторые предохранители предназначены для очень быстрого срабатывания, в то время как другие рассчитаны на более скромное время «срабатывания» или даже на замедленное срабатывание в зависимости от области применения. Последние иногда называют плавкими предохранителями с задержкой срабатывания из-за их преднамеренной выдержки времени.

Классическим примером применения плавкого предохранителя с задержкой срабатывания является защита электродвигателя, где пусковой ток обычно в десять раз превышает нормальный рабочий ток каждый раз, когда двигатель запускается с полной остановки. Если бы в таком приложении использовались быстродействующие предохранители, двигатель никогда бы не запустился, потому что при нормальных уровнях пускового тока плавкий предохранитель (и) немедленно перегорел бы! Конструкция плавкого предохранителя такова, что элемент плавкого предохранителя имеет большую массу (но не большую допустимую нагрузку), чем эквивалентный быстродействующий предохранитель, что означает, что он будет нагреваться медленнее (но до той же конечной температуры) для любого заданного количества. тока.

На другом конце диапазона действия предохранителей находятся так называемые полупроводниковые предохранители , предназначенные для очень быстрого размыкания в случае перегрузки по току. Полупроводниковые устройства, такие как транзисторы, как правило, особенно нетерпимы к условиям перегрузки по току и, как таковые, требуют быстродействующей защиты от сверхтоков в мощных приложениях.

Предохранители всегда должны размещаться на «горячей» стороне нагрузки в заземленных системах. Это сделано для того, чтобы нагрузка была полностью обесточена во всех отношениях после срабатывания предохранителя.Чтобы увидеть разницу между плавлением «горячей» стороны и «нейтральной» стороны нагрузки, сравните эти две схемы:

Рисунок 1.44 Принципиальная схема конструктора предохранителей Рисунок 1.45 Принципиальная схема конструктора предохранителей

В любом случае предохранитель успешно прервал ток в нагрузке, но нижняя цепь не может прервать потенциально опасное напряжение с обеих сторон нагрузки на землю, где может стоять человек . Первая схема намного безопаснее.

Как было сказано ранее, предохранители — не единственный используемый тип устройства защиты от сверхтоков.Переключатели, называемые автоматическими выключателями , часто (и чаще) используются для размыкания цепей с чрезмерным током, их популярность связана с тем, что они не разрушают себя в процессе размыкания цепи, как предохранители. В любом случае, размещение устройства защиты от сверхтоков в цепи будет соответствовать тем же общим правилам, перечисленным выше: а именно, «предохранить» сторону источника питания , а не , подключенную к земле.

Хотя размещение защиты от перегрузки по току в цепи может определять относительную опасность поражения электрическим током в этой цепи при различных условиях, следует понимать, что такие устройства никогда не предназначались для защиты от поражения электрическим током.Ни предохранители, ни автоматические выключатели не предназначены для отключения в случае поражения электрическим током; скорее, они предназначены для открытия только в условиях потенциального перегрева проводника. Устройства максимального тока в первую очередь защищают проводники цепи от повреждения из-за перегрева (и опасности возгорания, связанной с чрезмерно горячими проводниками), и, во вторую очередь, защищают определенные части оборудования, такие как нагрузки и генераторы (некоторые быстродействующие предохранители предназначены для защиты особенно чувствительных электронных устройств. к скачкам тока).Поскольку уровни тока, необходимые для поражения электрическим током или поражения электрическим током, намного ниже, чем нормальные уровни тока обычных силовых нагрузок, состояние перегрузки по току не указывает на возникновение удара током. Существуют и другие устройства, предназначенные для обнаружения определенных условий удара (детекторы замыкания на землю являются наиболее популярными), но эти устройства строго служат этой единственной цели и не связаны с защитой проводов от перегрева.

  • Предохранитель представляет собой небольшой тонкий проводник, предназначенный для плавления и разделения на две части с целью разрыва цепи в случае чрезмерного тока.
  • Автоматический выключатель — это специально разработанный переключатель, который автоматически размыкается для прерывания тока цепи в случае перегрузки по току. Они могут срабатывать (размыкаться) термически, магнитными полями или внешними устройствами, называемыми «реле защиты», в зависимости от конструкции выключателя, его размера и области применения.
  • Предохранители
  • в первую очередь рассчитаны на максимальный ток, но также рассчитаны на то, какое падение напряжения они будут безопасно выдерживать после прерывания цепи.
  • Предохранители
  • могут быть сконструированы так, чтобы срабатывать быстро, медленно или где-то посередине при одинаковом максимальном уровне тока.
  • Лучшее место для установки предохранителя в заземленной энергосистеме — на пути незаземленного проводника к нагрузке. Таким образом, при сгорании предохранителя к нагрузке останется только заземленный (безопасный) провод, что сделает безопаснее для людей находиться рядом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *