Безопасное напряжение постоянного и переменного тока: Какие максимальные значения постоянного или переменного напряжения или тока можно считать безопасными?

Содержание

Какие максимальные значения постоянного или переменного напряжения или тока можно считать безопасными?

Типичное течение, чтобы убить здорового человека, много мА.

Минимальное количество, которое может быть вредным для человека, не имеющего идеального здоровья, может быть намного меньше, или, если ток может быть непосредственно под кожей непосредственно к сердцу, он, безусловно, будет меньше. Последнее является основной причиной, по которой медицинские блоки питания должны иметь утечку в диапазоне . См., Например, это , в котором есть ссылки на некоторые соответствующие стандарты (которые должны быть приобретены).μμ

На более общем (немедицинском) рынке вы можете сослаться (для целей США) на UL 508A 43.1.2, в котором (IIRC) указано 42,4 В постоянного тока / 30 В переменного тока RMS.

То, что немного меньше, чем обычная сумма, чтобы убить здорового человека, не может считаться «безопасным» при любых условиях. Меньше мер предосторожности необходимо при напряжениях менее 20-50 В при нормальном сопротивлении кожи, поэтому батареи на 9 В, автомобильные электрические системы на 12 В и трансформаторы на 18 В переменного тока обычно не убивают людей.

Этого напряжения более чем достаточно, чтобы вызвать ток, достаточный для того, чтобы убить вас, если приложить его под поверхностью кожи через сердце.

Высокое напряжение при ограниченном токе или ограниченной энергии, как правило, не является проблемой — статический заряд в тысячи вольт обычно вызывает лишь небольшой дискомфорт.

Для большинства целей 24 В пост. Тока или ниже будут считаться достаточно безопасными. Большинство (неэлектрических / гибридных) электрических систем находятся в этом диапазоне, 24 В постоянного тока является очень распространенным промышленным управлением, многие ноутбуки используют напряжение немного ниже 20 В постоянного тока для зарядных устройств и т. Д.

Тем не менее, для получения реального ответа вам следует выяснить все правила, применимые к вашей ситуации и вашей юрисдикции, и обеспечить соответствие каждому из этих требований.

Общие требования / ПУЭ 7 / Библиотека / Элек.ру

1.7.49. Токоведущие части электроустановки не должны быть доступны для случайного прикосновения, а доступные прикосновению открытые и сторонние проводящие части не должны находиться под напряжением, представляющим опасность поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электроустановки, так и при повреждении изоляции.

1.7.50. Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

  • основная изоляция токоведущих частей;
  • ограждения и оболочки;
  • установка барьеров;
  • размещение вне зоны досягаемости;
  • применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ, при наличии требований других глав ПУЭ, следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.

1.7.51. Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

  • защитное заземление;
  • автоматическое отключение питания;
  • уравнивание потенциалов;
  • выравнивание потенциалов;
  • двойная или усиленная изоляция;
  • сверхнизкое (малое) напряжение;
  • защитное электрическое разделение цепей;
  • изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

1.7.52. Меры защиты от поражения электрическим током должны быть предусмотрены в электроустановке или ее части либо применены к отдельным электроприемникам и могут быть реализованы при изготовлении электрооборудования, либо в процессе монтажа электроустановки, либо в обоих случаях.

Применение двух и более мер защиты в электроустановке не должно оказывать взаимного влияния, снижающего эффективность каждой из них.

1.7.53. Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Защита от прямого прикосновения не требуется, если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока во всех случаях.

Примечание. Здесь и далее в главе напряжение переменного тока означает среднеквадратичное значение напряжения переменного тока; напряжение постоянного тока — напряжение постоянного или выпрямленного тока с содержанием пульсаций не более 10% от среднеквадратичного значения.

1.7.54. Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно. Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

1. 7.55. Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство.

Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т.д. в течение всего периода эксплуатации.

В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению.

Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.

Для объединения заземляющих устройств разных электроустановок в одно общее заземляющее устройство могут быть использованы естественные и искусственные заземляющие проводники. Их число должно быть не менее двух.

1.7.56. Требуемые значения напряжений прикосновения и сопротивления заземляющих устройств при стекании с них токов замыкания на землю и токов утечки должны быть обеспечены при наиболее неблагоприятных условиях в любое время года.

При определении сопротивления заземляющих устройств должны быть учтены искусственные и естественные заземлители.

При определении удельного сопротивления земли в качестве расчетного следует принимать его сезонное значение, соответствующее наиболее неблагоприятным условиям.

Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и динамически стойкими к токам замыкания на землю.

1.7.57. Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с 1.7.78-1.7.79.

Требования к выбору систем TN-C, TN-S, TN-C-S для конкретных электроустановок приведены в соответствующих главах Правил.

1.7.58. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ переменного тока от источника с изолированной нейтралью с применением системы

IT следует выполнять, как правило, при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на открытые проводящие части, связанные с системой уравнивания потенциалов. В таких электроустановках для защиты при косвенном прикосновении при первом замыкании на землю должно быть выполнено защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети или применены УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. При двойном замыкании на землю должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с 1. 7.81.

1.7.59. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система

TT), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие:

где Ia — ток срабатывания защитного устройства;

Ra — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников — заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника.

1.7.60. При применении защитного автоматического отключения питания должна быть выполнена основная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.82, а при необходимости также дополнительная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.

7.83.

1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.

Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.

Повторное заземление электроустановок напряжением до 1 кВ, получающих питание по воздушным линиям, должно выполняться в соответствии с 1.7.102-1.7.103.

1.7.62. Если время автоматического отключения питания не удовлетворяет условиям 1.7.78-1.7.79 для системы TN и 1.7.81 для системы IT, то защита при косвенном прикосновении для отдельных частей электроустановки или отдельных электроприемников может быть выполнена применением двойной или усиленной изоляции (электрооборудование класса II), сверхнизкого напряжения (электрооборудование класса III), электрического разделения цепей изолирующих (непроводящих) помещений, зон, площадок.

1.7.63. Система IT напряжением до 1 кВ, связанная через трансформатор с сетью напряжением выше 1 кВ, должна быть защищена пробивным предохранителем от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора. Пробивной предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низкого напряжения каждого трансформатора.

1.7.64. В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью для защиты от поражения электрическим током должно быть выполнено защитное заземление открытых проводящих частей.

В таких электроустановках должна быть предусмотрена возможность быстрого обнаружения замыканий на землю. Защита от замыканий на землю должна устанавливаться с действием на отключение по всей электрически связанной сети в тех случаях, в которых это необходимо по условиям безопасности (для линий, питающих передвижные подстанции и механизмы, торфяные разработки и т.п.).

1.7.65. В электроустановках напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью для защиты от поражения электрическим током должно быть выполнено защитное заземление открытых проводящих частей.

1.7.66. Защитное зануление в системе TN и защитное заземление в системе IT электрооборудования, установленного на опорах ВЛ (силовые и измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители, конденсаторы и другие аппараты), должно быть выполнено с соблюдением требований, приведенных в соответствующих главах ПУЭ, а также в настоящей главе.

Сопротивление заземляющего устройства опоры ВЛ, на которой установлено электрооборудование, должно соответствовать требованиям гл.2.4 и 2.5.

Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов.

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

  • Для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500 кВ). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП.
  • В контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000 В.
  • В сетях до 1000 В для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги и прочее.
  • Для электросетей до 500 В, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов.
  • В качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.


Поток электронов идет строго по прямой линии, никак не колеблясь и не изменяясь. У такого тока нет частоты, потому что нет колебаний. Поток электронов (каждый электрон) двигается строго в одном направлении от «минуса» к «плюсу». Поэтому в батарейках так важно соблюдать полярность. Если подключите два «минуса» или два «плюса», ток просто не потечет.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – то есть если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели электротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12 В; для строительной техники, например, экскаваторов, бульдозеров используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24 В. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7 В.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой (-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). 

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц) означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном.

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза». Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220 В.

Переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Особенностями переменного однофазного тока являются:

  • Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
  • Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
  • Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.


Поток электронов постоянно колеблется с определенной частой (в 50 герц), образуя синусоиду (волнистую линию).
Поток электронов двигается как угодно, отдельные электроны в потоке тоже движутся хаотично. Для переменного тока не требуется соблюдать полярность.

 

Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.

Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства –трансформатора.

Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.

Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000 В городских сетей до 220 В домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.

 

Влияние частоты, напряжения и силы тока на человека. Поражение электрическим током. Таблица поражающего действия силы тока для сети 220/380В 50Гц и пояснения.


Навигация по справочнику TehTab. ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Справочник инженера / / Физика и химия человека. Данные о среднем инженере / инженере-даме или будущем инженере. Механика и гидравлика инженеров. Расход энергии инженерами. Тепловые параметры инженеров. Инженеры и звук. Электрические параметры инженеров. Оптика инженеров.  / / Влияние частоты, напряжения и силы тока на человека. Поражение электрическим током. Таблица поражающего действия силы тока для сети 220/380В 50Гц и пояснения.

Влияние частоты, напряжения и силы тока на человека. Поражение электрическим током. Таблица поражающего действия силы тока для сети 220/380В 50Гц и пояснения.

Убивает ток (людей с кардиостимуляторами и т.п.- не только ток). Любой ощутимый ток проходящий через Вас в течение достаточно длительного времени убьет Вас. Поэтому сперва приведем примерные времена допустимого воздействия электрического тока в зависимости от напряжения на человека (по ГОСТ 12. 1.038-82 ССБТ «Предельно допустимые величины напряжений и токов. Электробезопасность»):

Допустимое время действия, сек

длительно

До 30

1

0,5

0,2

0,1

Величина тока, мА.

1

6

50

100

250

500

Величина напряжения, В.

6

36

50

100

250

500

Теперь небольшие пояснения:

  • ощутимый ток — ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения
  • неотпускающий ток — ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник (самому разжать руки невозможно)
  • фибрилляционный ток — ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца (мышцы сокращаются разрозненно и нескоординированно, вследствие чего сердце теряет способность совершать согласованные сокращения)

Поражающее воздействие постоянного (DC) и переменного (AC) тока в зависимости от напряжения.

Напряжение < 500 В поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины, якобы напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты (50Гц)
Напряжение > 500 В различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдаются

Влияние частоты на поражающее воздействие переменного тока (для диапазона напряжений 0-500В)

50 Гц — промышленная частота в РФ самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты.
50 Гц — 0 Гц с уменьшением частоты значения силы неотпускающего тока возрастает. При частоте, равной нулю (постоянный ток ), они становятся больше примерно в три раза значений для 50 Гц
50 Гц -100 Гц значения фибрилляционного тока при этих частотах равны.
200 Гц фибрилляционный ток возрастает примерно в 2 раза по сравнению с диапазоном 50-100 Гц
400 Гц фибрилляционный ток возрастает примерно в 3,5 раза по сравнению с диапазоном 50-100 Гц

Таблица поражающего действия силы тока для сети 220/380В 50Гц и пояснения.

Значение силы тока, мА

Характер воздействия

Общее название для воздействия тока

Переменный ток 50 Гц

Постоянный ток

0,6-1,6

Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродамиНе ощущается неощущаемые токи (0,6 – 1,6мА)

2-4

Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит рукуНе ощущается ощущаемые токи (3мА)

5-7

Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья. Руки, как правило, можно оторвать от электродовНачало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом отпускающие токи (6мА)

8-10

Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно, но в большинстве случаев еще можно оторвать от электродовУсиление ощущения нагрева  

10-15

Едва переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекание тока боли усиливаются Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи неотпускающие токи (10-15мА)

20-25

Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затрудненоЕще большее усиление ощущения нагрева кожи, возникновение ощущения внутреннего нагрева. Незначительные сокращения мышц рук  

25-50

Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознанияОщущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц удушающие токи (25-50мА)

50-80

Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердцаОщущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта  

100

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердцаПаралич дыхания при длительном протекании тока фибрилляционные токи (100-200мА)

300

То же действие за меньшее времяФибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания  

более 5000 (5А)

Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей тепловые воздействия (5А и выше)



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Какой ток опаснее постоянный или переменный для человека — AC

Во всех современных квартирах и частных домах есть электроприборы и электропроводка, поэтому у жильцов всегда есть опасность попадания человека под высокое напряжение. Со времён Эдисона и Теслы в быту используется переменный ток, частота которого в Европе и странах СНГ составляет 50Гц.

Это значит, что его положительный и отрицательный вывода в розетке меняются местами 100 раз в секунду. Необходимое для работы многих устройств постоянное пониженное напряжение вырабатывается во встроенных или внешних блоках питания.

Несмотря на кажущуюся безопасность бытового напряжения, при неосторожном обращении с ним можно получить серьёзные электротравмы, вплоть до летального исхода. В этой статье рассказывается, каковы последствия воздействия электроэнергии на организм, а также какой ток опаснее — постоянный или переменный.

Отличие между постоянным и переменным током

Согласно школьному курсу физики, электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлических проводах это свободные электроны, а в организме человека, на 55-70% состоящем из воды, эту роль выполняют ионы различных элементов, в основном поваренной соли.

Есть два типа электрического тока:

  1. Переменный ток (от англ. Alternative Current — AC). Направление движения электронов в проводах и полярность на выводах периодически меняется.
  2. Постоянный ток (от англ. Direct Current — DC). Его особенность в том, что полярность и направление движения электронов остаются неизменными.

В начале ХХ века было много споров между сторонниками постоянного и переменного напряжения. Победила концепция переменного тока. Его легче передавать от электростанции к потребителю, изменять величину напряжения, а электродвигатели переменного тока устроены проще и дешевле.

Несмотря на то, что величина переменного напряжение частотой 50Гц поднимается до максимума и снижается до «0» 100 раз в секунду, лампы накаливания светят ровным светом.

Это связано с тем, что такую частоту мерцания глаза не замечают, а нагретая нить накала не успевает остыть, что уменьшает их амплитуду. В светодиодных и энергосберегающих лампочках питание осуществляется от встроенного драйвера (блока питания), который исключает колебания светимости.

Постоянный ток: безопасность при низком напряжении

Электрическое напряжение любого типа является безопасным только до определённого уровня. Например, вывода плоской батарейки 3R12 4,5В при прикосновении к ним языка имеют кислый вкус, «Крона» 9В вызывает болезненные ощущения, а вывода из прикуривателя автомобиля пробовать языком вообще не следует, но совсем не ощущаются сухими руками без порезов.

Аппарат электрофореза, который используется в поликлиниках, имеет выходное напряжение =60В, что приводит к протеканию тока через организм 50мА. Это воздействие вызывает лёгкое пощипывание. Такое же переменное напряжение, поданное через электроды и влажную марлю, может нарушить ритм сердечных сокращений. В связи с этим постоянный ток при напряжении до 48В считается безопаснее переменного.

Важно! Некоторые «мастера» при ремонте зарядок мобильных телефонов и планшетов проверяют исправность аппарата языком. Несмотря на низкое 5В напряжение, при некоторых неисправностях аппарата на выходе может оказаться потенциал 220В, поэтому такая проверка является смертельно опасной.

Постоянный ток: опасность при высоком напряжении

При величине напряжения выше 500В постоянный ток также опасен, как и переменный. Попадание человека под постоянное напряжение может вызвать нарушение работы сердца. Это относится не только к сети, но и к заряженным конденсаторам ёмкостью большой ёмкости.

Энергии, запасённой в элементе, достаточно для нанесения вреда здоровью. Сравнивая эти два вида напряжения можно сказать, что однозначного ответа, что опаснее — переменный или постоянный ток дать нельзя.

Это зависит от напряжения:

  • до 500 В переменный ток AC может причинить бОльший вред, чем постоянный;
  • при 500 В оба вида напряжений опасны примерно одинаково;
  • выше 500 В постоянный ток DC более опасен.
Важно! Полностью безопасным является только пониженное напряжение. Его величина зависит от типа помещений и указывается в ПТБ и ПУЭ.

Переменный ток: безопасность при высокой частоте

Есть разновидность переменного напряжения, которая является безопасной при любом потенциале. Это напряжение частотой более 20кГц. Благодаря скин-эффекту ток сверхвысокой частоты проходит по поверхности кожи, не попадая внутрь организма к жизненно важным органам. Никола Тесла при демонстрации этого явления прикасался к электродам, находящимся под напряжением 100кВ с частотой 100кГц без вреда для здоровья.

Какой ток опасен для человек

На самом деле само по себе напряжение опасным не является. Опасен ток, проходящий через организм человека. Он зависит не только от потенциала, но и от сопротивления кожных покровов в месте контакта и других факторов:

  • сухая обувь, чистые руки и деревянный пол уменьшают опасность поражения;
  • приём спиртных напитков перед работой также уменьшает сопротивление и увеличивает поражающую силу высокого напряжения.
Интересно! Несмотря на то, что напряжение на электродах ионизатора воздуха достигает 25 кВ, ток при прикосновении настолько мал, что не ощущается человеком.

При одинаковых условиях переменный ток считается более травмоопасным. Это связано с тем, что опасный ток для человека зависит от вида напряжения — безопасная величина переменного тока, на которую настраивается уставка УЗО, составляет 10 мА, а для постоянного опасное воздействие начинается с 50 мА, которые являются максимальными для работы аппарата электрофореза.

Кроме силы тока, проходящего через организм, степень воздействия зависит от пути его прохождения и продолжительности контакта пострадавшего с токоведущими частями.

И всё же, почему переменный ток опаснее постоянного? Есть несколько факторов, делающих его воздействие более опасным:

  • Постоянный ток при протекании через организм вызывает спазм мускулатуры. Это менее опасно, чем сокращение и расслабление мышц под воздействием переменного тока. Поэтому для причинения одинакового вреда здоровью величина постоянного тока и, соответственно, напряжение должны быть в несколько раз выше, чем переменного.
  • Электротравмы со смертельным исходом чаще всего происходят от фибрилляции желудочков сердца. Это состояние возникает от воздействия переменного напряжения и может потребовать реанимационных действий и использования дефибриллятора. При воздействии постоянного тока происходит спазм сердечной мышцы, который может пройти после освобождения человека от напряжения.
  • Есть широко распространённое мнение, что при попадании под переменное напряжение легче освободиться самостоятельно. Это связано с тем, что при таком воздействии происходит периодическое расслабление мускулатуры. Такая версия была бы правильной, если бы частота в розетке была 1-2 Гц, но при частоте 50Гц сокращения и расслабления происходят 100 раз в секунду и паузы между спазмами настолько короткие, что человек не успевает на них отреагировать.

Проведённые эксперименты подтверждают, что взятый в руку электрод с постоянным напряжением, получается отпустить легче и быстрее.

Как видно из материалов статьи, при одинаковом напряжении травмы при поражении переменным током опаснее, чем постоянным.

Важно! Полностью безопасного напряжения, кроме сверхнизкого, не существует. При работе необходимо соблюдать осторожность и все требования, указанные в ПТБ и ПТЭЭП.

Пути прохождения тока через тело человека

То, какой ток опасен для человека, зависит не только от его величины, но и от пути прохождения через тело.

При попадании человека под напряжение ток стремится пройти по кратчайшему расстоянию. В зависимости от места контакта попасть в зону поражения могут различные органы и части тела. Есть различные варианты прохождения электрического тока через тело. Некоторые из них встречаются реже, другие чаще.

Особенно опасным являются те пути прохождения тока, при которых происходит поражение сердца, спинного и головного мозга и лёгких. Правда, это не значит, что остальные пути являются безопасными.

Информация! В статистику электротравматизма попали только такие случаи, при которых пострадавшенму потребовалась медицинская помощь.

Рука — рука

Чаще всего электромонтёры травмируются во время работы при прикосновении разными руками к фазному проводнику и к заземлённой конструкции или к другому фазному проводу.

Такие травмы составляют около 40% всех обращений к врачам. Ток идёт через верхнюю часть груди и до 3,3% проходит через сердце. При травмировании напряжением 220 В до 83% пострадавших теряют сознание.

Правая рука — ноги

Прохождение электрического тока по пути «рука-ноги» является опасным для жизни. Электроэнергия проходит через сердце, ноги и спинной мозг, причём на сердечную мышцу приходится 6,7%.

Такая электротравма происходит, если на работнике надета обувь с гвоздями в подошве, а пол бетонный или влажный деревянный.

Частота этих травм составляет 20%, количество потерявших сознание 87%.

Левая рука — ноги

Причины травмирования в этом случае аналогичны ситуации «правая рука — ноги», но встречается несколько реже — в 17% случаев. Это связано с тем, что большинство людей предпочитают работать правой рукой.

Доля тока, проходящего через сердце, составляет 3,7%, поэтому количество пострадавших потерявших сознание 80%.

Нога — нога

Такое прохождение тока происходит при попадании человека под шаговое напряжение. Этих случаев всего — 6%. Доля тока через сердце составляет 0,4%.

Основная опасность таких травм заключается в судорогах или спазмах ног. При этом человек может упасть и величина шагового напряжения увеличится, а ток пойдёт по пути «руки-ноги» или «голова-ноги», поэтому пострадавшие теряют сознание в 15% случаев.

Голова — ноги

Достаточно редкая, около 5% случаев, но опасная ситуация. Возникает при работе без головного убора в распредустройствах и высоких панелях управления.

Поражаются головной и спинной мозг, позвоночник и внутренние органы. Часть тока, проходящая через сердце 6,8%, До 88% пострадавших теряют сознание и нуждаются в реанимационных мероприятиях и госпитализации.

Голова — руки

Эта ситуация опаснее, чем травма «голова-ноги». Часть тока, проходящего через сердце, составляет 7%, попавшие под напряжение теряют сознание в 92% случаев.

Причины травмирования аналогичны предыдущей, частота появления составляет 4%.

Другие пути

Около 8% случаев электротравматизма связаны с прикосновением к токоведущим частям другими частями тела. Чаще всего это происходит при работе без спецовки или летом, в расстёгнутых куртках без рубашки.

Важно! Для предотвращения электротравматизма необходимо соблюдать требования ПТБ и использовать основные и дополнительные защитные средства — перчатки, галоши, коврики и инструмент с изолированными ручками.

Величина тока опасная для жизни человека в Амперах

В таблице можно увидеть, какой ток опаснее постоянный или переменный при разных значениях — от практически неощутимых до смертельно опасных.

Как видно из материалов статьи и таблицы, ответ на вопрос «какой ток опаснее постоянный или переменный» однозначный — переменное напряжение является значительно более опасным.

 Сила тока, мА  Воздействие на организм
Переменный ток  Постоянный ток 
 0,6-1,5 небольшой зуд и незначительное покалывание кожи  не ощущается 
2-3  при протекании через руку её сводит незначительной судорогой, может ощущаться не только кистью, но и запястьем  не ощущается 
5-7  сильные болезненные судороги  лёгкое покалывание и нагрев поверхности кожи 
 8-10 сильная боль и судороги, сохраняется возможность самостоятельно разжать руки и освободиться от воздействия тока  возрастают покалывание и нагрев кожи 
 20-25  паралич конечностей, значительно затрудняется дыхание, возможность отпустить оголённый провод усиливается нагрев и покалывание поверхности кожи, появляются незначительные судороги 
 50-80 паралич дыхательных мышц, нарушение сердечного ритма   значительный нагрев кожи, усиливаются судороги мышц, затрудняется дыхание
90-100  остановка дыхания, через 3 секунды начинается фибрилляция сердца, без реанимационных действий возможен летальный исход  паралич дыхательной мускулатуры 

С переменным напряжением современные люди сталкиваются всё время, дома и на производстве. Для того чтобы предотвратить электротравмы необходимо соблюдать технику безопасности при эксплуатации электроприборов. Особенно важно обучить правилам пользования электричеством детей.

Розетки в доме должны иметь заземляющий контакт, необходимо также во вводном щитке установить УЗО или дифференциальный автомат.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Постоянный ток или постоянное напряжение. Какой ток называют постоянным

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество» .

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции , электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями .

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаметитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.


Где используется постоянный ток:

  • в питании большинства бытовых приборов;
  • в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
  • для питания электроники автомобилей;
  • на кораблях и подводных лодках;
  • в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:


Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.


Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным , а второе — отрицательным .

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла , который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.


Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей — война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.


Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.

Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях. От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .

Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.

Разница переменного тока от постоянного

Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени. Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.

Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.

Передача переменного тока потребителям

Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.

Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.

Преобразование переменного тока в постоянный

Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:

  1. Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
  2. Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
  3. Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.

Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.

В данной расскажем что такое переменный электрический ток и трехфазный переменный переменный ток.

Понятие переменного электрического тока даётся в учебнике физики общеобразовательного учебного заведения — школы. — ток имеющий форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота, с течением времени изменяется по направлению и величине.

Частота – это количество полных изменений полярности переменного электрического тока за одну секунду. Это означает, что ток, в обычной бытовой розетке частотой 50 Герц за одну секунду меняет своё направление с положительного значения на отрицательное и обратно ровно пятьдесят раз. Одно полное изменение направления (полярности) электрического тока с положительного значения на отрицательное и снова на положительное называют — периодом колебания электрического тока . В течение периода Т переменный электрический ток меняет своё направление дважды.

Для визуального наблюдения синусоидальной формы переменного тока обычно используют . Для исключения поражения электрическим током и защиты осциллографа от сетевого напряжения по входу, используют разделительные трансформаторы. Для измерения периода нет разницы, по каким равнозначным (равноамплитудным) точкам его измерять. Можно по максимальным положительным, или отрицательным вершинам, а можно и по нулевому значению. Это поясняется на рисунке.

Из учебника физики мы знаем, что переменный электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.

Представим себе прямоугольную проволочную рамку с несколькими витками, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле. Возникающая в этой рамке э.д.с. индукции меняется по синусоидальному закону. Период колебания Т переменного электрического тока – это один полный оборот магнитной рамки вокруг своей оси.

магнитная рамка

Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.

Максимальное значение напряжения электрического тока Umax — это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения электрического тока Uср — это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

U ср = 2 * U max / π = 0,636 U max

Синусоиду максимального напряжения можно проконтролировать на экране осциллографа. Понять, что такое среднее значение переменного электрического напряжения можно проведя эксперимент по рисунку и описанию ниже.

Используя осциллограф, подключите к его входу синусоидальное напряжение. Ручкой вертикального смещения развёртки переместите «ноль» развёртки на самую нижнюю линию шкалы экрана осциллографа. Растяните и сместите горизонтальную развёртку так, чтобы одна полуволна синусоидального напряжения поместилась в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Ручкой вертикальной развёртки (усилением) растяните развёртку так, чтобы максимальная амплитуда полуволны поместилась ровно в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Определите амплитуду синусоиды на десяти участках. Суммируйте все десять значений и поделите на десять – найдите его «средний балл». В результате Вы получите значение напряжения, приблизительно равное 6,36 от его максимального значения — 10.

Измерительные приборы – вольтметры, цешки, мультиметры для измерения переменного напряжения имеют в своей схеме выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Эта цепочка «округляет» множитель разницы максимального и измеряемого напряжения до числа 0,7. Поэтому, если Вы будете наблюдать на экране осциллографа синусоиду напряжения амплитудой 10 вольт, то вольтметр (цешка, мультиметр) покажет не 10, а около 7 вольт. Вы думаете что в Вашей домашней розетке – 220 вольт? Так и есть, но не совсем так! 220 вольт – это среднее значение напряжения бытовой розетки, усреднённое измерительным прибором — вольтметром. Максимальное же напряжение следует из формулы:

U max = U изм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт

Именно поэтому, когда Вас «бъёт» током от электрической розетки 220 вольт, знайте, что это Ваша иллюзия. На самом деле, Вас трясёт напряжение около 315 вольт.

Трехфазный ток

Наряду с простым синусоидальным переменным током в технике широко используется так называемый трехфазный переменный ток . Мало того, трёхфазный электрический ток — это основной вид энергии используемый во всём мире. Трёхфазный ток приобрёл популярность по причине менее затратной передачи энергии на большие расстояния. Если для обычного (однофазного) электрического тока требуется два провода, то для трёхфазного тока, у которого энергия в три раза больше, требуется всего три провода. Физический смысл Вы узнаете в этой статье позже.

Представьте, если вокруг общей оси вращается не одна, а три одинаковые рамки, плоскости которых повернуты друг относительно друга на 120 градусов. Тогда возникающие в них синусоидальные э.д.с. также будут сдвинуты по фазе на 120 градусов (см. на рис).

Такие три согласованных переменных тока называют трехфазным током. Упрощённое расположение проволочных обмоток в генераторе трёхфазного тока иллюстрируется на рисунке.

Подключение обмоток генератора по трём независимым линиям показано на рисунке ниже.

Такое подключение шестью проводами довольно громоздко. Так как для явлений в электрических цепях важны только разности потенциалов, то один проводник может использоваться сразу для двух фаз, без снижения нагрузочной способности по каждой из фаз. Другими словами, в случае подключения обмоток генератора по схеме «звезда» с использованием «нуля», передача энергии от трёх источников производится по четырём проводам (см. рис.), в которых один является общим – нулевым проводом.

По трём проводам может передаваться энергия сразу от трёх (фактически независимых) источников электрического тока соединённых «треугольником».

В промышленных генераторах и преобразующих трансформаторах «треугольником» обычно подключается межфазное напряжение 220 вольт. При этом «нулевой» провод отсутствует.

«Звезда» применяется для передачи напряжения сети с использованием «нуля». При этом на фазе относительно «нуля» действует напряжение 220 вольт. Межфазное напряжение при этом равно 380 вольт.

Частым явлением во времена «нагло ворующей демократии» было сгорание бытовой аппаратуры в квартирах добропорядочных граждан, когда из-за слабой проводки сгорал общий «ноль», тогда в зависимости от того, какое количество бытовых приборов включено в квартирах, горели телевизоры и холодильники у того, кто их меньше всего включал. Вызвано это явлением «перекоса фаз», которое возникало при обрыве нуля. В розетку добропорядочных граждан вместо 220 вольт устремлялось межфазное напряжение 380 вольт. До настоящего времени во многих коммуналках и сооружениях напоминающих жильё наших российских городов и весей это явление до конца не искоренилось.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Очень давно, учеными был изобретен электрический ток. Первым изобретением был постоянный. Но в последующем, проводя в своей лаборатории опыты, Никола Тесла изобрел переменный ток. Между ними было и есть много различий, согласно которым один из них используется в слаботочной аппаратуре, а другой имеет возможность преодолевать различные расстояния с небольшими потерями. Но многое зависит от величин токов.

Ток переменный и постоянный: разница и особенности

Отличие переменного тока от постоянного, можно понять исходя из определений. Для того чтобы лучше разобраться в принципе работы и особенностях, необходимо знать следующие факторы.

Основные отличия:

  • Движение заряженных частиц;
  • Способ производства.

Переменным, называют такой ток, в котором заряженные частицы, способны изменять направление движения и величину в определенное время. К главным параметрам переменного тока относят его напряжение и частоту.

В настоящее время, общественные электрические сети и различные объекты, используют переменный ток, с определенным напряжением и частотой. Данные параметры определяются оборудованием и устройствами.

Обратите внимание! В бытовых электросетях, используется ток величиной 220 Вольт и тактовой частотой 50 Гц.

Направление движения и частота заряженных частиц в постоянном токе неизменны. Данный ток для питания используют различные бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры.

В связи с тем, что переменный ток, проще и экономичнее по способу производства и передачи на различные расстояния, он стал основой электрификации объектов. Производят переменный ток на различных электростанциях, с которых посредством проводников, то поступает к потребителю.

Постоянный ток, получают при преобразовании переменного тока или путем химических реакций (например, щелочная батарейка). Для преобразования, используют трансформаторы тока.

Какой уровень напряжения является допустимым для человека: особенности

Для того чтобы знать, какие значения электрического тока являются допустимыми для человека, составлены соответствующие таблицы, в которых указаны величины переменного и постоянного тока и время.

Параметры воздействия электрического тока:

  • Сила;
  • Частота;
  • Время;
  • Относительная влажность.

Допустимое напряжение прикосновения и ток, которые протекают через человеческое тело в различных режимах электроустановок, не превышают следующих значений.

Переменный ток 50 Гц, должен быть не более 2,0 Вольт и силой тока 0,3 мА. Ток с частотой 400 Гц напряжением 3,0 Вольт и сила тока 0,4 мА. Постоянный ток напряжением 8 и силой тока 1 мА. Безопасное воздействие тока с такими показателями, до 10 минут.


Обратите внимание! Если электромонтажные работы производятся при повышенных температурах и высокой относительной влажности, данные значения уменьшаются в три раза.

В электроустановках с напряжением до 100 Вольт, которые глухо заземлены, или изолирована нейтраль, безопасные токи прикосновения следующие.

Переменный ток 50 Гц с разбросом напряжения от 550 до 20 Вольт и силой тока от 650 до 6 мА, переменный ток 400Гц с напряжением от 650 до 36 Вольт, и постоянный ток от 650 до 40 Вольт, не должен воздействовать на тело человека в пределах от 0,01 до 1 секунды.

Опасный переменный ток для человека

Считается, что для жизни человека, переменный электрический ток наиболее опасен. Но это при условии, если не вдаваться в подробности. Многое зависит от различных величин и факторов.

Факторы, влияющие на опасное воздействие:

  • Продолжительность контакта;
  • Путь прохождения электрического тока;
  • Сила тока и напряжение;
  • Какое сопротивление тела.

Согласно правилам ПУЭ, самый опасный ток для человека, это переменный с частотой, которая варьируется в пределах от 50 до 500 Гц.

Стоит отметить, что при условии, сила тока не превышает 9 мА, то любой, может сам освободиться от токоведущей части электроустановки.

Если данное значение превышено, то для того чтобы освободиться от воздействия электрического тока, человеку нужно стронная помощь. Связано это с тем, что ток переменный, намного сильнее способен возбуждать нервные окончания, и вызывать непроизвольные судороги мышц.

Например, при касании токоведущей части устройства внутренней частью ладони, мышечная судорога будет сильнее сжимать кулак, с течением времени.

Почему еще переменный ток опаснее? При одинаковых значениях силы тока, переменный в несколько раз сильнее воздействует на организм.


Так как, переменный ток воздействует на нервные окончания и мышцы, то стоит понимать, что этим, том влияет и на работу сердечной мышцы. Из чего следует, что при контакте с переменным током, возрастает риск летального исхода.

Важным показателем, является сопротивление тела человека. Но при ударе переменным током с высокими частотами, сопротивление тела значительно снижается.

Какой величины опасен для человека постоянный ток

Опасным для человека, может быть и постоянный ток. Конечно переменный, в десятки раз опаснее. Но если рассматривать токи в различных величинах, то постоянный может быть намного опаснее переменного.

Воздействие постоянного тока на человека разделяют:

  • 1 порог;
  • 2 порог;
  • 3 порог.

При воздействии постоянного тока перового порога (ток ощутимый), начинают немного дрожать руки, и появляется легкое покалывание.

Второй порог (ток не отпускающий), в пределах от 5 до 7 мА, является наименьшим значением, при котором человек, не может освободиться от проводника самостоятельно.

Данный ток считается не опасным, так как сопротивление тела человека выше, чем его значения.

Третий порог (фибрилляционный), при значениях от 100 мА и выше, ток сильно воздействует на организм и на внутренние органы. При этом ток при данных значениях, способен вызвать хаотичное сокращение сердечной мышцы и привести к его остановке.

На силу воздействия, влияют и другие факторы. Например сухая кожа человека, обладает сопротивлением от 10 до 100 кОм. Но если касание произошло мокрой поверхностью кожи, то сопротивление значительно снижается.

Преобразователь переменного тока в постоянный 12 вольт. Как получить постоянное напряжение из переменного

Сегодня мы с вами попробуем разобраться, что из себя представляет напряжение 12 вольт. Кто это за монстр такой? Насколько сильно кусается? И вообще, на что он способен? Поверьте, то, что он слабее чем обычный монстр с напряжением в 220 вольт — это сказки. Интересно, тогда поехали.

Начнём с истории возникновения. А история проста, вся суть в безопасности. Ведь все, что изобретается, делается по двум причинам. Первая — лень, она, как известно, двигатель прогресса. Вторая — желание себя обезопасить, ведь мы с вами частенько чего-нибудь боимся. Тут и возникает потребность в инновациях. Ведь нас постоянно пугают тем, что нельзя совать пальцы в розетку — убьёт. Хотя, если мы с вами засунем пальцы в розетку, вряд ли с нами случится что-то более страшное, чем легкий шок. Но ведь у многих из нас с вами дома есть дети и домашние животные. Дети — люди любознательные. Им все всегда интересно, и ребёнок не ребёнок, если прополз мимо розетки. Он обязательно должен засунуть туда пальцы. А вот если его ударит током, то ничего хорошего точно не будет. Понятно, что все зависит от конкретного случая, но лучше не экспериментировать. А если животное залезет в розетку? И хорошо, если ваш кот спалит себе только усы и пару минут посидит в шоке под кроватью. Но все может быть страшнее.

Так, хватит жути нагонять. 12 вольт — это безопасное напряжение, которое способно решить сразу массу проблем. Но к сожалению это напряжение не распространено именно в розетках, так как под него просто не делают электроприборов.

Давайте обратимся к истокам. Существует масса опасных для электричества помещений или имеющих повышенный уровень опасности. К таким помещениям в вашей квартире можно отнести — кухню, ванную комнату и другие подобные пространства. Представьте какое короткое замыкание способен устроить электрический монстр на 220 вольт? Последствия могут выходить далеко за грань нашего представления. И поверьте, они могут не ограничиться сработавшими системами безопасности. 12 же вольт, точно не устроят катастрофу планетарного или даже квартирного масштаба. В худшем случае сработают системы безопасности или перегорит трансформатор.

Теперь про то, откуда появилось напряжение на 12 вольт. Такое напряжение в большинстве случаев используется для освещения и оттуда оно и берет начало. Несколько десятков лет назад были изобретены галогенные лампы для бытового применения. Что такое галогенная лампа? Эта та же самая лампа накаливания, но имеет больший срок службы и гораздо меньший размер. Благодаря чему это возможно? Благодаря тому, что колба такой лампы заполнена газом, содержащим галоген, например йод. Нить накаливания в такой среде изнашивается гораздо медленнее. Вот и получается, что такая лампа работает в два раза дольше, при размере в одну четвертую обычной. Но причём тут напряжение 12 вольт? А при том. Кто-то провёл опыты и понял, что при таком напряжении нить накала подвержена гораздо меньшему разрушительному воздействию электрического тока. А это значит, что её можно нагреть до большей температуры и, следовательно, получить больше света. Добавьте к этому практически абсолютную безопасность для влажных помещений. Получается очень крутой способ проводки и освещения.


Но не стоит торопиться, как и с любым бесплатным сыром, здесь тоже есть мышеловки. Заключаются они в трансформаторе. А так как во всей остальной квартире напряжение 220 вольт, он нам обязательно понадобиться, без него никак не обойтись. А лишний элемент в сети электропитания, как известно, снижает её надежность. Но единственное, чем может быть опасен трансформатор, так это тем, что он попросту перегорит. Давайте теперь перейдём к описанию самой сети, к тому как она строиться и что для этого нужно.

Сама по себе сеть с напряжением 12 вольт начинается именно с трансформатора. Именно он преобразует обычные 220 вольт в 12. Но трансформатор нужно подбирать с умом. Не будем вдаваться в частности устройства самого трансформатора. Скажу одно, трансформатор должен быть подходящей мощности. Это значит, что для начала стоит понять сколько будет ламп, какова их суммарная мощность. К полученному значению стоит прибавить процентов 40 запаса, и вы получите нужную мощность трансформатора. В противном случае трансформатор может очень быстро выйти из строя, а это не есть хорошо.

После того, как вы выбрали трансформатор, стоит задуматься о светильниках и лампах. В светильниках нет ничего необычного, многие светильники универсальны, но перед покупкой на всякий случай стоит уточнить. А вот с лампами дела обстоят несколько сложнее. Они разделяются на лампы, которые работают от 220 вольт, и те, что работают от 12. И если 220-ваттные лампы от 12 вольт просто не заработают, то в обратной последовательности начнутся вспышки. Из-за перенапряжения лампа может взорваться. Поэтому просто проверяйте маркировку, и все, как говориться, будет пучком. Лампы, рассчитанные на 12 вольт, как правило стоят дороже. Просто потому, что безопаснее, никакой другой конструктивной и кардинальной разницы в конструкции нет.

Если говорит про связующее звено ламп и трансформатора — провод, то он может быть любым. Но огромным плюсом является то, что можно использовать провода маленького сечения. Так как при таком напряжении сети перегревы практически невозможны. Есть специальные провода, они продаются в магазинах, но подойдет любой провод маленького сечения. Теперь вы знаете все.

Вывод: Низковольтное освещение это огромный плюс для бытового использования, да и для некоторых промышленных объектах. Сами понимаете, безопасность превыше всего. Так же огромным и несомненным плюсом является то, что вы можете сами сделать такую проводку у себя в ванной или на кухне. Согласитесь в статье не описано не одного сложного процесса. С многими из этих процессов справиться даже ребенок, но им этого лучше не поручать.

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации :

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор . А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение , мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост . На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.


Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:


В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:


Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр . Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.


Цепляем его к диодному мосту по схеме выше


И цепляемся осциллографом:


Смотрим осциллограмму:


Как вы видите, пульсации все равно остались.

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.


Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.


А вот собственно и осциллограмма


Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.


Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.


А вот собственно и она


Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью , а также используют интегральные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать .


где

U Д – действующее напряжение, В

U max – максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула . Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:


Во многих электронных приборах, работающих при переменном токе в 220 вольт устанавливаются диодные мосты. Схема диодного моста на 12 вольт позволяет эффективно выполнять функцию по выпрямлению переменного тока. Это связано с тем, что для работы большинства приборов используется постоянный ток.

Как работает диодный мост

Переменный ток, имеющий определенную меняющуюся частоту, подается на входные контакты моста. На выходах с положительным и отрицательным значением образуется однополярный ток, обладающий повышенной пульсацией, значительно превышающей частоту тока, подаваемого на вход.

Появляющиеся пульсации нужно обязательно убрать, иначе электронная схема не сможет нормально работать. Поэтому, в схеме присутствуют специальные фильтры, представляющие собой электролитические с большой емкостью.

Сама сборка моста состоит из четырех диодов с одинаковыми параметрами. Они соединены в общую схему и размещаются в общем корпусе.

Диодный мост имеет четыре вывода. К двум из них подключается переменное напряжение, а два остальных являются положительным и отрицательным выводом пульсирующего выпрямленного напряжения.

Выпрямительный мост в виде диодной сборки обладает существенными технологическими преимуществами. Таким образом, на печатную плату устанавливается сразу одна монолитная деталь. Во время эксплуатации, для всех диодов обеспечивается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей сборки ниже четырех диодов в отдельности. Однако, данная деталь имеет серьезный недостаток. При выходе из строя хотя-бы одного диода, вся сборка подлежит замене. При желании, любая общая схема может быть заменена четырьмя отдельными деталями.

Применение диодных мостов

В любых приборах и электронике, для питания которых используется переменный электрический ток, присутствует схема диодного моста на 12 вольт. Ее используют не только в трансформаторных, но и в импульсных выпрямителях. Наиболее характерным импульсным блоком является блок питания компьютера.

Кроме того диодные мосты применяются в люминесцентных компактных лампах или в энергосберегающих лампах. Они дают очень хороший эффект при использовании их в пускорегулирующих электронных аппаратах. Широко применяются и во всех моделях современных аппаратов.

Как сделать диодный мост

Для проверки работы отдельных блоков бытовых приборов домашнему мастеру может понадобиться напряжение 12 вольт как постоянного, так и переменного тока. Подробно разберем оба случая, но вначале необходимо рассмотреть еще одну величину электроэнергии — мощность, которая характеризует способность устройства надежно совершить работу.

Если мощности источника будет недостаточно, то он не выполнит задачу. К примеру, блок питания компьютера и аккумулятор автомобиля выдают 12 вольт. Токи нагрузки у компьютера редко превышают значения 20 ампер, а стартерный ток аккумулятора автомобиля больше 200 А.

Автомобильный аккумулятор обладает большим резервом мощности для задач компьютера, а вот блок питания ПК при таком же напряжении 12 вольт абсолютно не пригоден для раскрутки стартера, он просто сгорит.

Способы получения постоянного напряжения

Из гальванических элементов (батареек)

Промышленность выпускает круглые батарейки различных габаритов (зависят от мощности) с напряжением 1,5 вольта. Если взять 8 штук, то из них при последовательном подключении как раз получится 12 вольт.


Соединять между собой выводы батареек надо поочередно «плюсом» предыдущей к «минусу» последующей. Напряжение 12 вольт будет между первым и последним выводами, а промежуточные значения, например, 3, 6 или 9 вольт можно замерить на двух, четырех, шести батарейках.

Емкости элементов не должны отличаться, иначе мощность схемы будет уменьшена ослабленной батарейкой. Для таких устройств желательно применять все элементы однотипной серии с общей датой изготовления. Ток нагрузки от всех 8 батареек, собранных последовательно, соответствует величине, указанной для одного элемента.

Если возникнет необходимость подключения такой батареи к нагрузке, в два раза превышающей номинальную величину источника, то потребуется создать еще одну подобную конструкцию и обе батареи подключить параллельно, соединив между собой их однополярные выводы: «+» к «+», а «-» к «-».

Из малогабаритных акккумуляторов

Никель-кадмиевые аккумуляторы выпускаются с напряжением 1,2 вольта. Чтобы получить от них 12 вольт понадобится 10 элементов соединять последовательно, как в рассмотренной перед этим схеме.


По такому же принципу собирают батарею из никель-металл-гидридных АКБ.

Аккумуляторная батарея используется для более длительной работы, чем из обычных гальванических элементов: АКБ можно подзаряжать и перезаряжать многократно при необходимости.

От блоков питания, работающих на переменном токе

Многие бытовые приборы имеют встроенную электронику, которая питается от выпрямленного напряжения, получаемого в результате преобразования 220 вольт. Блоки питания компьютера, ноутбука как раз выдают 12 вольт выпрямленного и .


Достаточно подключиться к соответствующим клеммам выходного разъема и запитать блок питания, чтобы получить от него 12 вольт.

Аналогичным образом можно воспользоваться блоками питания старых радиоприемников, магнитофонов и устаревших телевизоров.

Кроме того, можно самостоятельно собрать блок питания для постоянного тока, выбрав для него подходящую схему. Наиболее распространены , преобразующие 220 вольт во вторичное напряжение, которое выпрямляется диодным мостом, сглаживается конденсатором и регулируется транзистором с помощью подстроечного резистора.


Подобных схем можно найти много. В них удобно включать стабилизаторные устройства.

Способы получения переменного напряжения

Посредством трансформатора

Самым доступным методом считается применение понижающего трансформатора, который уже показан на предыдущей схеме. Промышленность уже давно выпускает такие устройства для различных целей.

Однако домашнему мастеру совсем не сложно сделать трансформатор для своих нужд из старых конструкций.

Для подключения трансформатора к сети 220 на первичную обмотку следует подавать питание через защиту, вполне можно обойтись проверенным предохранителем, хотя автоматический выключатель лучше подойдет для этих целей.


Вся схема вторичной нагрузки должна быть собрана заранее и проверена. Резерв мощности трансформатора около 30% позволит длительно его эксплуатировать без перегрева изоляции.

Другие методы

Технически возможно получить 12 вольт переменного тока от генератора, который приводится во вращение каким-либо двигателем или за счет преобразования постоянного тока инвертором. Однако эти способы более подходят для промышленных установок и отличаются сложной конструкцией. Поэтому в быту практически не используются.

За одинаковые интервалы времени проходит одинаковое количество заряженных частиц. А вот в переменном токе количество этих частиц за одинаковые интервалы времени всегда разное.

А вот теперь можно преступать непосредственно к преобразованию переменного тока в постоянный, в этом нам поможет устройство под названием «диодный мост». Диодный мост или мостовая схема — одно из самых распространённых устройств для выпрямления переменного тока.
Изначально она была разработана с применением радиоламп, но считалась сложным и дорогим решением, вместо неё применялась более примитивная схема со сдвоенной вторичной обмоткой в питающем выпрямитель трансформаторе. Сейчас, когда полупроводники очень дёшевы, в большинстве случаев применяется именно мостовая схема. Но использование данной схемы не гарантирует 100% выпрямления тока, поэтому в схему можно дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения. Теперь, на выходе нашей схемы, как результат мы получаем постоянный ток

Обратите внимание

Работа с электричеством всегда опасна! Крайне не желательно использование Не заизолированных проводников, окислившихся контактов и источников питания находящихся в аварийном состоянии!

Для получения переменного тока может быть использован генератор на постоянных магнитах. Такое устройство генерирует не промышленное напряжение 220 В, а низкое переменное напряжение по трем фазам, которое впоследствии может быть выпрямлено и подано на выход в виде постоянного тока, пригодного для зарядки батарей 12 В.

Инструкция

Статор изготовьте из шести катушек медного провода, залитых эпоксидной смолой. Корпус статора закрепите цапфами, чтобы он не вращался. Провода от катушек подключите к выпрямителю, который будет производить впоследствии ток, необходимый для зарядки батарей. Для того чтобы избежать перегрева, прикрепите выпрямитель к алюминиевому радиатору.

Магнитные роторы закрепите на составной конструкции, вращающейся на оси. Задний ротор установите за статором. Передний ротор будет находиться снаружи, он крепится к заднему ротору посредством длинных спиц, пропущенных через центральное отверстие статора. Если вы планируете использовать генератор на постоянных магнитах с ветряком, на этих же спицах смонтируйте лопасти ветряка. Лопасти будут вращать роторы, и таким образом перемещать магниты вдоль катушек. Переменное магнитное поле роторов создает ток в катушках.

Поскольку генератор на постоянных магнитах спроектирован для совместного использования с небольшим ветрогенератором, предусмотрите следующие узлы: мачту, выполненную в виде стальной трубы, закрепленной тросами; вращающуюся головку, установленную на верхушке мачты; хвостовик для поворота ветряка; лопасти.

Катушки для использования в генераторе намотайте для развития больших более толстым проводом, при этом катушка должна содержать небольшое число витков. Однако учтите, что при слишком малых генератор на постоянных магнитах не будет. Для использования генератора как на большой, так и на малой скорости следует менять способ соединения катушек (со «звезды» на «треугольник» и наоборот). «Звезда» будет хорошо работать при малом ветре, «треугольник» — при большом.

При устройстве крепления магнитов обращайте внимание на то, что они не должны отделяться от посадочного места. Болтающийся магнит будет распарывать корпус статора и необратимо повредит генератор.

При установке ротора и статора оставьте между ними зазор в 1 мм. При тяжелых условиях работы этот зазор следует увеличить.

Еще один технологический момент – лопасти крепите не к внешнему ротору, а только на спицы. При этом держите генератор так, чтобы его ось вращения располагалась вертикально, а не горизонтально.

Видео по теме

Источники:

  • Генератор на постоянных магнитах своими руками

Для питания большинства радиоэлектронных устройств необходим постоянный ток. В то же время электрогенераторы и электросети являются поставщиками переменного тока. Для преобразования необходим сетевой блок питания, который собрать самостоятельно.

Вам понадобится

  • — трансформатор;
  • — диоды ламповые или полупроводниковые;
  • — дроссель;
  • — электролитические конденсаторы;
  • — измерительные приборы;
  • — принадлежности для пайки и монтажа.

Инструкция

Сетевой блок питания состоит из трех основных частей: , выпрямителя и сглаживающего фильтра. Если вам требуется напряжение, приблизительно равное сетевому, то можно обойтись и без трансформатора, просто выпрямив напряжение . Но такой блок питания является опасным, поскольку на его выходе окажется полное сетевое напряжение. Гальваническая развязка с электросетью в данном случае отсутствует. К тому же трансформатор позволяет получить необходимое напряжение, которое может быть выше или ниже сетевого, а также несколько напряжений, что иногда тоже бывает необходимо.

Подберите трансформатор, дающий на выходе необходимое вам напряжение. При этом первичная обмотка рассчитана на напряжение имеющегося у вас источника тока (генератора или электросети).

Подключите к выходной обмотке полупроводниковый диод так, как показано на . Вы получите простейший однополупериодный выпрямитель. На его выходе — ток, частота которого в 2 раза ниже частоты электросети, поскольку у вас второй полупериод пропадает. Но для питания некоторых электронных схем такой вариант вполне приемлем.

Значительно более совершенными являются двухполупериодные выпрямители, у которых частота пульсаций тока равна частоте питающей электросети. В этом случае выпрямляются оба полупериода питающего напряжения. Если ваш трансформатор имеет выходную обмотку со средней точкой, вы можете собрать устройство по схеме 2.

На выходе любого выпрямителя вы получите не постоянное, а пульсирующее напряжение. Его необходимо сгладить. Для этого применяются LC или RC фильтры. Они состоят из электролитических конденсаторов большой емкости, между которыми включен дроссель. Иногда дроссель можно заменить мощным резистором. Обязательно оснастите свой блок питания таким фильтром.

Видео по теме

Полезный совет

В блоках питания могут применяться как ламповые, так и транзисторные диоды.

Для питания устройств, чувствительных к колебаниям напряжения, применяется дополнительный узел, называемый стабилизатором.

Современный мир уже сложно представить без электричества. Освещение помещений, работа бытовых приборов, компьютеров, телевизоров – все это давно стало привычными атрибутами жизни человека. Но одни электроприборы питаются от переменного тока, тогда как другие – от постоянного.

Электрический ток представляет собой направленный поток электронов от одного полюса источника тока к другому. Если это направление постоянно и не меняется во времени, говорят о постоянном токе. Один вывод источника тока при этом считается плюсовым, второй – минусовым. Принято считать, что ток течет от плюса к минусу.

Классическим примером источника постоянного тока является обычная пальчиковая . Такие батарейки широко применяются в качестве источника питания в малогабаритной электронной аппаратуре – например, в пультах дистанционного управления, в фотоаппаратах, радиоприемниках и т.д. и т.п.

Переменный ток, в свою очередь, характеризуется тем, что периодически меняет свое направление. Например, в России принят стандарт, согласно которому напряжение в электрической сети равно 220 В, а частота тока составляет 50 Гц. Именно второй параметр и характеризует, с какой частотой изменяется направление электрического тока. Если частота тока равна 50 Гц, то он меняет свое направление 50 раз в секунду.

Значит ли это, что в обычной электрической , имеющей два контакта, периодически меняются плюс с минусом? То есть сначала на одном контакте плюс, на другом минус, потом наоборот и т.д. и т.п.? На самом деле все обстоит немного иначе. Электрические розетки имеют два вывода: фазовый и заземляющий. Обычно их называют «фазой» и « ». Заземляющий вывод безопасен, напряжения на нем нет. На фазовом же выводе с частотой 50 Гц в секунду меняются плюс и минус. Если коснуться « », ничего не произойдет. Фазового же провода лучше не касаться, так как он всегда находится под напряжением 220 В.

Одни приборы питаются от постоянного тока, другие от переменного. Зачем вообще потребовалось такое разделение? На самом деле большинство электронных приборов используют именно постоянное напряжение, даже если включаются в сеть переменного тока. В этом случае переменный ток преобразуется в постоянный в выпрямителе, в простейшем случае состоящем из диода, срезающего одну полуволну, и конденсатора для сглаживания пульсаций.

Переменный же ток используется только потому, что его очень удобно передавать на большие расстояния, потери в этом случае сводятся к минимуму. Кроме того, он легко поддается трансформации – то есть изменению напряжения. Постоянный ток трансформировать нельзя. Чем выше напряжение, тем ниже потери при передаче переменного тока, поэтому на магистральных линиях напряжение достигает нескольких десятков, а то и сотен тысяч вольт. Для подачи в населенные пункты высокое напряжение снижается на подстанциях, в результате в дома поступает уже достаточно низкое напряжение 220 В.

В разных странах приняты неодинаковые стандарты питающего напряжения. Так, если в европейских странах это 220 В, то в США – 110 В. Интересен и тот факт, что знаменитый изобретатель Томас Эдисон не смог в свое время оценить все преимущества переменного тока и отстаивал необходимость использования в электрических сетях именно постоянного тока. Лишь позже он был вынужден признать, что ошибся.

Что такое безопасное напряжение и безопасный ток человеческого тела? — Новости

25 мая 2019

Напряжение безопасности человеческого тела

Отраслевые нормы Безопасное напряжение не выше 36 В, постоянное безопасное напряжение контакта 24 В, безопасный ток 10 мА. Степень повреждения человеческого тела, вызванного поражением электрическим током, в основном зависит от величины тока, протекающего через человеческое тело, и продолжительности включения питания. Чем больше сила тока, тем больше смертельный риск; чем больше продолжительность, тем больше вероятность смерти.Минимальное значение тока, которое можно почувствовать, называется током считывания. Переменный ток составляет 1 мА, а постоянный ток — 5 мА. Максимальный ток, от которого можно избавиться после электрошока, называется током, переменный ток — 10 мА, постоянный ток — 50 мА, а постоянный — 50 мА. Опасный для жизни ток называется смертельным током, а смертельный ток составляет 50 мА. В случае защиты от поражения электрическим током допустимый ток человеческого тела обычно составляет 30 мА.

Какая причина поражения электрическим током?

1, поражение электрическим током

Смерть человека или животного вызвана прохождением электрического тока в человеческом теле, который нарушает биоэлектричество нервной проводимости человеческого тела, в результате чего мозг теряет контроль тела, или чувствовать ненормальную стимуляцию, и давать неправильные команды мышцам и органам.Особенно, когда ток проходит через сердце, сердце сядет на корточки и перестанет биться, что приведет к гибели человеческого тела из-за нехватки кислорода. Дело не в том, что люди, у которых есть ток, будут поражены электрическим током, в зависимости от силы тока. Сила тока равна напряжению, разделенному на сопротивление человеческого тела. Почему батарея не разряжена? Поскольку напряжение батареи слишком низкое, ток, генерируемый в человеческом теле, слишком мал, люди не чувствуют и не могут причинить вред людям.Чем больше ток, тем больше вероятность того, что человека ударит током. Это означает, что чем выше напряжение, тем опаснее.

2, электрические ожоги

Когда человеческое тело подвергается воздействию высокого напряжения, в теле генерируется большой ток, который может вызвать ожоги, ожоги и т. Д. Тела из-за теплового воздействия тока . Видно, что независимо от вида поражения электрическим током, главной причиной смерти людей и животных является прохождение электрического тока через тело.Необходимым условием для генерации тока является создание замкнутого контура.

Принцип безопасного напряжения

Согласно закону Ома (I = U / R) можно знать, что величина тока, протекающего через тело человека, зависит от приложенного напряжения и сопротивления тела.

В дополнение к сопротивлению человека сопротивление человеческого тела также должно быть связано с одеждой, обувью, штанами и другим электрическим сопротивлением вне человеческого тела. Хотя сопротивление человеческого тела обычно может достигать 5000 Ом, существует множество факторов, влияющих на сопротивление тела, таких как влажная кожа и пот, с проводящей пылью, площадью контакта и давлением заряженного тела, а также влажным маслом одежды, обуви и т. Д. носки могут снизить сопротивление тела, поэтому ток, протекающий через тело человека, невозможно рассчитать заранее.

Следовательно, чтобы определить условия безопасности, ток безопасности часто не используется, но напряжение безопасности используется для оценки: при нормальных обстоятельствах, то есть в среде, где существует риск высыхания и риск Поражение электрическим током небольшое, безопасное напряжение регулируется до 24 В, а поражение электрическим током опасно для влажности. В более крупных условиях (например, металлические контейнеры, сварка и ремонт труб) безопасное напряжение регулируется до 12 В, так что ток через тело человека во время поражения электрическим током может быть ограничен небольшим диапазоном, что может защитить личную безопасность до определенной степени..

Когда сопротивление тела постоянно, чем выше напряжение, с которым контактирует человеческое тело, тем больше ток, проходящий через человеческое тело, и тем серьезнее повреждение человеческого тела. Но дело не в том, что люди могут причинить вред человеческому телу, прикоснувшись к источнику питания. В повседневной жизни мы касаемся руками полюсов обычных сухих батарей, а человеческое тело не испытывает никаких ощущений. Это связано с тем, что напряжение обычных сухих батарей низкое (1,5 В постоянного тока). Когда напряжение, приложенное к человеческому телу, ниже определенного значения, напряжение не вызовет серьезных повреждений человеческого тела за короткое время.Мы называем это напряжение безопасным напряжением.

Что такое безопасное напряжение и безопасный ток человеческого тела?

Безопасное напряжение:

36 В в случае сухости, 24 В в небольшом количестве и только 12 В в особенно влажных условиях. 24 В опасно при нормальных условиях окружающей среды.

Безопасный ток:

Безопасное напряжение и ток синхронизированы. Если напряжение достигает 1000 В, а ток составляет всего 1 мА, это не причинит вреда человеческому телу.Например, в настоящее время обычно используется электронная мышеловка высокого напряжения, низкого тока. Люди сталкиваются с онемением, но большой опасности нет.

В нормальных условиях, ток ниже 15 мА, люди могут бодрствовать, вы можете избавиться от них. Однако ток 15 мА и более опасен для человеческого организма. В зависимости от влажности окружающей среды это может вызвать затруднения при избавлении от них и затруднение дыхания.

Безопасность электричества относительна, в основном зависит от вашего контакта и проводимости воздуха и окружающей среды.

Откуда берется безопасное напряжение 36В для человеческого тела?

Величина сопротивления тела в основном зависит от полноты и худобы тела и практически не зависит от внешних факторов. Его значение составляет около 500 Ом, но сопротивление кожи сильно варьируется в зависимости от условий, поэтому сопротивление тела также находится в большом диапазоне. Изменения внутри.

На электрическое сопротивление тела влияет множество факторов. Кожа не только толстая, но и влажная, потная, поврежденная, а токопроводящая пыль снижает сопротивление тела.Увеличенная площадь контакта и повышенное контактное давление также уменьшат сопротивление тела. Повышенное контактное напряжение пробивает роговой слой эпидермиса и увеличивает электролиз тела, что также снижает сопротивление тела.

Кроме того, сопротивление тела также уменьшается с увеличением частоты сети, например, сопротивление тела при 100 кГц составляет примерно половину от сопротивления при 50 Гц. В нормальных условиях сопротивление тела можно рассматривать в диапазоне 1000 ~ 1500 Ом, самое низкое можно измерить в 800 Ом.Согласно экспериментам и анализу, предельный ток частоты сети, допустимый для человеческого тела, составляет около 50 мА, поэтому его можно рассчитать в соответствии с законом Ома, U = IR≈0,05 & TImes; 800 = 40 (В), и максимально допустимой частотой сети. по человеческому телу известно. Напряжение примерно 40 В.

Таким образом, безопасное напряжение в Китае регулируется на уровне 36 В и 12 В. Для мест с плохими условиями труда, таких как большие трубы, шахты, котлы и другие металлические контейнеры с хорошей электропроводностью, меньшим сопротивлением тела или увеличенными возможностями контакта, безопасное напряжение следует установить ниже, обычно это 24 В или 12 В.Для 12 В это также называется абсолютным безопасным напряжением.

Рейтинг безопасного напряжения Китая

Национальный стандарт «Безопасное напряжение» предусматривает, что рейтинг безопасного напряжения Китая составляет 42 В, 36 В, 24 В, 12 В и 6 В, которые следует выбирать в зависимости от рабочего места, условий оператора, использования режим, режим питания, состояние линии и другие факторы. Безопасное напряжение — это напряжение, которое не вызывает физического удара, обычно менее 36 вольт.

Безопасное напряжение — это напряжение, не вызывающее прямой смерти или инвалидности.«Безопасное сверхнизкое напряжение», обеспечивающее непрерывный контакт в нормальных условиях окружающей среды, составляет 24 В. (также может быть 36 В, 12 В переменного / постоянного тока, 24 В является наиболее распространенным)

Национальный стандарт «Безопасное напряжение» (GB3805-83) предусматривает, что номинальное напряжение безопасности Китая составляет 42 В, 36 В, 24 В, 12 В и 6 В, которое следует выбирать в зависимости от рабочего места, условий работы оператора, режима использования, режима питания, состояния линии и других факторов. .

24 В в зданиях с высоким риском поражения электрическим током.

Это 12 В в зданиях с особой опасностью поражения электрическим током.

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 мимолетно 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 схемы. 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 электрическая энергия является повседневным явлением в современной жизни, почти любой может ознакомиться с иллюстрациями, приведенными на таком уроке.Вы когда-нибудь задумывались, почему птиц не шокирует, 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 ограничится покалыванием или приступами боли из-за накопления статического электричества, проходящего через наши тела. Когда мы работаем с 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 и 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 состоять в том, чтобы подавлять крошечные электрические импульсы, обычно генерируемые нейронами, перегружая нервную систему и препятствуя тому, чтобы как рефлекторные, так и волевые сигналы могли действовать. 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, подающий ток к пострадавшему, обращен к ладони его или ее руки, это сжимающее действие заставит руку крепко ухватиться за провод, тем самым ухудшая ситуацию, обеспечивая отличный контакт с проводом. Пострадавший совершенно не сможет отпустить проволоку.

С медицинской точки зрения это состояние непроизвольного сокращения мышц называется столбняк . 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 произвольный контроль над своими мышцами на некоторое время, так как химический состав нейротрансмиттера находится в беспорядке. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокера», таких как электрошокеры, которые основаны на принципе мгновенного поражения жертвы высоковольтным импульсом, передаваемым между двумя электродами. Правильно 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 электрическим током. 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 из-за достаточно сильного электрического тока, проходящего через тело. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный разряд электрического тока, прикладываемый 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 длительное сокращение мышц (тетанию), которое может прижать руку к источнику тока, продлевая воздействие.Постоянный ток, скорее всего, вызовет одиночное судорожное сокращение, которое часто заставляет жертву отойти 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: электрический разряд, подаваемый дефибриллятором, — это постоянный ток, который 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 рассеяния 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 действию 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 полного пути (цепи) для непрерывного потока. Вот почему удар, полученный от статического электричества, является только мгновенным толчком: течение тока обязательно кратковременно, когда статические заряды уравниваются между двумя объектами. Подобные шоки самоограниченной продолжительности 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, коснувшись только одного провода. 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, 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 обеспечения 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 удар током, 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 быть поражены током, протекающим 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, к человеку, контактирующему с нижним проводом, не будет подаваться напряжение, и они не получат удара током.По той же причине провод, соединяющий цепь с заземляющим стержнем / пластинами, обычно остается оголенным (без изоляции), так что любой металлический объект, о который 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, касающегося только одного провода, таким же безопасным, как птица, сидящая только на одном? 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, такого как ветвь дерева, касающаяся линии электропередачи и обеспечивающая соединение с землей.Такое случайное соединение между проводом 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 во время дождя), проникновением грунтовых вод в подземные проводники линии электропередачи. , и птицы, приземляющиеся на линии электропередач, 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 какой проволокой 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 соприкасается 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 (мокрая): 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.
  • Цепи питания
  • обычно имеют обозначенную точку, которая «заземлена»: прочно соединена с металлическими стержнями или пластинами, закопанными в грязь, чтобы гарантировать, что одна сторона цепи всегда находится под потенциалом земли (нулевое напряжение между этой точкой и землей).
  • 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 недостаточно хороша, чтобы обеспечить защиту от ударов, изолируя ее владельца от земли.
  • Хотя грязь — плохой проводник, она может проводить достаточно тока, 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.

Взяв закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выразив его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получим 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. Различное процентное содержание 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 варьируется в зависимости 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 смертельному 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
Болезненный, но произвольный контроль мышц сохраняется Мужчины 62 мА 9 мА 55 мА
Женщины 41 мА 6 мА 37 мА
Болезненно, провода не отпускаются 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
Возможная фибрилляция сердца через 3 секунды Мужчины и женщины 500 мА 100 мА

«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 чередуется 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 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, 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 необходимо для этого состояния чистой, сухой кожи, чтобы получить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома, чтобы определить это:

[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 только оценками.

Обрызгав пальцы водой для имитации пота, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17000 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 кОм) [/ 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 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), что приведет к тому, что 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 V} [/ 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.

Research предоставило примерный 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 5000 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
Опора, погруженная в проводящую жидкость 100 Ом — 300 Ом

Обратите внимание на значения сопротивления для двух условий, включающих 1.5-дюймовая металлическая труба. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления при захвате трубы одной рукой.

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 путей, по которым протекает от трубы к телу (или наоборот).

Рисунок 1.9

Как мы увидим в более поздней главе, параллельных цепей 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 другой опасностью.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 при напряжении 12 вольт.

К счастью, ничего страшного не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не в 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, встречающиеся на его пути, а поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, токи, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и летального 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 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:

Фигура 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 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, кто или что-либо может с ним контактировать. К сожалению, было бы слишком 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 находиться 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 называется переводом в состояние с нулевой энергией . 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 ударные 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 в «живой» цепи, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).
  • По возможности 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 с нулевой энергией . 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 для потенциальной энергии 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 между ними имеется 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

Если выключатель находится в «разомкнутом» положении, как показано (нет непрерывности), цепь разомкнута, и ток не будет существовать. 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 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 с обеих сторон нагрузки электрически эквивалентно короткому замыканию через нагрузку с помощью провода, это еще один способ достижения той же цели максимальной безопасности:

Фигура 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 техническом обслуживании систем распределения электроэнергии высокого напряжения.

Еще одним преимуществом этой меры предосторожности является защита от возможности включения размыкающего переключателя (включения, чтобы обеспечить непрерывность 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 закорачивающим проводом.

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 необходимость 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 обеспечения 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 даст согласие, сняв свои личные блокировки. Если будет принято решение повторно активировать систему, и замок (и) одного человека все еще остается на месте после того, как все присутствующие снимают свои, метка (и) покажет, кто этот человек и что он делает.

Даже при наличии хорошей программы обеспечения безопасности по блокировке / маркировке все равно необходимо проявлять усердие и разумные меры предосторожности. 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 о ней, но слишком самоуверенны, чтобы ей следовать. 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 зафиксировано в нулевом состоянии.Один из способов проверить — увидеть, запустится ли машина (или что-то еще, над чем она работает), если будет задействован выключатель или кнопка start . Если он запускается, значит, вы знаете, что не смогли получить от него электроэнергию.

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 «мертва». 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 между этим проводником и заземлением все еще присутствует напряжение, 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 электротехник перед началом работы с энергосистемой, и никогда не следует использовать как альтернативный метод 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 выключателя-разъединителя
  • должны присутствовать в правильно спроектированной электрической системе, чтобы обеспечить удобную готовность к состоянию нулевой энергии.
  • Временные провода заземления или закорачивающие провода могут быть подключены к обслуживаемой нагрузке для дополнительной защиты персонала, работающего с этой нагрузкой.
  • Lock-out / Tag-out 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 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 при использовании счетчиков. 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:

Фигура 1.15

Вы заметите, что дисплей этого измерителя имеет «цифровой» тип: числовые значения отображаются с использованием четырех цифр, как на цифровых часах. 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). Измеритель использует внутренние методы для измерения постоянного тока, чем он использует для измерения переменного тока, и поэтому он требует от пользователя выбора типа 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 концы зондов представляют собой острые жесткие кусочки провода:

Фигура 1.16

Черный измерительный провод всегда подключается к черному разъему на мультиметре: тот, который помечен «COM» для «общего». Красные измерительные провода подключаются либо к красному разъему с маркировкой напряжения и сопротивления, либо к красному разъему 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:

Фигура 1.17

Обратите внимание, что два измерительных провода подключены к соответствующим гнездам на измерителе для измерения напряжения, а селекторный переключатель установлен на «V» постоянного тока. 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, образуется короткое замыкание, вызывающее 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 является относительным, 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. Если можно использовать только одну руку для захвата зондов, это более безопасный вариант. 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 изобретательность и изготавливать свои собственные 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, как переменное, так и постоянное напряжение и ток 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 всех пар 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 напряжение между этими тремя проводами в шкафу. Но напряжение измеряется между двумя точками , так где же проверить?

Рис. 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 все эти проверки, 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 должны не только 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 & заземление (как в режимах переменного, так и постоянного тока)! Это дает в общей сложности двенадцать проверок напряжения для этого, казалось бы, простого сценария всего с тремя проводами. Затем, конечно же, после того, как мы завершили все эти проверки, нам нужно взять мультиметр и повторно проверить его с помощью известного источника напряжения, такого 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:

Фигура 1.21

При измерении сопротивления следует помнить, что это должно выполняться 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:

. Фигура 1.22

Если выводы не соприкасаются 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 измеритель частью пути тока цепи, исходная цепь должна быть «разорвана», а измеритель должен быть подключен к двум точкам разомкнутого разрыва. Чтобы настроить измеритель на это, селекторный переключатель должен указывать на переменный или постоянный ток «A», а красный измерительный провод должен быть вставлен в красную розетку с маркировкой «A». На следующем рисунке показан измеритель, полностью готовый к измерению тока, и проверяемая цепь:

Фигура 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. Напряжение 9 вольт вряд ли представляет опасность поражения электрическим током, поэтому не стоит бояться разомкнуть эту цепь (не голыми руками, не меньше!) И подключить счетчик параллельно с током.Однако с цепями 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 его вообще. 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, потому что вольтметры имеют сопротивление, близкое к бесконечному (так что они не имеют сопротивления). t потребляет значительный ток из тестируемой 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 максимальной токовой защиты, эти предохранители в первую очередь предназначены 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 низкое сопротивление, в то время как перегоревший предохранитель всегда показывает «O.L.» (или любое другое указание, которое эта модель мультиметра использует для обозначения отсутствия непрерывности). Фактическое количество Ом, отображаемое для исправного предохранителя, не имеет большого значения, если 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 регулярные занятия 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 как напряжение переменного, так 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 обрыв цепи с помощью мультиметра в цепи, которая находится под напряжением. В лучшем случае показания сопротивления, полученные от глюкометра, будут неточными, а в худшем случае глюкометр может быть поврежден, а вы можете получить травму.
  • Измерители тока («амперметры») всегда подключены 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, какое или как мало будет напряжения 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 — , горячий , также известный как под напряжением или активный :

. Фигура 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 цепи, названная в честь 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 номера , к которому случайно задевает 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, опасности поражения электрическим током нет:

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 проводящим 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:

Рисунок 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 создаст прямое короткое замыкание обратно на источник напряжения через провод заземления, сработав любые устройства защиты от перегрузки по току. 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 электрическая безопасность 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 работающем приборе (показанном выше) ток, измеренный через проводник под напряжением, должен быть точно равен току через нейтральный проводник, потому что существует только один путь для прохождения электронов в цепи.При отсутствии неисправности внутри устройства нет соединения между проводниками цепи и человеком, касающимся корпуса, и, следовательно, нет удара.

Если, однако, горячая проволока случайно коснется металлического корпуса, через человека, прикоснувшегося к корпусу, пройдет ток. Наличие ударного тока 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 разность токов может использоваться как способ обнаружения неисправного состояния. Если устройство настроено для измерения этой разницы в токах между двумя силовыми проводниками, обнаружение дисбаланса тока 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 Прерыватели 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 можно что-то сделать для повышения безопасности, помимо конструкции и состояния прибора.

Прерыватель цепи дуги (AFCI) , автоматический выключатель, предназначенный для предотвращения пожаров, предназначен для размыкания при прерывистых резистивных коротких замыканиях. Например, нормальный выключатель на 15 А предназначен для быстрого размыкания цепи при нагрузке, значительно превышающей номинальную 15 А, или медленнее, немного превышающей номинальную. Хотя это защищает от прямого короткого замыкания и нескольких секунд перегрузки, соответственно, он не защищает от дуги — аналогично дуговой сварке. Дуга представляет собой сильно изменяющуюся нагрузку, периодически достигающую максимума более 70 А, разомкнутую 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 случае, щеточных двигателей, его установка ограничена электрическими цепями в спальнях в соответствии с Национальным электротехническим кодексом 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 проводом , , а незаземленный провод — , горячим проводом .
  • Заземление в энергосистемах существует ради личной безопасности, а не для работы нагрузки (ей).
  • Электробезопасность прибора или других нагрузок может быть улучшена с помощью 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, считывая 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 проводников, что нехорошо. Значительная разница в токе автоматически откроет размыкающий механизм выключателя, 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 плавкий предохранитель представляет собой устройство электробезопасности, построенное вокруг проводящей полосы, 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 возникновения 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 бытовой электропроводке обычно используются ввинчиваемые предохранители со стеклянным корпусом и тонкой узкой полосой из металлической фольги посередине. Фотография, показывающая оба типа предохранителей, представлена ​​здесь:

Фигура 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 цепи. Ниже приведена фотография, на которой изображена пара предохранителей со стеклянным картриджем в держателе с несколькими предохранителями:

Фигура 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, такие как те, которые используются в жилых, коммерческих и легких промышленных предприятиях, имеют термическое управление. Они содержат биметаллическую полосу (тонкую полосу 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 длительным образом, чем предохранители. Фотография маленького автоматического выключателя представлена ​​здесь:

Рисунок 1.40. Малый автоматический выключатель

Снаружи он выглядит как выключатель. Действительно, 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 предохранителя на принципиальной электрической схеме 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.Это в значительной степени достигается за счет того, что плавкий провод делается как можно короче. Точно так же, как допустимая токовая нагрузка обычного провода 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 точки зрения их допустимого напряжения, а также уровня тока, при котором они сработают.

Некоторые большие промышленные предохранители имеют заменяемые проволочные элементы для снижения затрат. Корпус предохранителя представляет собой непрозрачный картридж многоразового использования, защищающий провод предохранителя от воздействия и экранирующий 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 «открытия» или даже на замедленное срабатывание в зависимости от области применения. Последние предохранители иногда называют плавкими предохранителями с задержкой срабатывания из-за их преднамеренных характеристик задержки срабатывания.

Классическим примером применения плавкого предохранителя с задержкой срабатывания является защита электродвигателя, где пусковые токи до десяти раз превышают 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 плавкий предохранитель, что означает, что он будет нагреваться медленнее (но до той же конечной температуры) при любом заданном количестве. тока.

На другом конце спектра 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.Устройства, похожие на выключатели, 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 рекомендациям, 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 срабатывания 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 спроектированы так, чтобы срабатывать быстро, медленно или где-то посередине при одинаковом максимальном уровне тока.
  • Лучшее место для установки предохранителя в заземленной электросети — 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.

Какой ток более опасен, переменный или постоянный?

Бывали ли вы когда-нибудь поражение электрическим током? Что ж, многие люди думают, что постоянный ток более опасен, чем переменный, с точки зрения поражения электрическим током.Чтобы выяснить, какой из них более опасен, давайте вернемся к основам переменного и постоянного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в форме синусоиды (как показано на рисунке ниже). Ток переключает направление вперед и назад. Мы можем найти переменный ток в бытовой технике, свете, вентиляторах и т. Д.

Постоянный ток

Постоянный ток течет только в одном направлении (показано ниже). Его можно найти в электронных схемах, батареях и т. Д.

Позвольте мне сказать вам, что, помимо вида тока, степень поражения электрическим током зависит также от других факторов. Например,

Сумма текущих

Например, поражение электрическим током переменным током от 15 до 20 миллиампер может быть чрезвычайно болезненным. Однако поражение электрическим током силой 100 миллиампер может привести к смерти.

Путь тока

Прохождение тока из правой руки в правую ногу может быть болезненным.Но когда он проходит через сердце из правой руки в левую, это может вызвать фибрилляцию желудочков. Это состояние обычно приводит к летальному исходу.

Продолжительность времени

Скажем, поражение электрическим током слабым током; 0,3 миллиампера также могут вызвать болезненный эффект, если держать его в течение более длительного времени.

Сопротивление тела

Сопротивление мокрого тела поражению электрическим током меньше по сравнению с сухим телом.

Почему человеческое тело ощущает поражение электрическим током?

Это довольно интересно узнать.Ток проникает внутрь тела через кожу. Внешний слой эпидермиса кожи состоит из белкового материала, называемого кератином.

Кератин обеспечивает высочайшее сопротивление прохождению электричества. После слоя эпидермиса идут потовые железы, а затем кровеносные сосуды. Эти потовые железы и кровеносные сосуды состоят из различных ионов, которые являются хорошими проводниками электричества. Следовательно, кровеносные сосуды и потовые железы обладают низким сопротивлением прохождению электричества.

Теперь возникает вопрос, как ток достигает тела и проходит через него.

Отвечая на вышеуказанный вопрос, внешний слой эпидермиса кожи действует как диэлектрик, внутренние потовые железы и ткани действуют как одна пластина конденсатора, а металлическая деталь, по которой проходит электрический ток, действует как другая пластина конденсатора. Из-за этого емкостного эффекта через тело проходит ток. Быстро меняющееся напряжение позволяет большему току проходить через тело.

Какой ток более опасен, переменный или постоянный?

Есть аргументы в пользу как переменного, так и постоянного тока.Эти аргументы основаны на экспериментах и ​​исследованиях, проведенных на людях (включая мужчин и женщин) и профессионалах отрасли, которые имеют опыт работы с обоими типами токов.

Аргумент в пользу постоянного тока

Жертвы, которые испытали поражение электрическим током постоянным током, говорят, что они не могут отдернуть руку, потому что постоянный ток течет постоянно. Этот эффект похож на электрический дверной звонок, питаемый постоянным током. Следовательно, считается, что удар постоянным током более опасен.

Принимая во внимание, что в случае переменного тока человек, испытывающий поражение электрическим током, может отдернуть руку, когда ток упадет до нуля. Следовательно, считается, что электрический ток переменного тока менее опасен, чем постоянный ток.

Аргумент в пользу переменного тока

Когда человек переживает поражение электрическим током, его цель — избавиться от него и спасти жизнь. Неизвестно, что происходит внутри мышц.

Согласно экспериментам Чарльза Далзиэля на мужчинах и женщинах, сокращение мышц происходит непрерывно в случае поражения электрическим током постоянным током.В то время как в случае переменного тока человек, испытывающий электрический шок, подвергается серии сокращений мышц. Серия сокращений мышц вызывает очень серьезные повреждения мышц.

Из-за емкостного поведения кожи, контактирующей с проводником с током, через тело может пройти больше тока, если напряжение быстро меняется. Исследования показали, что двукратное увеличение напряжения увеличивает семикратное увеличение тока.

Порог «отпускания» постоянного тока выше порогового значения «отпускания» переменного тока.Для получения эффекта, аналогичного действию переменного тока, требуется больше постоянного тока.

Эти аргументы основаны не только на экспериментах, проводимых на мужчинах и женщинах, но также были изучены с медицинской точки зрения. Следовательно, аргумент в пользу переменного тока верен.

Теперь можно резюмировать, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Что ж, не следует бояться электричества, но следует помнить, что и переменный ток, и постоянный ток могут быть опасны для человеческого тела, и при работе с любым из них необходимо учитывать меры безопасности.

Список литературы

  • W. B. Kouwenhoven и O. R. Langworthy, «Эффекты электрического удара-II». Транзакция IEEE (A.I.E.E.).
  • Чарльз Ф. Далзил, «Воздействие электрического шока на человека».
  • В. Б. Кувенховен и Д. Р. Хукер, «Частотные эффекты поражения электрическим током».
  • Джон Кадик, «Справочник по электробезопасности», 3-е издание, Макгроу Хилл.
  • Рэймонд М. Фиш и Лесли А. Геддес, «Проведение электрического тока через человеческое тело», Журнал открытого доступа по пластической хирургии.
  • Чарльз Ф. Далзил и Эрик Одген, «Влияние частоты на отпускаемые токи», IEEE Transaction.
  • Марк В. Кролл и Дорин Панеску, «Физика поражения электрическим током», Springer Science + Business Media New York, 2012.

Крунал Шах — увлеченный педагог и консультант по вопросам карьеры с опытом работы в качестве предпринимателя. В настоящее время он работает директором Subodh Tech Private Limited, где занимается организацией профессионального обучения и консультированием по инженерным вопросам.

Чтобы прочитать другие интересные статьи:
нажмите здесь

экспериментов по изучению сопротивления человеческого тела постоянному току I

Примечание редактора — Документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на симпозиуме IEEE Product Safety Engineering Society 2018, где был признан лучшим докладом симпозиума. Он перепечатан здесь, с разрешения, из материалов Международного симпозиума IEEE Product Safety Engineering Society по разработке соответствия продукции требованиям 2018 года.Авторские права 2018 IEEE.


Физиологические эффекты поражения электрическим током в основном индуцируются током [1], поэтому ограничения по току часто устанавливаются в стандартах безопасности для защиты человеческого тела от опасности поражения электрическим током [2]. Однако для определенных стандартов или приложений часто предпочтительны пределы напряжения. В таких случаях импеданс человеческого тела можно использовать для оценки предельного напряжения на основе безопасных пределов тока. Кроме того, импеданс человеческого тела можно использовать для построения моделей электрических цепей, представляющих пути проводимости через человеческое тело, для оценки токов прикосновения.Например, согласно UL 101 [2], импеданс человеческого тела моделируется сопротивлением 1500 Ом, подключенным параллельно конденсатору 0,22 мкФ, включенному последовательно с другим резистором на 500 Ом. Такая измерительная схема используется для оценки тока прикосновения при воздействии шока на уровне восприятия для синусоидального переменного тока 60 Гц.

Применение

постоянного тока, особенно с опасным напряжением, становится все более распространенным из-за более широкого использования возобновляемых источников энергии (например, фотоэлектрических), систем хранения энергии и т. Д.Следовательно, полезно проанализировать сопротивление человеческого тела при постоянном токе, чтобы лучше понять его влияние на физиологические эффекты электрического удара для приложений постоянного тока. В стандарте IEC 60479-1 [3] указано сопротивление человеческого тела постоянному току для сопротивления человеческого тела от 25 В до 1000 В. Однако значения сопротивления постоянному току, включенные в [3], были основаны на экспериментальных данных, проведенных только при 25 В, а остальные значения значений, математически экстраполированных на основе сопротивления человеческого тела переменному току. Это делает предположение, что импеданс тела изменяется одинаково с постоянным током, как и с переменным током, что может или не может быть так.Кроме того, сопротивления корпуса постоянному току, приведенные в [3], относятся только к сухим условиям. Насколько известно авторам, в настоящее время отсутствуют данные о сопротивлении человеческого тела постоянному току во влажных условиях, основанные непосредственно на экспериментальных наблюдениях. Для влажных условий предполагается, что значения сопротивления корпуса постоянному току, указанные в стандарте IEC [3], идентичны сопротивлению корпуса переменному току во влажных условиях при каждом напряжении. Опять же, это делает предположения, которые не имеют твердого подтверждения экспериментальными данными.

Поскольку постоянный ток при опасном напряжении и возможность воздействия на человека таких опасностей становится все более распространенным явлением, необходимо иметь исчерпывающие данные об импедансе человеческого тела при постоянном токе. Такой набор данных потребует, чтобы измерения на многих людях имели какую-либо статистическую значимость (например, 50 или более). Конечной целью авторов является разработка типичных значений импеданса тела постоянного тока на основе экспериментальных данных, аналогичных тем, которые доступны в настоящее время для переменного тока.

Однако пока неясно, какой уровень влияния будут иметь различные параметры измерения, а также на сегодняшний день неясно, насколько воспроизводимым будет любое данное измерение для любого конкретного человека.Авторы пришли к выводу, что поэтому было преждевременно продвигаться вперед с крупномасштабной экспериментальной программой с участием значительного числа людей-добровольцев до того, как было установлено лучшее понимание согласованности измерений на каком-либо конкретном человеке. Например, было неясно, достижимы ли воспроизводимые значения при измерении одного и того же человека в разное время в одних и тех же условиях испытаний. Насколько известно авторам, ни в одной предыдущей работе это не оценивалось. Кроме того, не было обнаружено никаких опубликованных данных о влиянии контактного материала на тестирование импеданса человеческого тела, которое, как предполагается, влияет на измеренный импеданс тела и может лучше объяснить взаимосвязь измеренного импеданса тела и приложенного напряжения.(В [3] сообщалось, что сопротивление тела линейно уменьшается по мере увеличения приложенного напряжения.) Рассмотрев эти неизвестные эффекты на измерение импеданса тела постоянного тока, авторы сделали первый шаг к дальнейшему пониманию этих факторов; результаты которого представлены здесь. Поэтому более масштабную программу испытаний пришлось отложить до проведения в качестве второго этапа нашей работы.

Первоначальная работа, о которой здесь сообщается, исследовала влияние трех переменных теста (контактный материал, влажные или сухие условия и время дня) на трех испытуемых.Материалы для контактов из меди и алюминия использовались для лучшего понимания потенциального влияния на измеренный импеданс тела и для проверки гипотезы о том, что нелинейное поведение, наблюдаемое в поведении импеданса тела, аналогично тому, что наблюдается в контактах металл-полупроводник. [6] Влажные и сухие условия использовались для оценки влияния на измеренный импеданс тела, а также для определения относительной повторяемости измерений при каждом условии. В целях безопасности эта работа ограничила объем исследования до напряжений 60В и ниже.

Рисунок 1: Схема измерения тока прикосновения восприятия


Обзор порога ударного напряжения постоянного тока

Существует четыре различных физиологических эффекта электрического шока для постоянного или переменного тока: восприятие, неспособность расслабиться, фибрилляция желудочков и ожог. Согласно экспериментам, проведенным Далзилом в 1940-х годах [1], порог поражения электрическим током постоянного тока выше, чем переменного тока. Другими словами, человеческое тело менее уязвимо для поражения электрическим током при постоянном токе по сравнению с сигналами переменного тока 50/60 Гц аналогичной величины.Что касается предела напряжения, предел постоянного тока составляет 60 В в сухих условиях и 30 В во влажных условиях, как указано в UL 1310, [4] с целью защиты от неспособности отпустить ударные воздействия. Этот предел был выбран с целью защитить 95% населения, включая детей. Обратите внимание, что этот предел определяется на основе пути от руки к обеим ногам: для других путей тока допустимый предел напряжения может быть другим. Чтобы собрать более широкий диапазон экспериментальных данных, в этой работе предел напряжения был установлен на уровне 60 В вместо 30 В как для сухих, так и для влажных условий, хотя 60 В является пределом невозможности отпускания только в сухих условиях. .Однако следует отметить, что эти пределы были установлены с учетом интересов детей, и в этой работе испытуемыми были только взрослые (и поэтому они могут выдерживать более высокие напряжения). В целях безопасности и комфорта испытуемых каждый испытуемый мог разорвать цепь в любое время во время испытания, оторвав руку от электрода (рис. 2), если ощущение восприятия становилось слишком неудобным. Ток был ограничен до уровня ниже 20 мА, как за счет настройки ограничения тока на источнике питания, так и за счет включения быстродействующего предохранителя на 20 мА, установленного последовательно с источником тока для испытуемого.

Рисунок 2: Фотография экспериментальной установки с субъектом


Оборудование и экспериментальная установка

Модель BK Precision 9183B использовалась для подачи постоянного тока во время испытаний. Во время теста выходное напряжение блока питания контролировалось портативным компьютером. Модель Dewetron DEWE-50-USB2-8 использовалась для сбора данных, включая выходное напряжение и ток от источника постоянного тока. Соединения по току и напряжению с металлическими пластинами были физически разделены, чтобы минимизировать влияние контактного сопротивления.Сопротивление тела рассчитывалось по показаниям напряжения и тока с использованием закона Ома.

На рис. 2 показана экспериментальная установка, на которой испытуемый находится в нужном положении во время тестирования. Испытуемый стоял на металлической пластине, которую чередовали между медью и алюминием. Испытуемым было предложено встать на тарелку босиком. Каждый испытуемый кладет правую руку на металлическую пластину из того же материала, что и пластина у ступней. Перед каждым сеансом тестирования руки очищали спиртовой салфеткой для удаления поверхностных масел и грязи, а также для сушки рук.Не было предпринято никаких усилий, чтобы очистить или высушить ноги. Размер металлической пластины для контакта рук составлял 100 мм на 100 мм. Этот размер определяется как «большая площадь контакта» стандартом IEC 60479-1 [2]. В соответствии с этим стандартом ожидается, что большая площадь контакта приведет к наименьшему сопротивлению к телу, что считается «наихудшим случаем» по сравнению с аналогичным определением «средних» и «малых» площадей контакта. В этой работе предполагается большая площадь контакта или «наихудший случай», поскольку наихудшие условия представляют наибольший интерес для приложений, связанных с безопасностью.

Известно, что на сопротивление человеческого тела влияет уровень влажности поверхности кожи [3]. В этой работе поверхность рук тестировалась в двух условиях: сухой и имитирующий влажный пот и воду. Концентрация натрия в поте находится в диапазоне от 6 до 85 мэкв. на л [5], что эквивалентно от 13,8 мг / дл до 195,5 мг / дл. Для этой работы выбирается концентрация натрия на верхнем пределе этого диапазона, так как это приведет к наименьшему сопротивлению и, следовательно, к «наихудшему» риску электробезопасности.Тест проводился с соленостью 80 мг-экв на литр воды, что приблизительно соответствует 95-му процентилю максимальной концентрации натрия 85 мг-экв. Это соответствует 1,85 г NaCl на литр воды. Человеческий пот также содержит калий и другие соли, но эти концентрации намного ниже по сравнению с концентрацией натрия [5]; поэтому в этом исследовании не учитывались эффекты калия.

Как показано на Рисунке 2, на тыльную сторону руки были приложены два мешка, каждый из которых был заполнен 0,5 кг металлической дроби.Испытуемые были проинструктированы расслабить руки с намерением, чтобы давление оказывалось только весом мешков. Это была попытка контролировать переменное давление на металлические пластины, которое может влиять на сопротивление контакту с телом.

Результаты

Напряжение питания подавалось линейно от 0 В до 60 В, линейно нарастало со скоростью 1 В / с. Ток был ограничен до 20 мА, и когда ток или напряжение достигали предела, источник питания переключался на источник постоянного тока на 20 мА.Каждое испытание продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто 60 В или пока испытуемый не уберет руку с пластины из-за дискомфорта. На рис. 3 показан пример измеренных напряжения и тока в сухих условиях для одного испытуемого. В этом случае приложенное напряжение постоянного тока достигало 60 В, затем снова снижалось до 0 В, при этом наблюдаемый ток составлял около 12 мА при приложенном напряжении 60 В. На рисунке 3 ось x — это временной шаг, который — это выборочный подсчет измерений, выполненных во время 60-секундного теста.

Рисунок 3: Пример измеренного выхода и тока в сухих условиях для одного объекта

Тест 1 Тест 2 Тест 3 Тест 4
Рука Сухой Сухой мокрый мокрый
Материал электрода Медь Алюминий Алюминий Медь

Таблица 1: Условия испытаний

Были измерены четыре комбинации условий испытаний: Таблица 1 показывает условия, которые использовались для каждого испытания.Для каждого условия теста и каждого добровольца тест повторялся 20 раз в течение нескольких недель. На рисунке 4 показаны результаты прямоугольной диаграммы для измеренного тока для каждого из четырех тестов и трех добровольцев при приложенном напряжении 25 В. Верхний край внешнего прямоугольника светло-голубого цвета представляет первый квартиль (Q1), а нижний край представляет третий квартиль (Q3). Таким образом, эта внешняя часть графика представляет собой межквартильный диапазон (IQR) или средние 50% наблюдений.Внутреннее поле представляет 95% доверительный интервал. Вертикальные линии представляют собой верхние и нижние усы, которые простираются наружу, чтобы указать самые низкие и самые высокие значения в наборе данных (за исключением выбросов). Горизонтальная линия в рамке представляет собой среднее значение; кружок с крестиком представляет собой медианное значение.

Рисунок 4: Ток (мА) при 25 В для трех добровольцев и четырех условий испытаний


Данные на Рисунке 4 показывают, что изменчивость сопротивления тела во влажных условиях (тесты 3 и 4) была значительно меньше, чем наблюдаемая для сухих условий (тесты 1 и 2).Более того, сопротивление влажного состояния было ниже, чем соответствующего сухого состояния, что означает, что влажное состояние является худшим случаем (то есть более опасным) с точки зрения безопасности. Поскольку консерватизм обычно предпочтительнее при анализе безопасности, и тот факт, что данные о влажных условиях демонстрируют меньшую изменчивость, результаты предполагают, что в будущем тестирование импеданса тела будет проводиться только во влажных условиях.

На рис. 5 показан график измеренного тока для обоих тестов 3 (алюминий) и 4 (медь, оба проводились с использованием влажной кожи) при 5В.Было замечено, что металлический электрод влияет на измеряемый ток. Для всех испытуемых медь показывала более высокий измеренный ток при 5 В и 10 В, причем этот эффект, как было обнаружено, уменьшался с увеличением напряжения. Следует отметить, что это вряд ли связано с более высокой электропроводностью меди по сравнению с алюминием, поскольку конфигурация с четырьмя датчиками, используемая для измерения сопротивления, включает в измерение только контакт металла с кожей и не включает объемное сопротивление металла. контакт.Кроме того, любой вклад в объемное сопротивление будет наблюдаться при всех напряжениях и не будет уменьшаться при увеличении напряжения.

Рисунок 5: Коробчатая диаграмма измеренного тока для Теста 3 и Теста 4 (влажные условия) при 5 В


Метод дисперсионного анализа (ANOVA) может облегчить определение значимости фактора для конкретного выходного параметра. В этом исследовании он использовался для определения статистической значимости металлического материала электрода при измерении сопротивления тела в зависимости от напряжения.На рис. 6 показаны значения R , рассчитанные для влияния материала электрода на измеряемый ток: более высокое значение R предполагает большее влияние на выходной параметр. Было обнаружено, что значение R высокое при низких напряжениях, затем быстро падает при увеличении напряжения с 10 В до 20 В. Это говорит о том, что обнаружено, что металлический электрод оказывает статистически значимое влияние на измеренный импеданс при напряжениях ниже 20 В. , что согласуется с наличием барьера Шоттки на границе раздела металл-скин.[6]

Рисунок 6: Значение R (в процентах), рассчитанное с помощью дисперсионного анализа ANOVA во влажных условиях, оценивающее влияние электродного материала на каждого из трех добровольцев.


На рисунке 7 показано среднее значение сопротивления напряжения для испытания 4 (влажное состояние, медный электрод). Было замечено, что сопротивление тела обычно уменьшалось с увеличением напряжения прикосновения. Также было обнаружено, что сопротивление тела имеет нелинейную зависимость от напряжения, что соответствует стандарту IEC 60479-1.В стандарте IEC 60479-1 отмечается это нелинейное поведение, а также упоминается дальнейшее увеличение по мере того, как происходит электрический пробой кожи [3]. Природа этого нелинейного поведения не описана в IEC 60479-1. Авторы предполагают, что эту нелинейность можно объяснить в контексте барьера Шоттки, где контакт кожи с металлической пластиной образует переход металл-полупроводник, что приводит к неомическому вольт-амперному поведению. Тогда разница в измеренном сопротивлении между алюминием и медью будет зависеть от работы выхода (которая для двух металлов составляет примерно 4.3 и 4,7 эВ соответственно) [6]. Измерения с использованием дополнительных металлических поверхностей помогли бы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, например, проведение измерений с использованием материалов с более низкой работой выхода (например, магний, 3,7 эВ) и более высокой работой выхода (например, никель и платина, 5,2 и 5,7 эВ, соответственно. ), оба потенциальных объекта будущей работы.

Рисунок 7: Среднее значение сопротивления в зависимости от напряжения для Теста 4 (влажные условия)


Коэффициент вариации (CV) представляет собой отношение стандартного отклонения к среднему, что полезно для сравнения степени вариации измеренного сопротивления для каждого отдельного добровольца.Поскольку установление повторяемости измерения импеданса тела для одного и того же человека было ключевой целью этой работы, CV помогает количественно оценить эту изменчивость. На рисунке 8 показана CV для всех трех добровольцев, использующих медные электроды во влажных условиях (тест 4), сравнивая относительные различия данных среди добровольцев. Было замечено, что волонтер № 3 продемонстрировал гораздо больший разброс в сопротивлении тела по сравнению с двумя другими добровольцами (это также можно наблюдать на Фигуре 4). Для волонтера No.2, измеренное сопротивление тела было менее согласованным при более низких напряжениях, но при увеличении напряжения более 20 В CV сопротивления тела снижается примерно до 10%, что согласуется с данными добровольца № 1.

Рисунок 8: Коэффициент вариации для трех добровольцев, использующих медь во влажных условиях


Для дальнейшего исследования большего разброса, наблюдаемого в результатах добровольца № 3, данные были разделены по времени суток (утро и полдень). Утро определяется как измерения, проводимые в течение обычного рабочего дня до 12:00 по местному времени, а после полудня — как измерения, завершенные после 12:00.Во время этой работы, как правило, каждый день выполняли два измерения каждого испытуемого: одно утром и одно днем. За отсчетом времени понималось время, когда результаты теста были завершены и сохранены в компьютере. На рисунке 9 показан коэффициент вариации для утра (а) и после полудня (б). Как и в случае, показанном на Рисунке 8, на Рисунке 9 также показаны данные с медными электродами и кожей во влажных условиях. Интересно отметить, что CV значительно различается для волонтера No.3 между утром и днем, тенденция, которая была последовательной для этого объекта во всех приложенных напряжениях, используемых в этом исследовании. Для двух других добровольцев разница между утром и днем ​​оказалась менее значительной, особенно для добровольца № 1. Следует отметить, что для тестов, проводимых утром, разброс данных для добровольца № 3 был фактически ниже, чем для добровольца № 1. для добровольца № 2 — при напряжении менее 25 В. Как утром, так и днем, CV уменьшается с увеличением напряжения.Точная природа статистически значимых различий в утренних и дневных данных для добровольца № 3 в настоящее время неизвестна. Поскольку эта разница в поведении наблюдалась при 20 измерениях в течение нескольких недель, маловероятно, что проблемы были вызваны ошибкой измерения и, скорее, связаны с каким-либо метаболическим или другим состоянием организма, затронутым в полдень (т. Е. Во время обеда). Другая, хотя и менее вероятная, возможность — это какое-то неосознанное изменение в поведении добровольца No.3 между утром и днем, хотя было бы сложно повлиять на такое изменение постоянно в течение 20 тестовых сессий. Независимо от причины, здесь важна не конкретная причина, а общее влияние на сопротивляемость организма. Эти наблюдения действительно предполагают, что будущие измерения, возможно, придется проводить как утром, так и после обеда, и соответствующее время измерения должно быть отмечено для каждого испытуемого для будущих исследований.

Рисунок 9: Коэффициент вариации с использованием медных электродов во влажных условиях (тест 4), (а) утро (б) полдень


Заключение

Данные показали влияние материала контакта на измеренное сопротивление тела и может быть связано с образованием барьера Шоттки, аналогичного тому, что наблюдается в приборах типа металл-полупроводник.Это могло бы объяснить природу неомического поведения, которое давно известно для импеданса человеческого тела, хотя для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования. Результаты показывают, что обязательно указать состав контактных материалов, используемых для измерения импеданса тела, вместе с результатами, и что для обоих контактов следует использовать только один тип контактного материала.

Влажные условия показали более стабильные результаты испытаний на сопротивление тела, чем в сухих условиях.Учитывая это, а также тот факт, что влажные условия демонстрируют меньшее сопротивление тела, чем соответствующее сухое состояние, будущая работа будет сосредоточена на использовании только влажных условий. Это исследование также продемонстрировало, что измеренное сопротивление может значительно различаться в разное время дня, а именно утром и днем, как было исследовано здесь. Также было замечено, что эта вариация относительно времени суток наблюдалась не у всех испытуемых и имела неизвестное происхождение. Независимо от причины, результаты показывают, что время суток является потенциальной переменной для импеданса тела, и его необходимо продолжать включать в будущие исследования, желательно для получения данных в разное время суток для одного и того же добровольца.Когда этот эффект времени суток отделен от данных, можно заметить, что коэффициент вариации имеет тенденцию составлять около 10%, причем более высокие значения наблюдаются при более низких напряжениях.

Экспериментальная работа, описанная здесь, показывает, что импеданс человеческого тела, измеренный для конкретного испытуемого и проведенный в одних и тех же условиях испытаний, будет воспроизводиться с течением времени. Ожидается, что данные будут нормально распределены со стандартными отклонениями примерно 10% от среднего значения для большинства испытуемых и условий, хотя для некоторых испытуемых возможна большая вариабельность (в частности, из-за изменений из-за времени суток, пока неизвестно. происхождение).

Эти результаты подтверждают, что данные более широкой выборки добровольцев, вероятно, будут репрезентативными для сопротивления тела постоянного тока каждого человека в пределах предсказуемого уровня неопределенности, даже если на добровольце был проведен только один сеанс измерения. Однако измерения, проведенные несколько раз на дополнительных добровольцах, будут полезны для лучшего понимания влияния переменных теста на людей. Это говорит о том, что в будущей работе часть добровольцев попросят вернуться для повторных измерений в течение нескольких дней, в то время как более широкую популяцию можно попросить принять участие только в одной или двух тестовых сессиях (желательно в двух, одна из которых проводится утром, а другая — в одной. второй в тот же день).Для дальнейшего изучения природы неомического контактного поведения трех исходных испытуемых попросят повторить тестирование с использованием дополнительных контактных материалов. Дополнительных испытуемых также могут попросить провести тесты с использованием нескольких контактных материалов. Предполагается, что для всех испытаний будут использоваться только влажные условия, поскольку измеренные токи были выше, а изменчивость данных была ниже. Ожидается, что испытания будут продолжены с тем же путем тока тела (правая рука к обеим ногам), хотя было бы полезно провести дополнительные исследования с другими путями тока тела.


Ссылки
    1. C.F. Далзил, Э. Огден и К. Эбботт, «Влияние частоты на отпускаемые токи», Труды Американского института инженеров-электриков,
      vol. 62 1943.
    2. UL 101, «Ток утечки для устройства», Underwriters Laboratories Inc.
    3. Технический комитет 64 МЭК, рабочая группа 4, «Воздействие электрического тока на людей и домашний скот —
      Часть 1: Общие аспекты», IEC 60479-1.
    4. UL 1310, «Блок питания класса II», Underwriters Laboratories LLC.
    5. И. Шварц и др., «Экскреция натрия и калия в человеческом поту», осеннее собрание Американского физиологического общества, стр. 114-119, Мэдисон, Висконсин.
    6. Р. Стейм, Ф. Рене Коглер и Кристоф Дж. Брабек, «Интерфейсные материалы для органических солнечных элементов»,
      J. Mater. Chem., 2010, 20, 2499-2512.
    7. Р. Т. Тунг, (2014). «Физика и химия высоты барьера Шоттки», Обзоры прикладной физики , 1 (1).

Хай Цзян получил докторскую степень.D. и магистр электротехники Дейтонского университета (Огайо). В настоящее время он является старшим инженером-исследователем и глобальным экспертом по поражению электрическим током и токам утечки в Underwriters Laboratories (UL). Цзян является старшим членом Общества IEEE и профессиональным инженером в США. Он также является основным назначенным инженером (инженер по стандартам UL) по току утечки UL101 для устройств. С Цзянем можно связаться по адресу [email protected]

Пол У.Бразис младший . является менеджером по исследованиям и заслуженным членом технического персонала UL по корпоративным исследованиям в UL LLC (Нортбрук, Иллинойс, США). Он имеет опыт работы в области электрических и тепловых характеристик, электронных материалов и физики устройств, получил степень бакалавра, магистра и доктора в области электротехники в 1995, 1997 и 2000 годах соответственно в Северо-Западном университете (Эванстон, Иллинойс, США). Бразис присоединился к UL в 2008 году и возглавляет группу электрических и механических исследований. С ним можно связаться по адресу [email protected]

переменного тока по сравнению с постоянным током Что более опасно?

Многие люди спорят об интенсивности переменного и постоянного тока. Позвольте нам помочь вам выяснить, что из двух более опасно и почему.

Далее мы обсудим причины поражения электрическим током, опасные уровни переменного и постоянного тока и их опасное воздействие на наш организм.

Мы только что запустили нашу серию Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по энергетической системе.Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, это весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, и получите от этого пользу.

Разница между переменным и постоянным током:

AC:

Переменный ток, известный как переменный ток, — это ток, который меняет свое направление в течение определенного периода времени.

В качестве движущей силы тока принимается напряжение. Напряжения переменного тока также меняют свое направление или «полярность» через некоторое время.

Переменный ток течет в форме синусоиды. Количество циклов, завершенных за секунду, называется «частотой».

Следовательно, частота 50 Гц означает, что ток проходит 50 циклов за одну секунду.

округ Колумбия:

Постоянный или постоянный ток — это ток, который не меняет своего направления и течет по прямому пути, при этом полярность остается постоянной.

Поскольку постоянный ток не течет синусоидами и не меняет направление, у него нет частоты.

Что вызывает электрический шок? Ток или напряжение?

Поражение электрическим током вызвано током, а не напряжением.

Ток — это поток зарядов, который движется от точки с более высоким потенциалом к ​​точке с низким потенциалом. Эти заряды проходят через тело, когда человек контактирует с источником электрической энергии.

Напряжение, однако, не менее важно, поскольку оно определяет величину тока.

Это можно понять с помощью закона Ом , в котором четко указано, что напряжение и ток прямо пропорциональны друг другу,

Почему человеческое тело ощущает поражение электрическим током?

Прежде всего, человеческое тело обладает собственным сопротивлением электрическому току, которое варьируется по всему телу.Кожа имеет наибольшее сопротивление около 100000 Ом, в то время как внутреннее тело имеет сопротивление не менее 300-500 Ом.

Тело ощущает поражение электрическим током в основном из-за эффекта нагрева и стимуляции нервов и мышц. Сопротивление тела току вызывает рассеивание энергии, что приводит к тепловому эффекту или даже ожогам.

Когда происходит разрушение кожных тканей, тело обеспечивает ток с низким сопротивлением, потому что наша кровь, мышцы и органы содержат много ионов, которые помогают току проходить.

Этот поток зарядов внутри тела сопровождается мышечными сокращениями и фибрилляцией желудочков.

Некоторые важные факторы

При потливости или влажности кожа значительно снижает сопротивление, что приводит к увеличению интенсивности электрического удара по мере прохождения через нее большего тока.

Некоторые значения сопротивления кожи можно увидеть из этой таблицы:

Состояние Сопротивление (Ом)
Сухой Мокрая
Палец 40К-1М 4К-15К
Трос для удержания руки 15К-50К 3К-6К
Захват для пальцев 10–30 000 2К-5К
Сенсор для ладони 3К-8К 1К-2К
Погруженный вручную 200-500

* Эта таблица составлена ​​на основе данных, разработанных Kouwenhoven and Milnor

Человеческий жир обладает высокой сопротивляемостью.Таким образом, для двух человек с разными жирами в организме человек с более высоким процентом жира в организме испытает менее серьезный шок по сравнению с человеком с меньшим содержанием жира.

Переменный ток может вызывать стимуляцию потовых желез и вызывать потоотделение, тем самым снижая сопротивление нашего тела, что, следовательно, увеличивает ток разряда.

Продолжительность поражения электрическим током также важна. Тяжесть травм увеличивается с течением времени. Даже небольшой ток 0.При длительном удерживании 4 мА может быть болезненным. Фибрилляция может произойти за 0,2 секунды при 500 мА, а при 75 мА — за 0,5 секунды.

Давайте теперь всесторонне поговорим о переменном и постоянном токе.

Среднеквадратичные и пиковые значения :

Как обсуждалось выше, переменное напряжение и ток могут быть представлены в форме синусоидальной волны. Можно заметить, что синусоидальная волна имеет два пика, минимальный пик и максимальный пик.

Значения текущего напряжения на этих пиках известны как пиковые значения, которые являются наивысшими значениями, достигаемыми в процессе.

Что касается среднеквадратичных значений (среднеквадратичных значений), это значения переменного тока и напряжения, которые вызывают такой же уровень нагревающего эффекта, как и постоянный ток. Среднеквадратичное значение может рассматриваться как значение переменного тока, эквивалентное постоянному току, и определяется по формуле:

.

Поскольку постоянный ток не имеет синусоидальной формы сигнала, он не будет иметь никакого среднеквадратичного значения, и будет поддерживаться только постоянное пиковое значение.

Одинаковый уровень мощности переменного и постоянного тока :

Предположим, у нас есть 220 В, среднеквадратического значения, переменного тока и 220 В постоянного тока, что, по вашему мнению, будет более опасным?

Что ж, для 220 В, являющегося среднеквадратичным значением для переменного тока, его пиковое значение будет 311 В, следовательно, в какой-то момент он будет иметь более высокое значение тока.

Следует иметь в виду, что поражение электрическим током вызывает не напряжение, а ток. Помимо напряжения, ток также будет зависеть от сопротивления тела.

Следовательно, значение сопротивления имеет большее значение, чем одинаковые уровни мощности переменного и постоянного тока. Чем меньше сопротивление пути тока, тем сильнее будет поражение электрическим током.

Опасные значения и последствия переменного и постоянного тока:

Опасные значения и эффекты переменного и постоянного тока:

Переменный ток 50/60 Гц постоянного тока Эффект
0.4 мА 1 мА Легкое ощущение
1-10 мА 5,2-62 мА Болезненное ощущение
10-16 мА 76 мА Паралич рук, невозможно освободить захват
23-30 мА 90 мА Паралич дыхания, затрудненное дыхание
75-250 мА 500 мА Фибрилляция желудочков, сердце начинает трепетать

Из приведенной выше таблицы видно, что как переменный, так и постоянный ток приводят к серьезным и опасным для жизни результатам.Однако мы также можем видеть, что требуется большая величина постоянного тока, чтобы вызвать тот же эффект, по сравнению с переменным током.

Влияние частоты :

Отпускающий ток — это максимальное значение тока, при котором человек может отпустить проводник с помощью мышц, на которые воздействует ток. При определении этого значения не менее важна частота тока.

Определено NFPA 70E.

50 Гц переменного тока гораздо более опасен, чем 2000, 4000 или 5 Гц переменного тока той же величины.Причина в том, что при частоте 50 и 60 Гц электрические импульсы от разряда стимулируют мышцы тела и влияют на нашу нервную систему.

Например, 50 мА переменного тока, 50 Гц достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков (сердце перестает работать и бьется нерегулярно), в то время как 150 мА постоянного тока потребуется для достижения того же эффекта. [1]

В общем, постоянного тока требуется больше, чтобы вызвать тот же эффект, что и переменный.

В заключение мы хотели бы подчеркнуть, что переменный и постоянный ток опасны для нас.К электричеству нельзя относиться легкомысленно.

Однако свойства переменного тока вызывать мышечные сокращения, фибрилляцию желудочков и другие серьезные повреждения в гораздо меньшей степени, чем постоянный ток, делают его более смертоносным, чем постоянный ток.

Мы должны избегать любого прямого контакта с электричеством и не позволять другим делать то же самое. Крайне важно знать об опасности поражения электрическим током и мерах предосторожности, необходимых для предотвращения такого инцидента.

Перед работой с электрооборудованием обязательно используйте мультиметр для предварительной проверки уровней напряжения и тока.Важно знать причины, чтобы обезопасить себя от поражения электрическим током. Одна из причин — неисправное и плохо обслуживаемое оборудование.

Также необходимо иметь соответствующие СИЗ, такие как резиновые сапоги и перчатки.

Другая опасность — это вспышка дуги в электрической системе. Вот почему электробезопасность и профилактика имеют решающее значение для любого коммерческого или промышленного объекта.

Мы надеемся, что эта статья окажется полезной для наших читателей. Пожалуйста, не стесняйтесь давать свои ценные предложения в комментариях ниже.Спасибо.

Артикул:

[1] Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением. IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar]

Безопасны ли устанавливаемые вами солнечные системы?

На рынке доступны два типа солнечных систем;

AC Solar системы и DC Solar системы.

Солнечные системы

постоянного тока были начальной топологией, используемой для солнечных систем, подключенных к сети.Однако солнечным системам постоянного тока присуща проблема безопасности, поэтому были разработаны солнечные системы переменного тока.

Схема солнечной системы постоянного тока, показывающая опасную незащищенную цепь постоянного напряжения красным цветом

DC Солнечные системы состоят из длинных цепочек солнечных модулей, соединенных последовательно с инвертором, подключенным на конце. Струнный инвертор используется для преобразования постоянного напряжения солнечной батареи в переменное напряжение (230 В переменного тока), которое затем можно использовать дома или на работе.

Последовательное соединение солнечных модулей приводит к возникновению опасного незащищенного постоянного напряжения (от 200 до 1000 В постоянного тока), подаваемого от солнечных модулей на крыше вниз к струнному инвертору, который часто монтируется на стене. Напряжение постоянного тока очень сложно защитить по сравнению с переменным током, потому что напряжение постоянно выше нуля.

Если в кабеле постоянного тока возникает неисправность, гасить дугу очень сложно, потому что она непрерывная, тогда как напряжение переменного тока чередуется между положительным и отрицательным (проходит ноль) 100 раз в секунду (50 Гц), в этот момент защитное устройство может легко изолировать любую дугу. возникающая неисправность.

Это одна из основных причин, по которой кондиционер используется для электроснабжения зданий в Австралии и во всем мире. Переменный ток по своей природе безопаснее постоянного тока.

Неисправность в кабелях постоянного тока может вызвать непрерывную дугу, которая может вызвать возгорание — эта дуга способна плавить сталь, стекло и воспламенять большинство горючих строительных материалов.

В отличие от других электрических цепей в вашем доме или на работе, эта опасная цепь постоянного напряжения от крыши до инвертора струны часто не имеет защиты в случае возникновения неисправности.Таким образом, когда возникает дуговое замыкание, нет ничего, что могло бы изолировать цепь и предотвратить возгорание.

Ниже представлена ​​демонстрация дугового замыкания для небольшой солнечной батареи постоянного тока (всего 4 солнечных модуля).

Солнечные системы

постоянного тока в домах или на предприятиях обычно имеют до 11 солнечных модулей, соединенных последовательно, что приводит к значительно большему количеству дуговых замыканий, чем в этой демонстрации.

Было множество пожаров в домах и зданиях в результате неисправностей в кабелях постоянного тока солнечных систем.Неисправности происходили в изоляторах постоянного тока, расположенных на крыше или где-либо еще, соединениях постоянного тока в массиве, соединениях постоянного тока на инверторе, любых соединениях в проводке постоянного тока или где-либо вдоль кабеля постоянного тока от крыши до инвертора.

Неисправность может возникнуть по любой из следующих причин:

  • Неправильная прокладка кабелей постоянного тока — незакрепленные клеммы, вилки постоянного тока неправильно подключены, несоответствующие разъемы постоянного тока, поврежденная изоляция, неправильный размер кабеля, использование компонентов, отличных от постоянного тока, недостаточная защита от ультрафиолета или проникновение воды
  • Компоненты постоянного тока низкого качества — изоляторы постоянного тока низкого качества, разъемы постоянного тока низкого качества, проникновение воды из-за ненадлежащих уплотнений или использование кабелей постоянного тока низкого качества.
  • Повреждение кабеля постоянного тока — Повреждение, вызванное грызунами, опоссумами, птицами, насекомыми и т. Д. Или будущими строительными работами (например, ремесленник или домовладелец просверливает кабели постоянного тока, повреждая изоляцию)
  • Устаревшие кабели постоянного тока — Неисправность может возникнуть просто из-за старения кабелей постоянного тока, изоляторов постоянного тока и любых соединений постоянного тока. По мере старения соединений постоянного тока они подвергаются коррозии, и сопротивление увеличивается, образуя горячую точку, в которой может возникнуть дуговое замыкание. Изоляция кабелей постоянного тока со временем ухудшается, что приводит к оголению проводов и возникновению дугового замыкания.Водонепроницаемые уплотнения для изоляторов постоянного тока, кабелепроводов и вилок постоянного тока со временем изнашиваются и допускают попадание воды, вызывая дуговое замыкание.

Вероятность возникновения дуговых замыканий возрастает с возрастом солнечной системы. Неисправность может произойти независимо от того, насколько хорошо установлена ​​солнечная система, просто из-за коррозии стыков, повреждения кабелей постоянного тока или просто ухудшения изоляции кабеля постоянного тока с течением времени.

AC Солнечные системы были разработаны более 10 лет назад для устранения опасного постоянного напряжения в солнечных системах.

Схема солнечной системы переменного тока, показывающая защищенную цепь переменного напряжения зеленым цветом

AC Солнечные системы имеют микроинверторы, подключенные к каждому солнечному модулю, что позволяет напрямую преобразовать выход каждого солнечного модуля в 230 В переменного тока. Здесь нет опасной проводки постоянного тока, и вся цепь от распределительного щита до каждого солнечного модуля имеет такую ​​же защиту от неисправностей, как и другие цепи в доме и на работе. Микроинверторы также автоматически отключаются при отключении питания.Это полностью исключает риск возгорания и поражения электрическим током из-за опасного напряжения постоянного тока.

Примеры дуговых коротких замыканий на постоянном токе в Солнечные системы постоянного тока

AC Солнечные системы обеспечивают большую безопасность.

Чтобы узнать больше, нажмите здесь

Безопасно ли питание через Ethernet?

16 декабря 2020 г. / Общий

Технология Power over Ethernet (PoE) существует уже несколько лет, начиная с PoE типа 1 (IEEE 802.3af), представленного в 2003 году, который обеспечивает мощность до 15,4 Вт, из которых для устройства доступно 13 Вт. За ним последовал PoE типа 2 (иногда называемый PoE Plus), который обеспечивает до 30 Вт, при этом для устройства доступно 25,5 Вт.

На таких уровнях мощности постоянного тока никто никогда не сомневался в безопасности PoE.Но после того, как в 2018 году были представлены четырехпарные PoE типа 3 и типа 4 с мощностью 60 Вт и 90 Вт соответственно, а Национальный электрический кодекс был пересмотрен с учетом схем удаленного питания мощностью 60 Вт, многие начали задаваться вопросом, является ли PoE безопасным. Мы подумали, что нужно присмотреться.

переменный ток в сравнении с постоянным током

Хотя звучание AC / DC «Back in Black» выше 70 децибел определенно НЕ безопасно для ваших ушей, долгое время считалось, что питание постоянного тока безопасно, а питание переменного тока — нет. В этом есть доля правды, поскольку считается, что мощность переменного тока примерно в 3-5 раз опаснее постоянного тока — для того, чтобы убить вас, требуется гораздо больше миллиампер постоянного тока, чем переменного тока при том же напряжении.Чтобы лучше понять, почему, это помогает понять разницу между ними.

Электропитание переменного тока периодически чередуется, в то время как мощность постоянного тока течет в одном направлении. Вот почему мощность переменного тока имеет частоту, а мощность постоянного тока — нет. В США переменный ток меняется 60 раз в секунду (60 Гц). В Европе это 50 раз в секунду (50 Гц). Легкий способ визуализировать разницу — просмотреть их в виде графиков: мощность переменного тока образует волнообразный (синусоидальный) рисунок, а постоянный ток представляет собой просто плоскую линию.

Когда вы потрясены опасными уровнями силы тока переменного тока, переменный характер мощности переменного тока заставляет сердце впадать в фибрилляцию предсердий.Непрерывный поток энергии постоянного тока не так опасен для сердца, но может вызвать судорожные сокращения и даже убить вас на достаточно высоких уровнях. Помимо силы тока, важным фактором является сопротивление тела, на которое могут влиять влажность, толщина кожи, вес, возраст и даже пол. Сухая кожа имеет большее сопротивление, чем влажная кожа, и количество электрического тока, протекающего по телу, увеличивается, когда сопротивление уменьшается. А женщины более восприимчивы к токам, чем мужчины, из-за меньшего общего сопротивления тела.

Кроме того, большое значение имеет путь. Поражение электрическим током происходит только в том случае, если на теле есть полный путь с двумя точками контакта для входа и выхода тока, а электричество всегда будет самым легким путем к земле. Путь, по которому проходит ток, во многом зависит от того, насколько вреден шок — ток, который течет из рук в руки и, следовательно, через ваше сердце, намного опаснее, чем ток, который течет, скажем, от пальца к локтю.

Что это значит для PoE?

Согласно стандартам IEEE, PoE вводится в кабель с напряжением от 44 до 57 В постоянного тока, обычно 48 В постоянного тока.Как правило, напряжение ниже 35 В переменного тока или 60 В постоянного тока считается безопасным сверхнизким напряжением (БСНН), поэтому по определению порты с поддержкой PoE относятся к БСНН. Нельзя сказать, что 48 В постоянного тока не могут вас шокировать (вы поймете это, если когда-нибудь прикасались языком к 9-вольтовой батарее, когда были ребенком). И никто не рекомендует снимать изоляцию с жилы витой пары и тыкать в нее голыми руками (особенно во влажном состоянии).

Но с PoE у вас все еще мало шансов получить удар током от отключенного кабеля из-за самого протокола.Это связано с тем, что оборудование источника питания (PSE) должно испытывать рукопожатие с подключенным устройством (PD) до того, как будет подано какое-либо питание. Ни рукопожатия, ни силы. Это сильно отличается от стандартной розетки переменного тока, которая постоянно подает питание, независимо от того, подключено ли у вас какое-либо устройство.

Короче говоря, ДА. PoE безопасно.

Всегда есть Но

Итак, если PoE безопасен, почему NEC обращается к нему для уровней мощности выше 60 Вт? По-прежнему существует потенциальная опасность, вызванная выделением тепла PoE в пучках кабелей, что может вызвать вносимые потери и ухудшение характеристик кабеля со временем, препятствуя правильной передаче данных.А поскольку все, от телефонов и устройств безопасности до систем безопасности, подключенных к сети и запитанных по ней, потеря сигнала, безусловно, может стать проблемой для безопасности жизни. Это одна из причин, по которой NEC определяет количество кабелей, разрешенных в пучке, в зависимости от размера проводника и номинальной температуры для PoE 60 Вт или выше или требует использования кабеля ограниченной мощности (LP).

Что касается PoE, то сейчас ведутся дискуссии о пожарной безопасности. Хотя это теоретически возможно, это будет абсолютно наихудший сценарий — большой плотный пучок кабелей, все одновременно доставляющий мощный PoE мощностью 60 Вт или выше в пространстве с горячим потолком (выше 40 ° C) из одной точки в другую, не нарушая меньшие пакеты / отдельные тиражи.Также, вероятно, потребуется неэкранированная конструкция кабеля низкого качества (например, из алюминия с медным покрытием) в непосредственной близости от горючего материала. Такого сценария можно избежать, следуя инструкциям по объединению в пакеты и сертификации (которые не будут проходить через кабели CCA).

Важно помнить, что даже при отсутствии опасности PoE может нанести ущерб передаче, если кабель не сбалансирован должным образом. В четырехпарном PoE типа 3 и типа 4 питание передается по всем четырем парам с данными через синфазное напряжение, которое разделяет ток между каждым проводником в парах.Для этого необходимо сбалансировать сопротивление постоянному току. Слишком большой дисбаланс вызывает насыщение трансформатора, что может привести к искажению сигналов данных Ethernet. Вот почему мы рекомендуем проверять асимметрию сопротивления постоянному току с помощью тестера серии DSX CableAnalyzer ™. Узнайте больше о тестировании несимметрии сопротивления постоянного тока здесь.

Узнать больше о DSX CableAnalyzer

См. MicroScanner PoE

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *