Что такое наводка в электричестве. Наводка в электричестве: как возникает и чем опасна для электрооборудования

alexxlabРазное
Что такое наведенное напряжение в электрических сетях. Как образуется электромагнитная наводка. Почему возникает опасность даже на обесточенных линиях. Какие меры защиты применяются для предотвращения несчастных случаев.

Содержание

Что такое наводка в электричестве и как она возникает

Наводка в электричестве — это явление возникновения напряжения в обесточенных электрических цепях под воздействием электромагнитного поля находящихся рядом проводников с током. Основные причины возникновения наведенного напряжения:

  • Электромагнитное поле работающих высоковольтных линий электропередач
  • Магнитное поле, создаваемое током в соседних проводниках
  • Электростатическое поле заряженных проводников

Наводка может возникать как на воздушных линиях электропередачи, так и в бытовых электросетях. Величина наведенного напряжения зависит от многих факторов:

  • Расстояние до источника электромагнитного поля
  • Протяженность участка параллельного прохождения проводников
  • Сила тока в работающей линии
  • Метеорологические условия

Механизм образования электромагнитной наводки

Электромагнитная наводка образуется за счет явления электромагнитной индукции. Когда по проводнику течет переменный ток, вокруг него создается переменное электромагнитное поле. Если рядом находится другой проводник, то под действием этого поля в нем индуцируется ЭДС и возникает наведенный ток.


Величина наведенного напряжения будет зависеть от следующих факторов:

  • Сила тока в работающей линии — чем больше ток, тем сильнее поле
  • Расстояние между проводниками — чем ближе, тем сильнее наводка
  • Длина параллельного участка — на большей длине накапливается больший потенциал
  • Частота тока — высокочастотные токи создают более сильные наводки

Опасность наведенного напряжения на обесточенных линиях

Наведенное напряжение представляет серьезную опасность даже на полностью обесточенных линиях электропередачи. Основные факторы риска:

  • Высокий потенциал — наведенное напряжение может достигать сотен и тысяч вольт
  • Отсутствие защитного отключения — обычные автоматы не срабатывают
  • Неожиданность для персонала — кажущаяся безопасность обесточенной линии
  • Сложность освобождения пострадавшего — ток не отключается автоматически

При проведении работ на отключенных ЛЭП обязательно выполнение защитных мероприятий от наведенного напряжения.

Способы защиты от наведенного напряжения

Для обеспечения безопасности при работах на отключенных линиях применяются следующие методы защиты от наведенного напряжения:


  • Наложение защитных заземлений на проводах и оборудовании
  • Соединение проводов линии между собой и заземление
  • Использование экранирующих комплектов для персонала
  • Применение изолирующих площадок и подставок
  • Установка временных шунтирующих перемычек

Только после выполнения всех защитных мероприятий допускается проведение работ на отключенной линии. Это позволяет избежать поражения персонала наведенным напряжением.

Наводки в бытовых электросетях

В домашних электрических сетях также может возникать явление наводки, хотя и гораздо меньшей величины. Основные причины появления наведенного напряжения в быту:

  • Близкое расположение силовых и слаботочных кабелей
  • Наводки от мощных электроприборов (холодильник, кондиционер)
  • Электромагнитные поля трансформаторных подстанций
  • Наводки от линий электропередачи вблизи дома

Обычно величина наводок в бытовых сетях не превышает нескольких вольт. Однако это может вызывать помехи в работе чувствительной электроники и аудиоаппаратуры.

Методы борьбы с наводками в домашних электросетях

Для уменьшения влияния наведенного напряжения в бытовых условиях применяются следующие способы:


  • Разнесение силовых и сигнальных кабелей на достаточное расстояние
  • Применение экранированных кабелей для слаботочных цепей
  • Использование фильтров и стабилизаторов напряжения
  • Качественное заземление электроприборов и розеток
  • Установка разделительных трансформаторов

При грамотном монтаже электропроводки и применении защитных устройств можно практически полностью избавиться от наводок в домашней сети.

Влияние наводок на работу электронной аппаратуры

Наведенное напряжение может оказывать негативное влияние на работу чувствительного электронного оборудования. Основные проблемы, вызываемые электромагнитными наводками:

  • Помехи и шумы в аудио- и видеоаппаратуре
  • Сбои в работе компьютерной техники
  • Ложные срабатывания датчиков и сенсоров
  • Искажение передаваемых данных
  • Выход из строя микросхем при сильных наводках

Для защиты электроники от наводок применяется экранирование, фильтрация питания, гальваническая развязка и другие методы помехозащиты.

Наводки как способ бесконтактной передачи энергии

Явление электромагнитной индукции, вызывающее наводки, может использоваться и для полезных целей — бесконтактной передачи электроэнергии. На этом принципе работают:


  • Беспроводные зарядные устройства для смартфонов
  • Индукционные плиты
  • Бесконтактные считыватели RFID-меток
  • Трансформаторы
  • Системы беспроводной зарядки электромобилей

Таким образом, наводка может быть как вредным побочным эффектом, так и полезным физическим явлением, находящим широкое применение в технике.


Наведенное напряжение и защита от него

Нередко возникают ситуации, когда даже обесточенные линии электропередачи и связанные с ними электроустановки, могут представлять серьезную опасность для обслуживающего персонала. Причиной этого становится наведенное напряжение, суть которого будет рассмотрена ниже. Данное явление иногда возникает и в быту, при эксплуатации обычных сетей 220 вольт.

Содержание

Почему возникает наведенное напряжение

Во многих случаях наведенное напряжение появляется на обесточенных воздушных линиях электропередач, выведенных из эксплуатации в ремонт. Основным условием его возникновения считается электромагнитное поле, расположенное возле высоковольтной линии. Данная воздушная линия, проходящая параллельно с отключенной линией, производит наведение стороннего потенциала. Это и будет наиболее простым ответом на вопрос, что такое наведенное напряжение.

Значение этого параметра постоянно изменяется, в зависимости от влияния определенных факторов, таких как протяженность участка, расстояние до фазных проводов, те или иные метеорологические условия.

Потенциал, наведенный на отключенную воздушную линию, состоит из двух активных составляющих – электромагнитной и электростатической.

  • Электромагнитная составляющая образуется под влиянием магнитного поля. Само поле, в свою очередь, возникает под действием тока, протекающего по высоковольтной линии, расположенной рядом. Его величина будет оставаться неизменной даже при наличии заземления, устроенного в нескольких местах. Под действием заземления может измениться лишь место, где расположена точка с нулевым потенциалом.
  • Электростатическую часть, наоборот, можно нейтрализовать с помощью заземляющей системы, которая устраивается на концах линии и в местах проведения работ. Величина наведенного напряжения снижается, если заземление выполнено хотя-бы в одной точке высоковольтной линии.

Теоретически возникновение наведенного напряжения происходит в следующем порядке. Если по проводнику течет переменный ток, то вокруг него будет создаваться электромагнитное поле. Интенсивность поля будет снижаться при постепенном удалении от проводника.

Кроме того, в электромагнитном поле наблюдается изменение пульсаций, когда направление и величина тока также изменяются. Если в зону действия поля попадет какой-либо другой проводник, в нем будет индуцировано наведенное напряжение. Значение напряжения определяется с помощью подключенных измерительных приборов. Таким образом определяется степень опасности для работающего персонала.

Например, если отключенная высоковольтная линия будет находиться под напряжением, не превышающим 25 вольт, ремонтные работы можно выполнять в обычных защитных средствах. Когда это значение будет превышено, потребуется проведение специальных технических мероприятий, использование дополнительных средств защиты.

Опасность наведенного напряжения

Все, кто работает с электричеством следует помнить, что в отличие от обычного рабочего, наведенное напряжение — это очень опасное явление, от которого не спасают традиционные защитные устройства и аппаратура. Когда кто-нибудь из ремонтного персонала попадает под его воздействие, он будет находиться в таком состоянии, пока не будет с посторонней помощью освобожден от негативного влияния. В такой же ситуации при рабочем напряжении происходит срабатывание защиты и автоматическое отключение цепи.

Отрицательно влияет и короткое замыкание. Когда замыкание случается на рабочей линии, многократное превышение тока захватывает и отключенную воздушную линию. Работающий персонал может получить ожоги, а в некоторых случаях не исключается летальный исход. Поэтому, даже если сеть полностью отключена, все равно необходимо соблюдение всех правил электробезопасности на линии.

Если же человек все-таки попал под влияние наведенного напряжения, следует как можно быстрее остановить течение тока через тело. Одним из спасательных технических мероприятий становится соединение с землей опасной части электроустановки. Самое простое, что можно сделать в данной ситуации, это убрать провод с помощью любого изолированного предмета.

Возникновение наводки в бытовых условиях

По мнению многих специалистов возникновение наведенного напряжения вполне возможно и в бытовых условиях, в домашней электрической сети напряжением 220 вольт.

Чаще всего это явление возникает в проводе, проложенном рядом с другим проводником, находящимся под напряжением. Визуально это проявляется чуть заметным свечением диодных лампочек, когда выключатель находится в отключенном состоянии и означает, что рядом с обесточенным проводом очень близко проложена фазная жила. Под действием электромагнитного поля возникает наводка незначительной величины. В некоторых случаях наведенное напряжение может появиться и в розетке из-за обрыва нулевого проводника.

О чем гудит трансформатор

Доводилось ли вам слышать, как гудит трансформатор? Этот монотонный 50-герцевый (50 колебаний в секунду) гул кого угодно выведет из себя. Однако монотонный он лишь для нашего невооруженного слуха. Точный прибор без труда покажет, что несущая частота переменного тока в розетке постоянно гуляет. К примеру, российский ГОСТ допускает колебания частоты в сети в пределах ±0,2 Гц.

В то же время современные энергетические системы устроены таким образом, что все их компоненты работают синхронно. Все трансформаторы города одновременно поют одну и ту же ноту. И иногда их песня может рассказать о совершенном преступлении. Так, в частности, случилось в громком деле лондонской полиции против криминального трио Хьюма Бента, Карлоса Мокриэффе и Кристофера Маккензи, обвиненных в незаконной торговле оружием. Главным доказательством стала диктофонная запись сделки, сделанная полицейским под прикрытием.

Защита усомнилась в подлинности улики, заявив, что фонограмма была смонтирована. Доказать аутентичность записи, а также подтвердить, в какой день и час она была сделана, удалось доктору Алану Куперу, заведующему лабораторией криминалистических исследований полиции Метрополитан. Благодаря тому, что в течение последних восьми лет доктор Купер непрерывно записывал сигнал из электрической розетки (ту самую «песню трансформаторов»), а затем опознал знакомую «мелодию» в едва заметных электромагнитных наводках на оперативной записи, преступники отправились за решетку на 33 года.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В эфире — радио ТЭС

Электрические провода, окружающие нас повсюду, невольно представляют собой гигантские антенны. Ток, проходящий по ним с частотой порядка 50 Гц, порождает магнитное поле, также известное как электромагнитные наводки. Высоковольтные линии, крупные электродвигатели, дроссели люминесцентных ламп, крупные электрические приборы — все они транслируют в эфир «трансформаторную арию».

Электрические компоненты аналоговых аудиоприборов также охотно принимают эти наводки. В этом вы можете легко убедиться, прислушавшись к радиоприемнику в паузах между музыкальными фрагментами или включив мощный усилитель на полную громкость.

Практически на любой записи, сделанной с помощью аналогового оборудования (например, кассетного диктофона), можно обнаружить наводки. Их фиксирует и цифровой диктофон, ведь его микрофон преобразует звук в аналоговый электрический сигнал, который затем оцифровывается.

Чтобы сохранить отпечаток несущей частоты сети, диктофону не обязательно даже обладать характеристиками, позволяющими ему записывать 50-герцевый сигнал. Во-первых, наводки — это не звук, а электромагнитные волны, и ограниченный частотный диапазон микрофона для них не помеха. А во-вторых, взаимодействуя с полезным сигналом, наводки образуют кратные гармоники в районе 100, 150, 200 Гц и т. д. Так что их след можно найти даже в диапазоне человеческой речи.

Разумеется, наводки и их гармоники намного слабее полезного сигнала, ведь производители аудиозаписывающего оборудования всеми силами борются за снижение паразитных шумов и улучшение качества звука. Однако профессиональные аудиоинтерфейсы и современный софт, которым пользуются эксперты, позволяют оцифровать и подвергнуть компьютерному анализу даже самые слабые составляющие сигнала.

Специалисты Университета Мэриленда разработали алгоритм, с помощью которого наводки можно не только «услышать» на фонограмме, но и «увидеть» на видеозаписи. Мерцание находящихся в кадре люминесцентных ламп, соответствующее частоте тока в сети, приводит к колебаниям яркости кадра, незаметным невооруженному глазу, но пригодным для компьютерного анализа.

Роль личности в истории

Чуть более десяти лет назад румынский специалист Каталин Григораш предположил, что характер колебаний частоты тока в сети так же уникален для определенной единицы времени, как отпечаток пальца для человека. Логика доктора Григораша вполне понятна: частота в единой энергетической сети (речь идет о колебаниях в тысячные доли герца) определяется нагрузкой, то есть действиями миллионов потребителей, которые невозможно предсказать. Если нагрузка растет, частота падает, и наоборот.

Конечно, если лично вы выключите ночник на полчаса раньше, на частоте тока это не отразится. Однако если в вашем городе сегодня вечером проходит футбольный матч на многотысячном стадионе, в соседнем поселке днем запустился новый завод, а все телевизоры страны показывают телемост с президентом, то доктор Григораш получит желанные колебания в своей электрической летописи. Чем больше городов, предприятий и электростанций объединяет в себе сеть, чем сложнее ее структура, тем ярче каждый день ее жизни отпечатывается в истории.

На помощь рассуждениям приходит статистика. По данным Института криминалистики Нидерландов, для точного определения, в какой день и час была сделана запись, нужно иметь фонограмму с длительностью чуть более десяти минут.

Танец генераторов

Метод установления даты и времени аудиозаписи по анализу наводок впервые был использован в английском суде, и это вовсе не случайность. На территории Великобритании действует единая энергетическая сеть, и для работы с записями со всех уголков страны достаточно всего одной базы данных частоты тока в национальной сети.

Как это возможно, что в электрических артериях каждого прибора по всей стране бьется одинаковый пульс? Ведь потребности сети в электричестве обеспечиваются с помощью множества электростанций разного типа, размера и мощности. Тысячи генераторов разных моделей приводятся паровыми и гидротурбинами. Неужели их валы вращаются с абсолютно одинаковой скоростью и абсолютно одинаково реагируют на изменение нагрузки в сети, с точностью до тысячных долей герца?

Как это ни парадоксально, ответ на этот вопрос — «да», и поблагодарить за это мы должны Николу Теслу и Михаила Доливо-Добровольского, создавших трехфазный синхронный электродвигатель, он же генератор. Принцип работы синхронной машины более подробно объясняется во врезке. Важнейшее ее свойство заключается в стремлении привести частоту вращения вала в точное соответствие с частотой электрического тока в сети.

Кассетный диктофон. Лентопротяжный механизм – богатый источник всевозможных циклических сигналов. Его двигатель вращается неравномерно, и при разных позициях щеток скорость вращения слегка возрастает или убывает. Ролики могут быть не совсем круглыми, прижим ленты – не совсем равномерным, сама лента – неодинаково плотной, толстой и скользкой. По мере наматывания ленты на ролик фактически изменяется его диаметр, и скорость движения ленты равномерно растет. Нарушение цикличности или равномерности в соответствующих процессах при воспроизведении – повод заподозрить монтаж.
Цифровой диктофон. Цифровые данные записываются на флэш-память порциями. Данные сначала накапливаются в кэш (как правило, 512 байт), а затем передаются на флэшку. Процесс передачи весьма энергоемкий, поэтому в этот момент напряжение в аналоговых цепях диктофона падает. В результате на записи наблюдаются периодические понижения уровня сигнала. Если данная периодичность нарушается, нужно держать ухо востро.

Если синхронный генератор на электростанции отстает от частоты сети, в нем возникает крутящий момент, заставляющий машину наверстать упущенное. Генератор превращается в электродвигатель, и чем сильнее его отставание, тем больший момент он развивает. При опережении частоты сети в генераторе возникает тормозной момент, при этом машина отдает энергию в сеть. Этот эффект называется синхронизмом, и он очень силен.

Синхронная работа генераторов крайне важна для здоровья сети. Небольшая рассинхронизация приводит к повышенному износу и даже разрушению силовых машин за счет того самого реактивного момента. Значительная рассинхронизация приводит к опаснейшим скачкам напряжения в сети, чреватым выходом из строя бытовых электроприборов и целых электростанций. Каскадная авария московской энергосистемы 2005 года наглядно продемонстрировала, как отказ одной крупной электростанции и следующее за ним падение напряжения и частоты тока приводит к последовательному вынужденному отключению других станций и краху всей сети.

Частота тока — один из главных показателей качества электроэнергии. Именно на нее ориентируются системы автоматической регулировки мощности на электростанциях, в частности клапаны на паровых турбинах. Каждая станция своими силами пытается вернуться к эталонным 50 Гц, однако синхронизм настолько силен, что все генераторы разгоняются и тормозят в едином ритме, как слаженный оркестр.

Единая энергетическая сеть России покрывает восемь часовых поясов. Система состоит из 69 региональных энергосистем, и все они соединены друг с другом в синхронном режиме. Столь крупная сеть требует протяженных и дорогостоящих высоковольтных линий, однако предоставляет ряд неоспоримых преимуществ. Это и строительство крупных и более эффективных электростанций, и способность перебрасывать энергию туда, где она требуется в данный момент, и, конечно же, возможность вести базу данных частот для целых регионов.

Конечно, Россия несколько больше Англии, и если вы позвоните по телефону из Петербурга во Владивосток, то на записи разговора обнаружите несколько наводок с разными частотами. Именно эта разница в частотах позволяет перебрасывать мощность из одних регионов в другие. Однако 69 синхронных региональных энергосистем достаточно стабильны, чтобы в каждой из них метод работал надежно.

Время заметает след

Приятно сознавать, что перспективная криминалистическая технология имеет российские корни. Главный эксперт компании «Центр речевых технологий» Сергей Коваль рассказал нам о том, что анализ наводок сети переменного тока с начала 1990-х применялся им для установления аутентичности фонограмм. С вышеупомянутыми допущениями такой сигнал представляет собой синусоиду, и если запись смонтирована, можно заметить, как эта синусоида разрывается в месте склейки. Если разные части фонограммы были записаны в разных условиях, заметно изменение не только по фазе, но и по амплитуде, и по частоте.

В энергетических артериях страны течет трехфазный электрический ток. В наших домах мы привыкли видеть розетки с двумя контактами, потому что для питания бытовых электрических приборов одной фазы вполне достаточно. На промышленные предприятия подаются все три фазы. Принято говорить, что смещение между ними – 120 градусов.
Статор синхронного электродвигателя (генератора) содержит три обмотки, установленные под углом 120 градусов друг к другу. На каждую из них подается переменный электрический ток в одной из трех фаз. Обмотки статора создают вращающееся электромагнитное поле. Частота вращения соответствует частоте тока – 50 Гц.
Ротор двигателя представляет собой обмотку, концы которой замкнуты накоротко. Наиболее естественный режим работы двигателя – холостой ход, при котором ротор вращается с точно такой же скоростью, как и магнитное поле. Если пренебречь силами сопротивления, то в этом режиме в роторе отсутствует наведенная электродвижущая сила (ЭДС), двигатель не потребляет энергию и больше напоминает трансформатор.
Если ротор отстанет от вращающегося поля, в нем возникнет ЭДС, и величина ее будет тем больше, чем больше угол отклонения. При этом машина становится двигателем и потребляет энергию из сети.
Если ротор обгонит вращающееся поле, в нем возникнет ЭДС противоположного направления, замедляющая вращение. При этом машина становится генератором и отдает энергию в сеть.
Таким образом синхронная машина всегда стремится привести свой ход в соответствие с частотой тока в сети, и стремление это тем сильнее, чем больше отклонение.

С докладом об этом Сергей Львович выступал на московской конференции Европейского общества судебной акустики в 2004 году. На конференции присутствовал и Каталин Григораш.

К сожалению, время накладывает на перспективный метод экспертизы все больше ограничений. В частности, записанный разговор по мобильному телефону нельзя анализировать таким способом. Стандарт GSM предусматривает крайне плотное сжатие звукового сигнала, в котором сохраняется лишь приблизительная информация о тембральной окраске голоса, а слабые гармоники полностью уничтожаются. Чтобы почувствовать эту «приблизительность», достаточно попробовать послушать музыку по мобильному телефону.

Кроме того, если беседа записывается программными средствами телефона (встроенным диктофоном), сигнал не проходит через аналоговые цепи и, следовательно, не может включить в себя электромагнитные наводки.

Наконец, алгоритмы сжатия совершенствуются и все лучше отличают полезный сигнал, который нужно сберечь, от вредных шумов, которые нужно удалить. Формат МP3 с переменным разрешением уже не позволяет полностью восстановить картину изменений частоты в сети.

К счастью, специально для правоохранительных органов производятся диктофоны с функцией цифровой подписи и «водяных знаков»: в фонограмму специально добавляется неразличимый на слух кодирующий сигнал, позволяющий с высочайшей точностью подтвердить время записи и отсутствие склеек.

Структура электрогитары: Что такое звукосниматели? — Руководство по музыкальным инструментам

Устройство электрогитары: что такое звукосниматели? — Руководство по музыкальным инструментам — Yamaha Corporation

Внутри звукоснимателя находится магнит и катушка.

Звукосниматель можно назвать «сердцем» электрогитары. Это устройство преобразует колебания струн в электричество и встраивается в корпус гитары прямо под струнами. В звукоснимателях используются катушки, которые вы, возможно, помните по школьным экспериментам. Звукосниматель электрогитары состоит из черной катушки с шестью вставленными магнитными стержнями и материала, такого как эмалированная проволока, намотанная вокруг магнитов. Шесть магнитов используются для лучшего улавливания звука от шести жал. В некоторых звукоснимателях вместо магнитов используются металлические стержни. В этом случае под шпульку подкладывается длинный и узкий магнит.

В бобину вставляются магниты, затем наматываются эмалированной проволокой. Эмалевый провод имеет диаметр около 0,05 мм.

Зачем использовать катушку?

Катушки также используются в телефонах и ручных микрофонах. Катушки и магниты можно использовать для преобразования звука в электричество даже без электричества. Это работает, потому что электрический ток протекает через катушку, когда магнитное тело перемещается по магниту и катушке. В электрогитаре стальные струны действуют как магнитные тела. Происходит изменение электрического тока в зависимости от частоты, с которой колеблются струны. Волна частоты струн и волна электрического тока имеют тенденцию работать вместе, и звукосниматель использует это свойство для преобразования звука в электричество.

Как работают пикапы

Есть секрет того, как намотана катушка

Хотя принцип работы катушки довольно прост, звук будет меняться в зависимости от того, сколько раз катушка намотана или даже от того, как она намотана.
Хотя намотка катушки увеличит громкость звука, если намотать слишком сильно, звук станет приглушенным. Даже после намотки катушки сотни или тысячи раз звук все равно может измениться, если катушку затем намотать даже несколько десятков раз.

Между тем, вопрос о том, как намотана катушка, касается размера зазора в последующих обмотках после первого витка. Эти зазоры невероятно малы: всего 1/100 миллиметра. Увеличение размера зазора улучшает высокие частоты. Все становится еще сложнее — высота намотки и даже площадь поверхности обмотки (если смотреть сверху) будут влиять на звук.

Шумоподавление

Звукосниматели для электрогитар могут иметь одну или две катушки. Звукосниматель с одной катушкой называется звукоснимателем с одной катушкой, а звукосниматель с двумя катушками называется звукоснимателем-хамбакером.
Хотя катушки чувствительны к внешнему шуму, две катушки в хамбакере гасят шум друг друга (подавление гула), помогая уменьшить шум. И наоборот, звукосниматели с одной катушкой не обеспечивают никакого шумоподавления, но обеспечивают четкий и чистый высокий тон.

Серебряные детали — звукосниматели. На фото изображены звукосниматели хамбакеры с двумя катушками под металлическими крышками.

Как работает подавление шума

Внешний шум (жужжание) зависит от того, как намотана катушка (и сколько раз катушка намотана), поэтому катушки A и B наматываются в противоположных направлениях для подавления шума, затем ориентация магнитных полюсов меняется на противоположную и фаза выходного сигнала выравнивается.

Руководство по музыкальным инструментам: электрогитара Содержание

Происхождение

  • Рождение электрогитары