Шаговое напряжение что это такое как передвигаться: «» 25.10.2016 N 2151 » » ( » -4100612—088-2016. …») /

Содержание

Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения

Опасность напряжения шага

Электрический ток не выявляет никаких внешних знаков опасного присутствия — не существует ни запахов, никаких признаков, вызывающих тревогу. По этой причине пострадавший выясняет, что угодил в зону шагового напряжения тогда, когда уже становится поздно. Электричество наносит поражение неожиданно, после того, как пострадавший начинает движение и становится подключенным к электроцепи.

Что называется шаговым напряжением

Такое напряжение образуется во время обрыва электролинии свыше 0.4 кВ на почву. Земля хорошо проводит электроток и способствует дальнейшему его движению. Каждая точка на почве, в области растекания, обретает конкретный электропотенциал, уменьшаемый по степени отдаления от места касания линии с землей. Электроток поражает в одно мгновение, в ту секунду, когда ноги пострадавшего дотрагиваются 2-х точек, которые имеют различные электропотенциалы.

В связи с этим определение шагового напряжения (ШН) звучит таким образом — это разность потенциалов образованная 2-мя точками касания с грунтом. Чем такой шаг больше, тем значительнее разность и тем реальнее возникновение удара электротоком. Величина ШН зависима от удельного сопротивления почвы и размера тока проходящего сквозь землю.

Какая опасность напряжения шага

Максимальное значение ШН определяется при наибольшем приближении человека к лежащему на земле проводу, а минимальное — при удалении его на дистанцию 20 м и дальше. При поражении шаговым напряжением начинаются судороги ножных мускул ног, из-за чего пострадавший падает на почву.

В это мгновение кончается действие шагового напряжения и появляется еще одна, наиболее страшная опасность: взамен нижней петли в теле пострадавшего создается другой, наиболее угрожающий путь электротока, как правило — от рук к ногам, через все жизненно важные органы, тем самым появляется угроза поражения электротоком со смертельным исходом.

Важно!

Не менее опасным шаговое напряжение является для крупных домашних животных, поскольку размер хода у них большой и, следовательно, создается громадный размер разности потенциалов, воздействующих на них.

Максимальный радиус

Чрезвычайно значимым показателем при перемещении по зоне токовой утечки считается определение радиуса действия. На уровень поражения человека электротоком оказывают действие следующие факты:

  • на какой дистанции от точки падения он находится;
  • на каких точках потенциала расположены ноги человека.

Самая опасная зона проявляется, обычно, в радиусе 20 м от места падения провода, находящегося под напряжением. Необходимо не забывать, что сырая земля усиливает эффект воздействия и увеличивает радиус. Наиболее серьезным будет ШН от 5 до 8 м от места пробоя, при напряжении в сети более 1000 В. Когда напряжение в точке падения не превосходит 1000 В, то жизненно опасный радиус воздействия напряжения шага сокращается до 5 м.

Обратите внимание! Наибольший ущерб жизни человека будет причинен в той ситуации, если одной ногой пострадавший станет стоять на заземлителе, а второй — на шаговом расстоянии от точки заземления. Считается, что средний шаг зрелого мужчины равен примерно 0.80 м.

Какая зона шагового напряжения

Шаговое напряжение находится в зависимости от силы тока и характеристики удельного сопротивления почвы или материала покрытия грунта, сквозь который протекает ток. Сравнительно безопасным считается дистанция от упавшей линии до человека — 20 м.

Зона воздействия ШН находится в зависимости от различных причин, так же как и степень влияния на человека:

  • Температура наружного воздуха.
  • Материал обуви человека, например, в случае резиновой обуви — возможность нанесения электрического удара минимальна.
  • Присутствие в крови человека спиртосодержащих.
  • Дистанция от точки падения провода.
  • Характеристика и влагосодержание в грунте.
  • Факт наличия открытых царапин на ногах.

Радиус воздействия ШН сильно усиливает влага в атмосфере и на почве. Наиболее небезопасным считается район, в радиусе от 5 до 10 м от места падения линии. Радиус воздействия на водной и почвенной среде рассчитывается по особенным формулам для определения сопротивления среды. Такой расчет дает возможность установить и шаговое напряжение, и неопасную дистанцию.

Как правильно перемещаться и выйти из зоны

Чтобы не стать жертвой электроудара поблизости оторванного провода ЛЭП, необходимо знать, как правильно передвигаться в зоне шагового напряжения. В первую очередь покидают область угрозы, удаляясь на неопасную дистанцию, как минимум 8 м. Во время перемещения в опасных участках токового влияния применяют «гусиный шаг».

Важно! Прикасаться к объектам и людям в области растекания тока — запрещено.

Для возможности покинуть зону ШН, не подвергаясь опасности, нужно соблюдать правила электрической безопасности:

  • Перемещаться по участку напряжения, применяя «гусиный шаг».
  • В период передвижения, пятка идущей ноги ставится к носку опорной.
  • Запрещено отделять подошву от грунта либо другого покрытия земли.
  • Размах шажков нужно уменьшать до максимальной степени.
  • Запрещено перемещаться по месту бегом или прыжками.
  • Запрещено двигаться в направление к лежащему кабелю.
  • Запрещено двигаться спирально.

Дополнительная информация!

Для безопасного движения в зоне ШН, в частности для высвобождения человека, необходимо применять специальные электрозащитные средства — диэлектрические боты.

Выход из зоны шагового напряжения

Поражение человека шаговым напряжением наступает с ног. В зависимости от силы тока пострадавший способен почувствовать небольшое покалывание, сокращения мышц, внезапную боль. В особенных ситуациях ШН вызывает паралич одной или двух ног.

Перед тем, как выходить из зоны шагового напряжения, нужно выполнить следующие рекомендации:

  1. Если рядом нет никого, кто в силах предоставить помощь, освобождение из опасного участка нужно осуществлять без промедления.
  2. Если имеется возможность, рекомендуется обратиться в МЧС и известить о районе пребывания.
  3. Уходить из зоны ШН прыжками решительно запрещено. В результате падения человека существует опасность поражения электротоком.
  4. После завершения выхода из зоны ШН, необходимо попробовать пометить опасную границу, проинформировать МЧС либо дежурный электроперсонал РЭС о существовании небезопасного участка.

По информации ВОЗ, в 80% самостоятельное освобождение из зоны ШН не несет в себе серьезных последствий для здоровья пострадавших. У 20% выбравшихся из зоны имеются повреждения органов дыхания и затруднения с сердцем.

Меры защиты от шагового напряжения

Существуют всеобщие правила электробезопасности и меры по защите от воздействия электротоком, позволяющие избежать опасных ситуаций для жизнедеятельности человека. Как правило, поражению ШН подвержены электротехнический персонал электрических сетей, которые должны принимать меры защиты от шагового напряжения во время устранения аварийной ситуации в сетях.

Выполняя работы в опасной зоне они должны быть одеты в специальную защитную одежду, диэлектрические перчатки и диэлектрические боты. По требованиям ПУЭ, ручки всех без исключения электроинструментов должны быть оснащены изоляционной защитой.

Если, невзирая на все старания, все-таки не получилось избежать удара электротоком, пострадавшему необходимо в самые кратчайшие сроки предоставить первую медпомощь:

  1. Различными допустимыми способами останавливают отрицательное воздействие тока.
  2. Вызывают скорую помощь.
  3. В случае необходимости производится процедура искусственного дыхания и массаж сердца.
  4. Электрический ожог прикрывается обеззараженной повязкой.
  5. Потерпевшему необходимо предоставить покой и направить в медучреждение, вне зависимости от его самочувствия.

Важно! Категорически запрещено закапывать потерпевшего в почву, так как вес усложняет респирацию и нарушает функцию сердечной мышцы. Также запрещается делать окатывание водой, чтобы не допустить переохлаждения организма. Ожоговую рану содержат в чистоте, иначе появляется возможность развития гангрены и столбняка.

Никто не застрахован от воздействия электрического тока. Теперь известно, как правильно перемещаться в зоне шагового напряжения и как оказать первую помощь пострадавшему.

Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения

Главное меню

Последние новости

Самые читаемые

Опрос

Электричество

никаких признаков присутствия опасности не проявляет – нет ни запаха, ни видимых причин для беспокойства, ни каких-либо других проявлений, которые могли бы вызвать тревогу или беспокойство.

Поэтому человек узнает о том, что попал в зону воздействия электрического тока только тогда, когда уже слишком поздно. Электрический ток поражает внезапно, когда человек оказывается включенным в электрическую цепь прохождения тока. Возможностью прохождения электрического тока через тело человека могут послужить непреднамеренное прикосновение к неизолированному проводу (или с поврежденной изоляцией), корпуса устройства или прибора с неисправной изоляцией и любого металлического предмета, случайно оказавшегося под напряжением, а с другой стороны – прикосновении к заземленным предметам, земли и т.д.

Кроме того существует опасность поражения током при попадании под «шаговое напряжение» – это напряжение возникающее при обрыве и падении провода на землю действующей линии электропередач 0,4 кВ и выше. Путь протекания тока не прекращается, если линия электропередач не была отключена.

Земля является проводником электрического тока и становится как бы продолжением провода электропередачи. Любая точка на поверхности земли, находящаяся в точке растекания получает определенный потенциал, который уменьшается по мере удаления от точки соприкосновения провода с землей. Попадание под действие электрического тока происходит в момент, когда ноги человека касаются двух точек земли, имеющих разные электрические потенциалы. Поэтому шаговое напряжение – это разница потенциалов между двумя точками соприкосновения с землей, чем шире шаг – тем больше разница потенциалов и тем вероятнее поражение электрическим током.Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

Опасность шагового напряжения

Напряжение между двумя точками поверхности земли, от стоящими друг от друга на расстоянии шага (0,7-0,8 м), в зоне растекания токов замыкания в радиусе до 20 м при пробое изоляции на землю случайно оборванного электрического провсда называется шаговым напряжением. Наибольшую величину шаговое напряжение будет иметь при подходе человека к упавшему проводу, а наименьшее – при нахождении его на расстоянии 20 м и более от него.При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками или прыжками на одной ноге.

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Рядом с проводом высокого напряжения на поверхности земли в радиусе 8 метров образуется опасная зона, проводящая электрический ток – зона «шагового» напряжения.

Правила перемещения в зоне «шагового» напряжения.

НЕЛЬЗЯ приближаться бегом или обычным шагом к лежащему проводу или человеку на земле!

НЕЛЬЗЯ отрывать подошвы от поверхности земли и делать широкие шаги!

Передвигаться следует только «гусиным шагом» – пятка шагающей ноги, не отрываясь от земли, приставляется к носку другой ноги.

НЕДОПУСТИМО прикасаться к пострадавшему или к металическим предметам без предварительного обесточивания!

НЕОБХОДИМО как можно быстрее отключить электричество с помощью выключателя, рубильника, вынуть вилку из розетки и т. д.

Если вы увидите лежащий на земле провод – ни в коем случае нельзя к нему приближаться, опасная зона может быть от 5-8 метров вокруг точки соприкосновения провода с землей и больше, в зависимости от класса напряжения линии и состояния земли (мокрая земля увеличивает пространство растекания электрического тока).

При ударе молнии в дерево, молниеотвод или опору электропередач электрический ток поступает в землю и растекается в грунте во все стороны до нескольких десятков метров, в таких местах и может быть шаговое напряжение. То же самое происходит и возле упавшего на землю электрического провода, находящегося под напряжением.

Представим себе, что разряд молнии пришелся в дерево, вблизи которого в это время стоял человек, Электрический ток молнии, попадая в землю и растекаясь в ней, проходит и под ногами человека. Если ноги расставлены, то ток входит в одну ногу и, пройдя через тело, уходит в землю через другую. Это и есть шаговое напряжение, в этом случае человек находится под шаговым напряжением.

Чтобы человек не подвергался воздействий там где шаговое напряжение, необходимо все устройства защитного заземления размещать там, где нет людей. В частности, молниеотводы в сельской местности следует заземлять не ближе 4 метров от стен домов и обязательно их ограждать.

Во время грозы надо держаться подальше от опор электропередач, нельзя стоять вблизи высоких деревьев, особенно на открытой местности. Это необходимо и потому, что возле любого выделяющегося на поверхности земли предмета (дерево, мачта, опора ЛЭП, молниеотвод) во время грозы создаются условия, при которых молния устремляется именно к этому предмету, где может случиться шаговое напряжение. Как правило, она поражает все, находящееся в радиусе десятков метров.

При поражении молнией человека, там где произошло шаговое напряжение, пострадавшему надо обязательно сделать искусственное дыхание и закрытый массаж сердца и немедленно доставить в лечебное учреждение или вызвать «скорую помощь».

В энергетике существует такой термин как «Техника безопасности» – он появился не просто так, каждая строчка этого свода правил безопасности на действующих и отключенных электроустановках имеет свою историю, которая закончилась плачевно. Поэтому не стоит пренебрегать этими простыми советами, чтобы не попасть под действие электрического тока совершенно неожиданно для себя.

Шаговое напряжение: его опасность и меры защиты

Получить удар током можно не только прикоснувшись к оголённому проводу, заземлённым предметам или корпусу устройства с неисправной электроизоляцией. Существует вероятность попадания под шаговое напряжение, возникающее в том случае, если провод с действующей ЛЭП падает на землю. Увидев кабель, лежащий на земле, не стоит радоваться нежданной удаче, ведь он может таить в себе опасность. Если ЛЭП не отключена, то электроток продолжает спокойно течь и может оказать негативное влияние на любой объект, будь то человек, животное или автомобиль. Опасность шагового напряжения имеет тенденцию к снижению, если объект расположен на значительном удалении от оборванного провода.

Что такое шаговое напряжение?

Напряжение прикосновения и шаговое напряжение – это термины-синонимы. И в обоих случаях речь идёт о напряжении, возникающем между двумя точками цепи электротока. Точки располагаются на дистанции в один шаг, а это примерно 80 см, и именно между ними создаётся опасный потенциал. Здесь многое зависит от силы тока и расстояния от человека до точки контакта провода с землёй. Когда возможно возникновение шагового напряжения? Если:

  • Оборвался провод ЛЭП или локальный кабель, при помощи которого электричество поставляется конкретному потребителю.
  • Произошла авария на электроподстанции.
  • Попала молния в опору ЛЭП или молниеотвод.
  • Случилось короткое замыкание.
  • Имеет место быть иным чрезвычайным происшествиям.

В каком радиусе можно попасть под шаговое напряжение?

Шаговое напряжение зависит от силы тока и удельного сопротивления материала, через который он проходит. Как правило, это грунт, и если он влажный, то это нужно принять во внимание, так как радиус действия увеличивается. Относительно безопасным является расстояние от оборванного провода до объекта в 20 м. Зона действия шагового напряжения зависит от многих факторов, равно как и уровень воздействия на человека:

  • Температура окружающей среды.
  • Тип обуви, в которую обут человек (если это резиновые сапоги, то вероятность получения электротравмы минимальна).
  • Наличие в крови алкоголя.
  • Расстояние от источника опасности.
  • Тип и влажность грунта.
  • Наличие открытых ран на ногах.

Радиус действия шагового напряжения существенно увеличивает влажное основание. И особо опасной является зона, расположенная в радиусе 5-10 метров от источника. Радиус поражения на воде и земле вычисляется по специальным формулам и на проведение расчётов в критической ситуации не хватает времени. Для проведения таких расчётов необходимо вычислить сопротивление грунта, который состоит из разных слоёв, а потом умножить эту величину на определённый коэффициент. Это позволяет определить и шаговое напряжение, и безопасное расстояние, и на сколько метров эта зона распространяется.

Чем опасно шаговое напряжение?

Приближение к упавшему проводу, на который подаётся электроток, очень опасно и для животных, и для людей, особенно, если объект находится в радиусе 5-10 м от источника. При попадании в зону действия шаговых напряжений человек падает на землю из-за того, что его мышцы начинают непроизвольно, судорожно сокращаться. Именно в этот момент оно перестаёт воздействовать на объект, поскольку электрический ток начинает уже проходить через всё тело, а это уже может стать причиной летального исхода.

Человек может выйти из зоны поражения самостоятельно, если будет знать некоторые простые правила, а вот животное, попавшее в столь опасную зону, запросто может погибнуть, и в группе риска находится крупнорогатый скот, да и вообще – все крупные животные, имеющие солидное расстояние шага. Следует запомнить, что причина возникновения шагового напряжения сокрыта в оборванном проводе, к которому нельзя подходить на расстояние, ближе, чем 8 м. Если это нужно сделать по долгу службы, то следует принять все меры защиты.

Выход из зоны шагового напряжения


Если помощи ждать неоткуда, а человек оказался в опасной зоне, то он должен помочь себе сам. Даже безопасное для жизни шаговое напряжение может оказать негативное влияние на здоровье. Но чем ближе расстояние к упавшему проводу, тем выше вероятность получения электротравмы. Сначала человек может почувствовать лёгкое покалывание, зуд или жжение, потом спазмы. Когда он падает на землю, то действие негативное воздействие электротока увеличивается, и потерпевший начинает испытывать резкую боль, и всё может закончиться параличом.

Способы выхода из зоны шагового напряжения зависят от конкретной ситуации. В любом случае, нужно снизить размер шагов. Если человек находится в относительно адекватном состоянии, то порядок перемещения таков: нужно встать на одну ногу и совершать прыжки, причём, чем меньше будет их размер, тем больше появится шансов на благополучный исход. Способы защиты от шагового напряжения достаточно разнообразны. Например, если человек почувствовал, что «он попал», нужно быстро сомкнуть обе ноги. Это позволит понизить разность потенциалов в месте соприкосновения ступней с грунтом.

Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения?

Бежать стремглав из опасного места категорически запрещено. Каждый, кто это сделает, рискует попасть под повторное напряжение. Безопасный выход подразумевает медленное передвижение, мелкими «семенящими» шажками, и такую «походку» принято называть «гусиным шагом». Ноги от земли отрывать запрещено. Если по пути движения имеются сухие доски, то идти нужно по ним, так как сухое дерево является отличным диэлектриком, а вот к кирпичам и железобетонным конструкциям это не относится.

Каким образом следует передвигаться по зоне шагового напряжения? Ещё один способ – это тот, который описан выше: на одной ноге. Но его задействовать не всегда возможно, так как не все умеют «скакать на одной ножке», а случайное падение может даже стать причиной летального исхода. Правила перемещения в зоне шагового напряжения запрещают двигаться по спирали или по направлению к оборванному проводу. По статистике, 80% самостоятельных выходов из опасной зоны не имеют никаких последствий для здоровья.

Правила эвакуации пострадавшего из зоны действия электротока

Если пострадавший лежит в зоне шагового напряжения, то не стоит бежать к нему, особенно, если ноги «спасателя» обуты не в диэлектрические боты, а обычную обувь. В идеале, нужно входить в опасную зону подготовленным, а это значит, что в наличии должны быть диэлектрические перчатки и хотя бы резиновые галоши. При отсутствии подходящей обуви нужно приблизиться к пострадавшему «гусиным шагом», не отрывая подошвы обуви от земли.

Чтобы исключить поражение человека, пришедшего на помощь, электрическим током, он должен браться за пострадавшего только одной рукой, и только в том случае, если его одежда – сухая. Расстояние, на которое придётся оттащить потерпевшего, составляет 8 м, но если инцидент произошёл в помещении, то оно сокращается в два раза. При наличии возможности, следует отключить электричество так быстро, как это возможно. Освобождение пострадавшего от воздействия шагового напряжения возможно только при использовании средств индивидуальной защиты.

{SOURCE}

Шаговое напряжение. Виды и работа. Применение и особенности

Шаговое напряжение появляется между двумя точками на поверхности земли, которые находятся друг от друга на расстоянии шага человека. Чаще всего оно возникает рядом с оборвавшимся и касающимся землю высотным кабелем либо проводом. В результате оно растекается по земле и образует потенциал между точками. Человек, который передвигается и делает шаг, попадает под это напряжение, вследствие чего через него начинает течь ток.

Шаговое напряжение находится в непосредственной зависимости от сопротивления земли, а также силы тока, протекающей в ней. Если человек сделает большой шаг (стандартный шаг составляет порядка 0,8 метров), то это может представлять довольно серьезную опасность для него. Вызвано это тем, что чем больше расстояние между точками, то тем больше будет разность потенциалов. В особенности риск увеличивается, если по земле течет ток большой силы. Именно поэтому всем рекомендуется при попадании в такую ситуацию передвигаться маленькими шашками, чтобы исключить протекание тока через тело человека.

Виды
Шаговое напряжение
 бывает нулевым, наименьшим или самым большим показателем:

  • Нулевой показатель можно наблюдать тогда, когда живое существо, к примеру, человек, находится на линии равноценного потенциала, либо в месте, где нет линий прохождения электротока.
  • Самый малый показатель данного напряжения можно наблюдать в случае наибольшего удаления от заземляющего материала. Получается это практически за пределами течения электротока, то есть свыше 2-х десятков метров.
  • Самое большое значение напряжения можно наблюдать в случае, когда одна точка располагается прямо на заземляющем материале, а вторая точка находится на длине шага. Вызвано такое положение вещей тем, что потенциал относительно заземляющего материала движется по вогнутым кривым. В результате образуется большой перепад, в большинстве случаев прямо в начале данной кривой.

При наличии нескольких заземлителей напряжение будет существенно слабее, чем при одном.

Устройство

Шаговое напряжение способно возникать между 2-мя точками контура электротока, которые находятся между ними на длине шага. Оно, прежде всего, зависит от сопротивления земли, по которой движется ток, в том числе силы тока. Также может появляться в месте нахождения заземляющих устройств, в том числе в аварийных местах, где провода под напряжением соприкасаются непосредственно с землей.

Напряжение шага можно определить с помощью расстояния между 2-мя точками. Данный показатель находится в непосредственной зависимости от характера кривой напряжения. Говоря простыми словами оно зависит от типа заземлителя. К примеру, на земле в точке «А» имеется один заземлитель в виде электрода из металла, через который протекает электроток замыкания. Рядом с этим заземлителем образуется определенная область рассеивания электротока в земле. Это земля, за границами которой потенциал условно равняется нулю, что вызывается электротоками защитного заземления.

Главная причина этого явления кроется в том, что количество земли увеличивается по степени ухода от заземляющего устройства. В то же время ток рассеивается по земле на длине в двух десятков метров и больше, от заземляющего устройства. Объем земли в то же время повышается на порядок, в результате чего плотность электротока становится необратимо малой, а само напряжение между указанными точками уже практически не проявляется.

Принцип действия

Шаговое напряжение человек может испытать на себе, при обрыве фазных кабелей и касания их с землей. Если ток аварийными службами не отключается, а сами линии не ремонтируются, то существует большой риск того, что человек попадет именно под это напряжение. Земля отлично проводит электрический ток, в результате чего она является как бы своеобразным проводом, по которому может протекать ток.

Каждая точка земли, в которой имеется некоторый потенциал, будет уменьшаться по мере увеличение расстояния от точки касания проводом с землей. Но электроток начнет действовать на человека лишь в момент, когда его ноги соприкасаются с землей в двух точках, которые имеют разные потенциалы.

Применение

Шаговое напряжение может представлять существенную опасность для здоровья и жизни людей. Поэтому для его нивелирования применяются различные средства. Одним из эффективных средств уменьшения данного напряжения является использование поверхностных заземлителей. На практике места, где возможны аварии с замыканием фаз на землю, используют выравнивание потенциалов. Для этого поверхность земли оборудуется сеткой из заземленных кабелей, их закладывают непосредственно в верхнем грунте.

Функционирует данная система довольно-таки просто: во всех точках этой системы потенциал проводника имеет одинаковый показатель. В результате, если человек находится на данной сетке, то он просто не сможет попасть под напряжение. К примеру, ремонтник сможет спокойно подойти к месту обрыва, чтобы выполнить ремонт или починить провод.

Подобные системы очень действенны, однако не каждый столб с проводом может быть оборудован подобной системой. Поэтому людям необходимо знать способ, как можно безопасно выбраться из ситуации, когда они попадают в зону напряжение шага. Здесь нет ничего сложного, нужно запомнить только одну вещь: если Вы попали под шаговое напряжение, то нужно сохранять хладнокровие. Не нужно сразу же бежать из этого места, ведь чем больше шаг, тем сильнее будет напряжение и сила тока, с которой Вас может ударить.

Наоборот действовать нужно медленно: следует постараться выйти из зоны поражения простым гусиным шагом. Для этого нужно переставлять пятку ноги к носку ноги и маленькими шагами медленно идти. В результате ноги будут располагаться почти в одной точке, которая будет иметь один электрический потенциал. Это значит, что напряжения между ногами не будет. Также можно прыгать на одной ноге, но делать это нужно с крайней осторожностью. А лучше не делать этого вовсе. Если Вы упадете, то можете попасть под напряжение и уже самостоятельно из данной области не сможете выбраться.

Понять, что Вы располагайтесь в области возможного действия напряжения шага можно благодаря своим ощущениям. Если Вас «пощипывает», то стоит остановиться и приглядеться к ближайшим столбам, в особенности во время дождя. Как только Вы выйдете из области поражения, стоит связаться с ремонтниками, чтобы они быстрее отремонтировали данный участок.

Лошадиная авария

В 1928 году произошел курьезный случай. На мосту растрескался изолятор, вследствие чего мост попал под напряжение. Людей, которые шли через мост «потряхивало», а лошадь убило. Автомат в течение двух секунд разъединил цепь. Но чтобы проверить причину, дежурный вновь подал ток. В результате появилось напряжение шага, которое убило еще пару лошадей. Объяснение было простое – ноги лошадей были на расстоянии 1,5 метров и имели железные подковы.

Похожие темы:

радиус опасного участка, способ безопасного выхода за контур

В естественной среде электричество обнаруживает себя разрядами молнии, которые иногда приводят к поражению человека. Причиной становится поза стояния на двух ногах: между точками опоры возникает разность потенциалов, меняющаяся в широких пределах. Избежать удара током можно, если знать правила перемещения в зоне шагового напряжения (ШН). Обнаруживают электризованную зону только по косвенным признакам: расчётному расстоянию до эпицентра источника.

Понятие о шаговом напряжении

Опасное напряжение на почве возникает при касании оборванным электрическим проводом, свисающим с линии электропередач, земли, когда в жиле протекает ток. Если авария случилась на болоте, воде или мокром асфальте, человеку, оказавшемуся вблизи, грозит опасность быть поражённым электротоком. Шаговое напряжение — это разность потенциалов, снятых с двух взаимоудалённых на расстояние человеческого шага точек на земле. Этот базис составляет 0,7―0,8 м, а растекается энергия на площади с радиусом до 20 метров.

Чем больше дистанция между оставляемыми следами, тем значительнее потенциал возникает, возрастает вероятность травмирования электрическим током. Причинами возникновения ШН становятся:

  • обрыв или провисание до земли провода ЛЭП вследствие падения деревьев от урагана, бури или повреждения опор;
  • аварии на электроподстанциях;
  • попадание молнии в громоотвод или высокое дерево;
  • короткое замыкание кабельных жил на улице или в здании.

Величина пошагового напряжения и площадь распространения обусловливается силой тока источника энергии и удельного электросопротивления земли. Типовые значения потенциала ЛЭП — 6, 10, 35, 100 и больше киловольт. Проводимость грунта определяется его составом — песок, суглинок, дресва — и степенью влажности.

В момент попадания человека под ШН у него случаются судороги мышц ног, что вызывает падение. Такая поза способствует образованию опасного пути электротока: от стоп к рукам — это грозит смертельным поражением.

Максимальная площадь распространения тока

Территория возможного неблагоприятного воздействия на живые организмы, попавшие в зону аварии или чрезвычайного происшествия, определяется радиусом шагового напряжения. Для человека имеет значение расстояние до провода, и на каких точках земли расположены его ноги. Изменение ШН подчиняется следующим положениям:

  • 20 метров — внутрь круга означенного радиуса заходить небезопасно, в центре обнаруживается источник растекания тока: провод на земле, дерево, поражённое молнией или пробой питающего кабеля энергоприёмника;
  • расстояние 8 м от места утечки электричества считается допустимым, когда напряжение в точке контакта ≥1000 В;
  • 5 метров — настолько можно приблизиться к эпицентру, если разность потенциалов там меньше тысячи вольт.

Максимальный ущерб здоровью будет от шагового напряжения в радиусе поражения, если одной ногой человек находится на заземлителе, а другой — на земле в пределах 80 см от первой. Для животных расстояния будут иными.

Определение разницы потенциалов шага

Границы изменения напряжения в случаях инцидентов с аварийным или природным растеканием тока по земле — от 10 В до тысяч вольт на подвижку. Безопасная величина ШН — до 40, а переменного потенциала — до 50 В. Существует формула, которой пользуются для приблизительного определения напряжения шага — U = (I *ρ* a)/2π* R (R + a), где:

  • I — ток короткого замыкания или утечки на землю, ампер;
  • ρ — удельное сопротивление грунта в месте происшествия, Ом*м;
  • R — расстояние объекта или человека от точки пробоя, м;
  • a — заданный шаг в метрах;
  • π — постоянная величина, равная 3,14 (отношение длины окружности к диаметру).

Размерность полученной из формулы цифры — вольт. Точное значение ШН получают посредством мультиметра.

Порядок движения на участке поражения

Чтобы не попасть в затруднительную ситуацию, надо быть внимательным и замечать касающиеся земли провода, искрящие контакты электрооборудования, избегать нахождения вблизи высоких отдельно стоящих объектов во время грозы. Если случилось стать участником инцидента с растеканием тока, знание правил передвижения в зоне шагового напряжения поможет выйти из ситуации без ущерба для здоровья:

  1. Первоочередное действие при внезапной аварии — быстро сдвинуть вплотную обе ноги. Это позволит исключить условие возникновения разности электропотенциалов.
  2. При нахождении человека в зоне шагового напряжения передвигаться необходимо, как гуси — неторопливо и мелкими шаркающими шажками. Маршрут покидания опасного радиуса прокладывать по сухим токонепроводящим поверхностям.
  3. Уходить с поражённой территории надо незамедлительно, предварительно известив о местоположении службу МЧС, если такая возможность имеется. Нельзя бежать — широкий шаг влечёт возрастание напряжения. Прыжки приведут к падению.

Ремонтный персонал в опасную зону допускают после расчёта потенциала и в диэлектрической обуви, резиновых перчатках. При себе они несут инструменты с изолирующими ручками и приборы для измерения напряжения. Основная задача — отключить источник тока и оказать первую помощь пострадавшему.

что это такое и меры безопасности

Электрический ток представляет опасность для окружающих прежде всего отсутствием каких-либо внешних признаков, указывающих на возможность потенциального вреда. Особо следует отметить шаговое напряжение, которое в большинстве случаев становится настоящей ловушкой. Его нельзя заранее увидеть или услышать, это явление обнаруживается лишь в последний момент, когда сложно принять действенные меры.

Отчего возникает явление шагового напряжения

Согласно определению электротехники, такое понятие, как шаговое напряжение представляет само по себе опасный потенциал, возникающий неподалеку от любого проводника, находящегося в рабочем состоянии. Непосредственную опасность представляют две точки зоны шагового напряжения, находящиеся в опасной близости, на дистанции примерно 0,8 метра одна от другой. Этот показатель по своей сути ни что иное, как средний размер шага, который делает взрослый человек.

Данный потенциал обладает опасной величиной, которая зависит от сетевого напряжения и расстояния между оборванным проводом и человеком. Поэтому данное значение находится в очень широком диапазоне и составляет от десятков до тысяч вольт, приходящихся на один шаг. В связи с этим, его называют потенциально опасным.

Основной причиной возникновения подобной ситуации являются деревья, довольно часто падающие на ЛЭП под действием неблагоприятных проявлений непогоды. Из-за этого происходит обрыв проводов, которые находятся под высоким напряжением, создавая тем самым небезопасную зону воздействия электрического тока.

Шаговое напряжение, как электротехнический термин, находится в прямой зависимости от различных физических условий. Кроме величины напряжения в ЛЭП, большое значение имеет величина удельного сопротивления земли на данном участке. В тех случаях, когда наблюдаются повышенные показатели влажности, радиус действия зоны поражения значительно возрастает. Это связано с ростом площади сильно увлажненного грунта, по которому электрический ток неравномерно растекается.

При попадании в зону, где возможно получить удар током, любой оборванный провод, находящийся на поверхности земли, следует обходить как можно дальше и не сближаться с ним на дистанцию двадцати метров и менее. Если величина опасного напряжения в точке обрыва будет равна более 1000 вольт, то максимальный радиус опасной зоны поражения составит восемь метров. При значении напряжении менее 1000 вольт радиус шагового напряжения, представляющего реальную опасность, снижается до пяти метров.

Негативные факторы шагового напряжения

Наибольшее значение, до которого в данных условиях доходит шаговое напряжение, наблюдается в непосредственной близости от оборванного проводника. До минимального значения оно доходит к 20 метрам, а затем, когда расстояние увеличивается, постепенно исчезает. Земля сама по себе является хорошим проводником электричества.

После того как человека стала окружать опасная зона шагового напряжения, у него в промежутке между обеими ногами возникает электрический ток, проявляющийся в виде разности потенциалов. Под действием тока начинается самопроизвольное сокращение ножных мышц. В результате судорожных сокращений пострадавший не может удержаться и совершает непроизвольное падение на землю.

После того как человек упал и оказался в горизонтальном положении, шаговое напряжение останавливает свое воздействие, но ситуация не становится менее опасной. Электрический ток изменяет свое направление внутри человеческого тела и начинает двигаться в направлении руки-ноги, что нередко приводит к поражению, вызывающему летальный исход.

В подобных ситуациях особенно сильно достается крупному рогатому скоту из-за большого размера шага, на который влияет расстояние, измеряемое между каждой ногой. Естественно, что и напряжение на этих участках также будет очень высоким. Поэтому животные часто погибают от поражения током.

Опасная ситуация нередко усугубляется в зависимости от поведения, которое часто бывает неправильным. Человек старается как можно быстрее выйти из опасной зоны и пытается делать максимально широкие шаги. Это приводит к еще большему увеличению разности потенциалов. Поэтому не следует поддаваться панике, а сосредоточиться на выполнении мероприятий по безопасному выходу с угрожающего участка.

Как выйти из опасной зоны

Правила электробезопасности необходимо соблюдать не только в опасной зоне, но и там, где уже не действует радиус поражения. Это связано с самой природой электрического тока, не имеющего запахов, цветовой гаммы и прочих аналогичных внешних признаков.

Потенциальная опасность устанавливается исключительно специальными приборами, а иногда – определяется внешним осмотром, то есть путем визуального наблюдения. В последнем случае становятся хорошо видны оторванные проводники линии электропередачи, находящиеся непосредственно на земле. Одно это безусловно указывает на потенциальную опасность и предполагаемый радиус действия тока. К таким участкам вообще не рекомендуется близко подходить в связи с реальной опасностью, угрожающей здоровью и самой жизни людей.

Место падения оторвавшегося проводника необходимо покинуть максимально быстро, соблюдая при этом определенные правила безопасности. Когда потенциальная угроза стала реальностью, рекомендуется с максимально возможной скоростью соединить обе ноги между собой. За счет этого в точках соприкосновения конечностей с грунтом наступает заметное снижение отрицательного влияния электрического тока. После этого принимаются все меры по безопасному выходу с площади, представляющей реальную угрозу. Бежать нельзя ни при каких обстоятельствах, поскольку существует возможность вновь попасть под действие напряжения. Эти меры определяются Правилами устройства электроустановок.

Наиболее безопасным считается движение так называемой гусиной походкой. Данный способ передвижения предполагает неторопливое совершение движений мелкими скользящими шагами, поэтому он так и называется. Нужно следить, чтобы ноги постоянно касались земли и не отрывались от нее.

Во время движения рекомендуется наступать исключительно на сухие предметы, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами. И, наоборот, не следует передвигаться по конструкциям из железобетона, кирпичам и другие аналогичным материалам, избегать влажных участков грунта. Это основные правила перемещения в зоне шагового напряжения, требующие неукоснительного выполнения.

Существует еще один вариант, как безопасно и безболезненно покинуть зону возможного поражения. В подобных ситуациях необходимо передвигаться, совершая прыгающие движения с помощью одной ноги. Однако данный способ несет в себе потенциальную угрозу в связи с возможным случайным падением. Ток изменит свой путь в теле человека и станет более опасным, вплоть до летального исхода. Поэтому пользоваться методом прыжков для переноса нужно очень осторожно, преимущественно на ровной местности, без каких-либо препятствий.

Меры безопасности

Если же, несмотря на все усилия, все-таки не удалось избежать удара электрическим током, пострадавшему нужно в кратчайшие сроки оказать первую медицинскую помощь:

  • В первую очередь всеми возможными способами останавливается негативное влияние тока.
  • Одновременно производится вызов скорой помощи.
  • При необходимости выполняется процедура искусственного дыхания и массаж сердца.
  • Электрический ожог закрывается стерильной повязкой.
  • Пострадавшему нужно обеспечить полный покой и в любом случае – определение в лечебное медицинское учреждение, независимо от состояния здоровья на данный момент.

Категорически запрещается закапывать пострадавшего в землю, поскольку вес грунта затрудняет дыхание и нарушает работу сердечной мышцы. Нельзя производить обливание водой, по возможности избегайте переохлаждения организма. Ожоговая поверхность должна содержаться в чистоте, в противном случае может получить развитие гангрена или столбняк.

Существуют общие правила безопасности и меры защиты, позволяющие избежать неприятных последствий. Чаще всего, от поражения шаговым напряжением страдают рабочие и персонал обслуживающие электрические сети. Поэтому передвигаться в зоне возможного поражения следует только в специальных диэлектрических ботах, а с собой иметь защитные перчатки. В соответствии с требованиями ПУЭ, рукоятки всех рабочих инструментов оборудуются изоляцией, точно так же изолируются другие устройства.

Нередко рабочие получают травмы в процессе эксплуатации устройств при отсутствии наряда-допуска, в котором точно указывается, что, где и когда отключено, и оборудовано защитным заземлением, сколько метров до опасного участка. Любой человек, предупрежденный о наличии напряжения, никогда не полезет к неизолированному проводнику, находящемуся на поверхности земли и сможет избежать поражения.

Риск травматизма от шагового напряжения очень сильно возрастает, если в крови присутствует алкоголь, а на ногах имеются открытые повреждения и раны. Поскольку кожный покров выполняет функции своеобразного изолятора, то любое нарушение ведет к снижению защиты. Негативное влияние оказывает и повышенный температурный баланс окружающей среды. Чем выше температура, тем опаснее присутствие человека на участке возможного поражения.

Шаговое напряжение, что это такое? Электробезопасность

Здравствуйте, дорогие читатели. В этой статье мы вам расскажем, про шаговое напряжение, а так же рассмотрим правила перемещения в зоне шагового напряжения. И так начнём. Электричество никаких признаков присутствия опасности не проявляет – нет ни запаха, ни видимых причин для беспокойства, ни каких-либо других проявлений, которые могли бы вызвать тревогу или беспокойство. Поэтому человек узнает о том, что попал в зону воздействия электрического тока только тогда, когда уже слишком поздно.

Электрический ток поражает внезапно, когда человек оказывается включенным в электрическую цепь прохождения тока. Возможностью прохождения электрического тока через тело человека могут послужить непреднамеренное прикосновение к неизолированному проводу (или с поврежденной изоляцией), корпуса устройства или прибора с неисправной изоляцией и любого металлического предмета, случайно оказавшегося под напряжением, а с другой стороны – прикосновении к заземленным предметам, земли и т.д.

Кроме того существует опасность поражения током при попадании под «шаговое напряжение» — это напряжение возникающее при обрыве и падении провода на землю действующей линии электропередач 0,4 кВ и выше. Путь протекания тока не прекращается, если линия электропередач не была отключена. Земля является проводником электрического тока и становится как бы продолжением провода электропередачи. Любая точка на поверхности земли, находящаяся в точке растекания получает определенный потенциал, который уменьшается по мере удаления от точки соприкосновения провода с землей.

   Шаговое напряжение

Попадание под действие электрического тока происходит в момент, когда ноги человека касаются двух точек земли, имеющих разные электрические потенциалы. Поэтому шаговое напряжение – это разница потенциалов между двумя точками соприкосновения с землей, чем шире шаг – тем больше разница потенциалов и тем вероятнее поражение электрическим током. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

Опасность шагового напряжения

Напряжение между двумя точками поверхности земли, от стоящими друг от друга на расстоянии шага (0,7-0,8 м), в зоне растекания токов замыкания в радиусе до 20 м случайно оборванного электрического провода, называется шаговым напряжением. Наибольшую величину шаговое напряжение будет иметь при подходе человека к упавшему проводу, а наименьшее — при нахождении его на расстоянии 20 м и более от него. При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками или прыжками на одной ноге.

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Рядом с проводом высокого напряжения на поверхности земли в радиусе 8 метров образуется опасная зона, проводящая электрический ток – зона «шагового» напряжения.

Правила перемещения в зоне «шагового» напряжения

НЕЛЬЗЯ

Приближаться бегом или обычным шагом к лежащему проводу или человеку на земле!

НЕЛЬЗЯ

Отрывать подошвы от поверхности земли и делать широкие шаги!

Передвигаться следует только «гусиным шагом» — пятка шагающей ноги, не отрываясь от земли, приставляется к носку другой ноги.

НЕДОПУСТИМО

Прикасаться к пострадавшему или к металическим предметам без предварительного обесточивания!

НЕОБХОДИМО

Как можно быстрее отключить электричество с помощью выключателя, рубильника, вынуть вилку из розетки и т. д.

Способы защиты, электробезопасность

Если вы увидите лежащий на земле провод – ни в коем случае нельзя к нему приближаться. Опасная зона может быть от 5-8 метров вокруг точки соприкосновения провода с землей и больше, в зависимости от класса напряжения линии и состояния земли (мокрая земля увеличивает пространство растекания электрического тока).

При ударе молнии в дерево, молниеотвод или опору электропередач электрический ток поступает в землю и растекается в грунте во все стороны до нескольких десятков метров. В таких местах и может быть шаговое напряжение. То же самое происходит и возле упавшего на землю электрического провода, находящегося под напряжением. Представим себе, что разряд молнии пришелся в дерево, вблизи которого в это время стоял человек. Электрический ток молнии, попадая в землю и растекаясь в ней, проходит и под ногами человека. Если ноги расставлены, то ток входит в одну ногу и, пройдя через тело, уходит в землю через другую. Это и есть шаговое напряжение, в этом случае человек находится под шаговым напряжением.

Чтобы человек не подвергался воздействию тока, там где шаговое напряжение, необходимо все устройства защитного заземления размещать там, где нет людей. В частности, молниеотводы в сельской местности следует заземлять не ближе 4 метров от стен домов и обязательно их ограждать.

Во время грозы надо держаться подальше от опор электропередач, нельзя стоять вблизи высоких деревьев, особенно на открытой местности. Это необходимо и потому, что возле любого выделяющегося на поверхности земли предмета (дерево, мачта, опора ЛЭП, молниеотвод) во время грозы создаются условия, при которых молния устремляется именно к этому предмету, где может случиться шаговое напряжение. Как правило, она поражает все, находящееся в радиусе десятков метров.

При поражении молнией человека, там где произошло шаговое напряжение, пострадавшему надо обязательно сделать искусственное дыхание и закрытый массаж сердца. И немедленно доставить в лечебное учреждение или вызвать «скорую помощь».

В энергетике существует такой термин как «Техника безопасности» – он появился не просто так. Каждая строчка этого свода правил безопасности на действующих и отключенных электроустановках имеет свою историю, которая закончилась плачевно. Поэтому не стоит пренебрегать этими простыми советами, чтобы не попасть под действие электрического тока совершенно неожиданно для себя.

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

178. В какой обуви нужно передвигаться в зоне «шагового напряжения»?

В данной инструкции изложены основные функции сайта, и как ими пользоваться

Здравствуйте,  

Вы находитесь на странице инструкции сайта Тестсмарт.
Прочитав инструкцию, Вы узнаете  функции каждой кнопки.
Мы начнем сверху, продвигаясь  вниз, слева направо.
Обращаем Ваше внимание, что в мобильной версии  все кнопки располагаются, исключительно сверху вниз. 
Итак, первый значок, находящийся в самом верхнем левом углу, логотип сайта. Нажимая на него, не зависимо от страницы,  попадете на главную страницу.
«Главная» —  отправит вас на первую страницу.
«Разделы сайта» —  выпадет список разделов, нажав на один из них,  попадете в раздел интересующий Вас.

На странице билетов добавляется кнопка «Билеты», нажимая — разворачивается список билетов, где выбираете интересующий вас билет.

«Полезные ссылки» — нажав, выйдет список наших сайтов, на которых Вы можете получить дополнительную информацию.

 

 

 

В правом углу, в той же оранжевой полосе, находятся белые кнопки с символическими значками.

  • Первая кнопка выводит форму входа в систему для зарегистрированных пользователей.
  • Вторая кнопка выводит форму обратной связи через нее, Вы можете написать об ошибке или просто связаться с администрацией сайта.
  • Третья кнопка выводит инструкцию, которую Вы читаете. 🙂
  • Последняя кнопка с изображением книги ( доступна только на билетах) выводит список литературы необходимой для подготовки.
Опускаемся ниже, в серой полосе расположились кнопки социальных сетей, если Вам понравился наш сайт нажимайте, чтобы другие могли так же подготовиться к экзаменам.
Следующая функция «Поиск по сайту» — для поиска нужной информации, билетов, вопросов. Используя ее, сайт выдаст вам все известные варианты.
Последняя кнопка расположенная справа, это селектор нажав на который вы выбираете, сколько вопросов на странице вам нужно , либо по одному вопросу на странице, или все вопросы билета выходят на одну страницу.

На главной странице и страницах категорий, в середине, расположен список разделов. По нему вы можете перейти в интересующий вас раздел.
На остальных страницах в середине располагается сам билет. Выбираете правильный ответ и нажимаете кнопку ответ, после чего получаете результат тестирования.
Справой стороны (в мобильной версии ниже) на страницах билетов располагается навигация по билетам, для перемещения по страницам билетов.
На станицах категорий расположен блок тем, которые были добавлены последними на сайт.
Ниже добавлены ссылки на платные услуги сайта. Билеты с ответами, комментариями и результатами тестирования.
В самом низу, на черном фоне, расположены ссылки по сайту и полезные ссылки на ресурсы, они дублируют верхнее меню.
Надеемся, что Вам понравился наш сайт, тогда жмите на кнопки социальных сетей, что бы поделиться с другими и поможете нам.
Если же не понравился, напишите свои пожелания в форме обратной связи. Мы работаем над улучшением и качественным сервисом для Вас.

С уважением команда Тестсмарт.

Шаговое напряжение и как от него уберечься

Порой простая прогулка по заброшенной стройке или пустырю невдалеке от высоковольтных ЛЭП может стать неожиданно опасной, если на земле окажется провод. По мере приближения к нему возрастает угроза поражения электрическим током из-за явления шагового напряжения. Сегодня мы объясним, что это такое, в чём состоит его ключевая опасность и как человеку необходимо действовать, если он уже оказался в радиусе поражения.

Особенно неприятен тот факт, что мы не способны заранее распознать потенциальную угрозу, поскольку не имеем рецепторов электромагнитного поля. В основном, осознание, что человек находится в опасной зоне, приходит только в тот момент, когда в теле начинаются неприятные ощущения, а на земле обнаруживается оголённый кабель или провод. Ошибкой также будет полагать, что в подобной ситуации проводник будет разбрызгивать искры и громко трещать – примерно в половине случаев утечка тока на землю происходит без видимых проявлений, а тихие периодические потрескивания можно расслышать только с критически близкого расстояния.

 

 

 

Сущность шагового напряжения

Объяснять всю опасность шагового напряжения следует прежде всего детям. Они много находятся на улице и часто попадают в места, куда взрослый человек никогда бы не пошёл. Необходимо научить их, что у электричества нет ни цвета, ни запаха, и даже самый высокий вольтаж может никак себя не проявлять. Как ребёнок, так и взрослый, должны понимать, что для попадания под шаговое напряжение касаться оборванного провода или устройства с неисправной изоляцией руками необязательно. Контакта через единственную опору, землю, может оказаться вполне достаточно.

Наиболее типичным источником рассматриваемой опасности является оголённый провод высоковольтной линии электропередач, упавший на землю. Сам термин «шаговое напряжение» довольно лаконично описывает суть явления: между двумя точками пространства образуется некая разность потенциалов, а сами эти точки являются местами прикосновения человеческих ног к земле при ходьбе. Напряжение шага очень сильно зависит от грунта, на котором развиваются события, его влажности, силы тока в цепи, дистанции до места падения кабеля и размаха самого шага. Считается, что широкий шаг в 80 см способен создать смертельно опасную разность потенциалов, а в зависимости от расстояния до провода на каждый, даже самый короткий шаг, может прийтись от пары десятков до пары тысяч вольт.

Если потенциально опасная ситуация с шаговым напряжением складывается на производстве, от трагических последствий людей должна уберечь защитная автоматика, однако на открытом пространстве ни на какие предохранители рассчитывать не стоит. Хотя говорить об абсолютных величинах применительно к рассматриваемому случаю и не приходится, специалисты утверждают, что вне зависимости от вольтажа, безопасный радиус всё же существует. На расстоянии в 20 метров от точки падения кабеля сопротивление грунта превышает его проводимость и человек имеет шанс вообще не ощутить никакого напряжения, даже если на самом деле крайне малые токи будут проходить через его организм.

Случаи падения кабелей на землю зачастую случаются после сильных бурь, гроз и ураганов. Природные катаклизмы валят деревья, а те, в свою очередь, падают на высоковольтные линии и рвут их. Конечно же, для подобных случаев предусмотрены средства защиты, однако никто не может дать Вам гарантии, что они сработали или также не повреждены бурей. В условно идеальном случае при обрыве провода на ближайшей питающей подстанции должна сработать релейная защита, обесточивающая проблемный участок. Тем не менее, системы электроснабжения в населённых пунктах устроены таким образом, чтобы после небольшой задержки от момента первичного срабатывания заново пустить ток по проводам. Такой механизм предусмотрен для того, чтобы исключить случайные отключения и автоматически восстанавливать питание. Кроме того, небольшая пауза позволяет высвободиться из-под действия электрического поля каким-либо животным или птицам, вызвавшим исходное замыкание. То есть, даже при формальной исправности всех систем, через которые проходит ток, провод вполне может оказаться под напряжением. Наконец, никто не гарантирует, что провода без изоляции не провиснут до такой степени, чтобы коснуться земли или ветвей деревьев, по которым потенциал с лёгкостью дойдёт до ствола и передастся на землю.

Если Вам удастся издалека увидеть провод, упавший на землю, оцените расстояние до него. Если оно более двадцати метров, на всякий случай спокойно отойдите ещё немного дальше назад и продолжайте свой путь по окружности, не уменьшая радиус. Наиболее критичным для ЛЭП свыше 1 кВ считается дистанция около 8 метров – здесь риск серьёзного поражения электротоком крайне велик. Когда речь идёт о локальной магистрали в частном секторе с напряжениями до 1000 В, критичный радиус уменьшается до пяти метров.

Следует не только понимать, но и помнить простое правило: ток быстрее человека. Покидать опасную зону быстро запрещается! Здесь нельзя бежать или пытаться ускорить свой выход из области поражения, увеличивая длину шага – всё с точностью до наоборот. Идеальный способ ходьбы в подобной зоне – «гусиный шаг», когда ноги ставятся друг за другом, пятка к носку, без отрыва друг от друга. Хотя со стороны это и может показаться смешным, а времени придётся потратить больше – забудьте об условностях. Описанная забавная походка может спасти Вашу жизнь!

 

 

 

Порой специалисты предлагают и другой, более быстрый способ эвакуации из опасной зоны – прыжки на одной ноге или солдатиком, на двух сомкнутых ногах. Хотя данный подход и имеет право на жизнь, поскольку точно так же, как и предыдущий, формирует всего одну условную точку касания к поверхности без образования разницы потенциалов, он несёт в себе дополнительные опасности. Представим, что после серии прыжков человек наскочит на камень или просто потеряет равновесие от усталости. Что он сделает в первую очередь? Правильно: попытается восстановить баланс, расставив ноги пошире или опустится на колени, упираясь руками в землю. Очевидно, что число точек касания станет больше, а расстояния между некоторыми из них могут превысить даже длину шага. Исходя из этого, мы всё же не рекомендуем второй способ и считаем гораздо более универсальным и безопасным медленный «гусиный шаг».

Если вокруг Вас находятся другие люди или расположены какие-либо объекты, постарайтесь избежать прикосновения к ним даже одеждой. Попытка помочь рукой другому человеку может для всех закончиться печально. Разумеется, это не означает, что, если Вы видите приближающегося к проводам пешехода следует смолчать. Предупредите его об опасности голосом, а также проинструктируйте, как надо себя вести или покажите своим примером, как следует покидать область под напряжением.

Ток от источника растекается по земле вокруг точки касания радиально. Эту картину можно изобразить в виде серии окружностей с увеличивающимся диаметром. И если по каким-либо причинам в достаточно удалённой от эпицентра зоне Вам необходимо стать на две ноги, как обычно, сделайте это, повернувшись к проводу под напряжением лицом, а не боком. Такое положение обеспечит Вам ситуацию, когда обе конечности будут находиться на условно одном радиусе с одинаковыми, а не существенно отличающимися электрическими потенциалами.

Более всего от шагового напряжения страдают крупные животные. Хотя их чувствительность к электромагнитному полю и больше, в современном мире так много видов излучений, что они начинают их игнорировать, не обходя опасные зоны. Особенно часто несчастные случаи с животными случаются в деревнях: коровы и козы попадают под действие шагового напряжения просто потому, что расстояние между их передними и задними ногами составляет больше метра. В таких условиях результатом почти всегда становится летальный исход, если только скоту не повезёт находиться на радиусе, где уровень напряжений на порядок ниже. Из самой опасной восьмиметровой зоны вывести животное нереально: оно не может ни прыгать, ни ходить на двух конечностях гуськом вместо четырёх. Попытка помочь (точно так же, как и в примере с пешеходом выше) однозначно приведёт к трагедии.

Всегда старайтесь трезво оценивать свой глазомер: если Вы не уверены, что преодолели двадцатиметровый барьер, пройдите гусиным шагом ещё несколько метров. Кроме того, принимайте во внимание погодные условия. Влажный грунт увеличивает радиус поражения как минимум на 20%. Особенно хорошо проводит ток мокрый асфальт: если есть возможность обойти опасную заасфальтированную область подальше, так и следует поступить. Во время дождя не только избежать опасности, но и вовремя заметить сам оголённый провод на земле может быть гораздо сложнее. Выходить из зоны при любой погоде следует одинаково, однако в ливень это нужно делать максимально долго, удалившись от кабеля на большое расстояние. Причём в случае возможности передвижения по более удобному ровному асфальту или грязной земляной жиже, первые 10-15 метров имеет смысл преодолевать на однородной поверхности, а последующие – по земле. Так Вас от источника будет гарантированно отделять достаточный объём грунта, способный принять в себя любой потенциал, в отличие от асфальта.

Напоследок здесь важно отметить, что усугубить ситуацию способны и другие, менее очевидные факторы. Проводимость человеческого организма в данном контексте имеет существенное значение и изменяться она может по разным причинам. Для детей, заведомо обладающих меньшим весом тела, опасность шагового напряжения выше, чем для взрослых. В дождь ток проводит не только та вода, что разлита по поверхности земли, но и та, которая намочила Вашу одежду и обувь. Кроме того, зафиксировано множество случаев, когда люди, попросту вспотевшие от летней жары, получали серьёзные и даже смертельные электроудары, находясь в зоне с напряжением всего в пару-тройку десятков вольт.

 

 

 

Как распознать опасность и что делать после выхода из опасной зоны?

Нередко зону обрыва можно распознать издалека по отсутствию искусственного освещения в тёмное время суток. Если Вы каждый день ходите по одной и той же дороге, то чётко знаете, где расположены фонарные столбы или подвесные уличные светильники. Увидев, что они не работают все сразу, Вы вряд ли решите, что они одновременно перегорели – скорее всего, участок обесточен. И если недавно была гроза, то это вполне может случиться из-за того, что провода оборваны.

Не все люди в своей жизни попадали под действие электротока даже в бытовых условиях, а потому могут не сразу осознать, что, идя по улице, испытывают шаговое напряжение. Совершенно логично, что поражение ощущается снизу-вверх: сначала в ногах чувствуется покалывание, затем оно переходит в зуд, а в мышцах начинаются непроизвольные спазмы. Если человек зашёл слишком далеко в опасную область, вполне может начаться сильная боль в ногах, сопровождающаяся мышечным тремором и частичной невозможностью управлять конечностями. Зачастую ток идёт по кратчайшему пути «нога-таз-нога» и не поднимается выше пояса, что оставляет большие шансы на нормальное функционирование рук, лёгких, сердца и мозга. Главное – вовремя сориентироваться и не становиться на четвереньки, а наоборот попытаться встать на ноги. Старайтесь подниматься, держа пятки или носки вместе, в контакте, не опираясь при этом ни на что руками.

Покидая опасную область, не торопитесь: даже в случае мышечного спазма каждый последующий шаг от эпицентра будет даваться Вам легче, поскольку парализующее действие тока ослабеет с расстоянием. Добравшись до безопасного места, проверьте своё самочувствие: продолжают ли дрожать конечности, нет ли онемения, ощущается ли головная боль или головокружение. Имеет смысл произнести вслух несколько предложений – например, вспомнить школьное стихотворение. Это даст понимание, не повреждены ли мозг и речевой аппарат. Небольшая боль в мышцах может ещё некоторое время сохраняться, однако сердечный ритм должен довольно быстро прийти в норму. Дыхание в обычной ситуации также стабилизируется за пару минут. Статистика гласит, что в 80% случаев правильные действия позволяют пережить шаговое напряжение без последствий для здоровья.

Шаговый потенциал вокруг линий электропередачи

Чтобы понять шаговый потенциал и потенциал касания, нам сначала нужно понять, как энергия рассеивается через проводящие объекты. В условиях обрыва полюса или обрыва провода существуют действительно хорошие проводники, которые обеспечивают путь к земле, включая металлические ограждения, влажную почву и лужи. Существуют и другие проводники, которые могут быть не такими хорошими, но все же позволяют току проходить на землю, например, деревья, деревянные заборы и опоры. Древесина обычно рассматривается как изолятор, но мокрая древесина будет проводить электрический ток.

Когда находящийся под напряжением провод падает через сетчатый забор или прямо на землю, объект и непосредственная область находятся под напряжением, создавая зону высокого напряжения по отношению к земле. Фактическое напряжение зависит от источника, сопротивления объекта и условий почвы, включая материал и влажность. Рассеяние напряжения от заземленного проводника — или от заземленного конца заземленного объекта под напряжением — называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли. Напряжение быстро падает с увеличением расстояния от заземленного конца.

Другой способ описать это — пример камня, брошенного в пруд. Камень создает рябь, которая постепенно исчезает по мере продвижения от центра. Напряжение является самым высоким у источника и спадает, когда энергия движется по земле.

Сенсорный потенциал

Потенциал прикосновения — это напряжение между любыми двумя точками на теле человека — рука к руке, плечо к спине, локоть к бедру, рука к ноге и так далее.Например, если электрический провод падает на автомобиль, и человек касается автомобиля, ток может пройти от автомобиля под напряжением через человека к земле.

Безопасность прежде всего

Прежде всего, всегда считайте, что все оборудование, линии и проводники находятся под напряжением. Будьте осторожны, и если вы заметили обрыв проводов или повреждение электрооборудования, обратитесь в соответствующий обслуживающий персонал. Помните, что цепи не всегда отключаются, когда линия электропередачи падает на дерево или на землю.Даже если они не искры и не гудят, упавшие линии электропередачи могут убить вас, если вы коснетесь их или даже земли поблизости.

Что делать при дорожно-транспортных происшествиях, связанных с линиями электропередач

Инстинкты могут помочь нам избежать опасности, но в некоторых ситуациях наши естественные наклонности могут привести к трагическим результатам. Если ваш автомобиль ударился о столб электросети или иным образом обрушил линию электропередачи, выходить из машины, за некоторыми исключениями, — это неправильный поступок, пока линия не будет обесточена.Знайте, что нужно сделать, чтобы спасти свою жизнь:

  • Практически всегда лучше оставаться в машине, особенно если леска соприкасается с транспортным средством.
  • Позвоните или подайте сигнал о помощи. Пользоваться мобильным телефоном безопасно.
  • Предупредите других, кто может быть поблизости, держаться подальше, и подождите, пока не прибудет электроснабжение, чтобы убедиться, что питание в линии отключено.
  • Если линия электропередачи все еще находится под напряжением, и вы выйдете наружу, ваше тело станет путем к земле для электричества, и поражение электрическим током станет трагическим результатом.Подождите, пока приедет электроснабжение и отключит электричество.
  • Единственным исключением может быть пожар или другая опасность, например запах бензина. В этом случае правильным действием является прыжок, а не шаг, когда обе ноги касаются земли одновременно. Прыгайте прочь. Не позволяйте какой-либо части вашего тела одновременно касаться автомобиля и земли. Прыгайте в безопасное место, держа обе ноги вместе, когда покидаете это место. Подобно ряби в пруду или озере, напряжение уменьшается по мере удаления от источника.Переход от одного уровня напряжения к другому позволяет телу стать проводником электричества.
  • Даже если линия электропередачи приземлилась на землю, все еще существует вероятность того, что область рядом с вашим автомобилем будет находиться под напряжением. Оставайтесь внутри автомобиля, если нет возгорания или неминуемой опасности возгорания.
  • Те же правила применяются к ситуациям, когда сельскохозяйственное и строительное оборудование контактирует с воздушными линиями электропередачи. Те, кто работает с крупногабаритным оборудованием, должны оставаться внутри транспортного средства, если удлинители оборудования соприкасаются с линиями электропередачи. {- t / \ text {RC}} $

    Где $ \ text V_ \ text S $ — высота входного шага, а $ \ text V_0 $ — начальное напряжение на конденсаторе.

    В основном это говорит о том, что напряжение начинается с его начального значения, $ \ text V_0 $, и заканчивается его конечным значением, $ \ text V_ \ text S $. Между ними напряжение имеет экспоненциальную форму с постоянной времени $ \ text {RC} $.


    Пошаговый ввод — это распространенный способ дать схеме небольшой «толчок», чтобы увидеть, что она делает. Это довольно много говорит нам о свойствах схемы.

    Вот схема, которую мы собираемся изучить,

    Вход представляет собой резкий скачок напряжения, начинающийся с $ \ text V_0 $ и мгновенно повышающийся до $ \ text V _ {\ text S} $ при $ t = 0 $.Мы хотим найти напряжение на конденсаторе $ \ goldC {v (t)} $ как функцию времени.

    шаг мгновенный

    Шаговая функция — это идеальная математическая идея. Напряжение имеет только два значения: $ \ text V_0 $ и $ \ text V _ {\ text S} $. Промежуточных значений нет. Когда мы рисуем шаг с вертикальной оранжевой линией при $ t = 0 $, это просто графическая связь между верхней и нижней горизонтальными линиями. Вертикальная линия не означает, что промежуточные значения напряжения существуют при $ t = 0 $.Технически пошаговая функция не соответствует определению математической функции, поскольку при $ t = 0 $ возникает эта странность.

    В реальном мире ступенчатые функции всегда имеют конечный наклон. Мы по-прежнему называем это ступенькой, если наклон действительно крутой по сравнению с откликом схемы $ \ text {RC} $. Это достаточно близко к идеальному шагу, если он выглядит как шаг на интересующей нас шкале времени.

    Интуиция

    Исходное состояние

    Как всегда, мы начинаем с рассмотрения состояния схемы до того, как что-нибудь произойдет.

    До $ t = 0 $ источник напряжения обеспечивает постоянное напряжение $ \ text V_0 $. В далеком прошлом заряды текли на пластины конденсатора, и напряжение конденсатора возрастало. В конце концов, напряжение на резисторе $ \ text V_0 -v $ стало $ 0 $, и ток перестал течь.

    Начальное состояние схемы: $ i (0) = 0 $ и $ v (0) = \ text V_0 $.

    Переходный период

    После шага схема вносит свои коррективы. Время между начальным состоянием и конечным состоянием называется переходным периодом .Регулировка, выполняемая схемой, называется переходной характеристикой . Поскольку наш ввод — это шаг, он также называется переходной характеристикой .

    Мы уже изучали схему $ \ text {RC} $ раньше, когда выясняли естественный отклик. Мы узнали, что естественный отклик $ \ text {RC} $ имеет характерную экспоненциальную форму. Когда мы запускаем схему с шагом, мы можем ожидать, что $ i (t) $ и $ v (t) $ будут иметь некоторое сходство с естественной реакцией.

    Переходный период , вероятно, будет какой-то пологой кривой.

    Конечное состояние

    Теперь прыгайте намного позже по времени, чтобы вылететь после шага. Входное напряжение было на уровне $ \ text V_ \ text S $ в течение длительного времени. Давайте разберемся, где заканчиваются напряжение и ток. По цепи течет ток. На конденсаторе появляется все больше и больше заряда, вызывая повышение его напряжения.

    В какой-то момент возрастающее напряжение конденсатора $ v $ становится таким же, как $ \ text V_ \ text S $. Когда это происходит, напряжение на резисторе $ \ text V_ \ text S -v $ становится равным $ 0 $.Подумайте о законе Ома, когда напряжение равно нулю. У тока больше нет причины течь, поэтому он прекращается.

    Конечное состояние схемы: $ i (\ infty) = 0 $ и $ v (\ infty) = \ text V_ \ text S $.

    Краткое описание интуиции

    Напряжение начинается с начального значения и заканчивается ступенчатым напряжением, установленным на входе. Между начальным и конечным состояниями напряжение и ток совершают какой-то интересный переход (показаны три возможности).Схема начинается без тока и заканчивается без тока. Между ними какой-то ток течет от источника на конденсатор.

    Затем мы придем к точному пониманию переходной характеристики.

    Формальный вывод переходной характеристики $ \ text {RC} $

    Есть другой эквивалентный способ нарисовать эту схему. Мы меняем источник напряжения на постоянный $ \ text V _ {\ text S} $ и вставляем переключатель, чтобы вызвать ступеньку. Начальное напряжение ставится прямо на конденсатор

    Эта версия схемы лучше подходит для математических расчетов, поскольку начальное условие $ v (0) = \ text V_0 $ более очевидно.

    как туда добраться $ \ text V_0 $?

    Я просто хочу, чтобы вы поверили, что я могу немного зарядить конденсатор для генерации $ \ text V_0 $. Если вам просто нужно знать, вот схема, которая может это сделать:

    Оба переключателя включены в один и тот же момент. Правый открывается, а левый закрывается при $ t = 0 $.

    Мы моделируем схему, записывая уравнение для токов, текущих из верхнего правого узла, используя Закон Кирхгофа,

    $ \ begin {array} {cccc} i_ \ text R && + && i_ \ text C & = 0 \\ \\ \ dfrac {v — \ text V_ \ text S} {\ text R} && + && \ text C \, \ dfrac {dv} {dt} & = 0 \ end {array} $

    Давайте немного изменим термины, чтобы отформатировать его как дифференциальное уравнение,

    $ \ dfrac {v} {\ text R} — \ dfrac {\ text V_ \ text S} {\ text R} + \ text C \, \ dfrac {dv} {dt} = 0 $

    $ \ text C \, \ dfrac {dv} {dt} + \ dfrac {v} {\ text R} = \ dfrac {\ text V_ \ text S} {\ text R} $

    $ \ dfrac {dv} {dt} + \ dfrac {v} {\ text {RC}} = \ dfrac {\ text V_ \ text S} {\ text {RC}} \ qquad $ начальное условие: $ v ( 0) = \ text V_0 $

    Это дифференциальное уравнение, которое мы должны решить.

    Почему так сложно решить?

    Есть важное различие между этим уравнением и тем, которое мы вывели для естественной реакции. Справа — $ \ text V_ \ text S / \ text {RC} $ вместо $ 0 $. $ \ text V_ \ text S / \ text {RC} $ не имеет отношения к $ v $ или производной от $ v $. Из-за этого мы говорим, что это уравнение неоднородно . Решение неоднородного дифференциального уравнения — не самое простое дело. На самом деле это боль в шее.

    Причина, по которой это сложно решить, заключается в том, что существует два источника энергии.Входной сигнал и внутренняя энергия, запасенная в конденсаторе, и оба они отображаются в дифференциальном уравнении. Беда в том, что они не имеют отношения друг к другу. Входной сигнал может быть любым. Это отсутствие взаимосвязи делает проблему слишком сложной, чтобы ее можно было решить сразу.

    Наша стратегия, как обычно, состоит в том, чтобы разбить проблему на части. Мы собираемся разбить схему на две более простые схемы. Одна версия игнорирует накопленную энергию, а другая версия игнорирует входную энергию.Затем мы воспользуемся суперпозицией, чтобы собрать две схемы обратно в одну.

    Принудительная реакция плюс естественная реакция

    Теперь мы опишем стратегию, которую вы, возможно, не видели раньше. Мы разделяем сложную проблему на две более простые, разделив принудительную реакцию и естественную реакцию . Решение принудительной реакции и естественной реакции по отдельности приведет нас к ответу намного быстрее, чем прямая атака на неоднородное уравнение.

    Что такое принудительный ответ ? Вход заставляет выход куда-то идти.В нашем случае именно здесь в конечном итоге заканчивается напряжение конденсатора (после того, как вся внутренняя энергия рассеивается). «Назначение» принудительного ответа зависит от функции принудительного ввода. Когда мы думаем о вынужденной реакции, мы игнорируем внутреннюю накопленную энергию.

    Что такое естественная реакция ? Естественный отклик говорит нам, что цепь делает «естественно», когда ее внутренняя энергия рассеивается. «Назначение» естественной реакции — раствориться в пустоте.Нулевое напряжение и нулевой ток. Когда мы думаем о естественной реакции, мы игнорируем входной сигнал.

    Используя суперпозицию, мы комбинируем (добавляем) принудительные и естественные реакции, чтобы получить полную историю, называемую общим ответом . Вынужденный отклик передает свою волю в схему, в то время как естественный отклик сообщает нам, что происходит, когда система переходит в конечное состояние. Принудительный ответ заставляет естественный ответ иметь место назначения, отличное от нуля.

    Наложение

    Почему мы можем это сделать? Как мы можем оправдать эту стратегию? Работает из-за суперпозиции.Всякий раз, когда у вас есть схема с двумя источниками энергии, такими как две батареи, или входной источник плюс некоторая внутренняя энергия, возможность использования суперпозиции должна прийти вам в голову.

    Superposition работает с любой схемой, состоящей из линейных компонентов (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности), управляемой идеальным источником. Эта стратегия « принудительное плюс естественное » является прекрасным примером суперпозиции в действии.

    $ v_t = v_f + v_n $

    Индексы $ t $, $ f $, $ n $ обозначают общие, принудительные и естественные ответы.

    $ \ begin {array} {c l c c} && \ underline {\ text {Начальные условия}} & \ underline {\ text {Inputs}} \\ & v_f \, \ text {принудительный ответ} & 0 & {in (t)} \\ + & v_n \, \ text {естественный ответ} & \ text {i.c.’s} & 0 \\ = & \ overline {v_t \, \ text {общий ответ} \ phantom {xxx}} & \ text {i.c.’s} & {in (t)} \ end {array} $

    Энергия, накопленная внутри, называется начальными условиями или i.c.

    математический словарь

    Математики используют следующие термины.Вы можете увидеть их в классе линейной алгебры.

    $ \ begin {array} {c l c c} && \ underline {\ text {Начальные условия}} & \ underline {\ text {Inputs}} \\ & \ text {особое решение} & 0 & {in (t)} \\ + & \ text {однородный раствор} & \ text {i.c.’s} & 0 \\ = & \ overline {\ text {полное решение} \ phantom {xxx}} & \ text {i.c.’s} & {in (t)} \ end {array} $

    Гомогенный раствор можно также назвать дополнительным раствором .

    Больше математического жаргона,

    Наше дифференциальное уравнение представляет собой сложное,
    неоднородное обыкновенное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами .

    • Однородный * означает, что уравнение содержит $ v $ и производные от $ v $, и ничего больше. Конкретно постоянного члена нет.
    • Неоднородный означает, что существует термин, который не является $ v $ или одним из его производных. В нашем уравнении есть член $ \ text V _ {\ text S} $, не связанный с $ v $.
    • Первый порядок означает, что самая высокая производная — это первая производная $ dv / dt $.
    • Постоянный коэффициент означает, что значения компонентов $ (\ text {R, C}) $ постоянны и не меняются с течением времени.Это также называется инвариантом времени , и вы можете увидеть систему, описываемую аббревиатурой LTI для линейного инварианта . LTI означает, что если вы запустите схему сегодня и завтра с одинаковыми начальными условиями, она будет делать одно и то же в оба дня. Хороший отель.
    • Обычный означает, что есть только одна независимая переменная, $ t $.

    Решение ведомой цепи

    Шаги для решения схемы, управляемой внешним входом:

    • Решите принудительный ответ с начальными условиями, установленными на $ 0 $.
    • Решите естественный ответ с входом $ 0 $.
    • Добавьте вынужденный отклик к естественному отклику, чтобы получить общий отклик.
    • Используйте начальные условия для разрешения любых неизвестных констант.

    Принудительный ответ

    Для принудительного ответа, $ \ goldC {v_f (t)} $, мы хотим найти какое-либо решение дифференциального уравнения, и нам не нужно обращать внимание на начальное условие в начале шага. Это ключ к тому, чтобы найти вынужденную реакцию и не сойти с ума.Это то же самое, что сказать, что мы ищем конечное состояние спустя долгое время после того, как первоначальная накопленная энергия рассеялась.

    Принудительный ответ часто выглядит как вход плюс его производные. Обычно он имеет ту же форму, что и исходный текст, масштабированный с некоторым коэффициентом.

    Угадайте решение и попробуйте его: поскольку вход является константой после замыкания переключателя, давайте предположим, что принудительный ответ также является константой,

    $ v_ {f} = K_f $, где $ K_f $ — некоторое число.

    Подставьте это предложенное решение в дифференциальное уравнение и посмотрите, что произойдет,

    $ \ dfrac {dK_f} {dt} + \ dfrac {K_f} {\ text {RC}} = \ dfrac {\ text V_ \ text S} {\ text {RC}} $

    Главный член — это производная от константы, поэтому она принимает вид $ 0 $. Остается

    $ \ dfrac {K_f} {\ text {RC}} = \ dfrac {\ text V_ \ text S} {\ text {RC}}

    долл. США

    Итак, принудительное дифференциальное уравнение верно, если,

    $ v_ {f} = K_f = \ text V_ \ text S $

    Принудительный ответ для пошагового входа выглядит так:

    Принудительный ответ выглядит точно так же, как ввод.(Это не всегда происходит.) Обратите внимание, как силовая реакция решает уравнение, но полностью пропускает начальное условие, $ v (0) = \ text V_0 $. Все в порядке. Об этом позаботится естественная реакция. Принудительный ответ сообщает нам, что через долгое время напряжение конденсатора будет $ \ text V _ {\ text S} $.

    На этом и других графиках я использую ступень напряжения с $ V_0 = 2 \, \ text V $ и $ \ text V _ {\ text S} = 6 \, \ text V $.

    Что произойдет, если предположение окажется неверным?

    Как это выглядит, если вы угадываете решение, а оно не работает?

    Вы угадываете решение, например $ v (t) = K \ text {(something)} $.Затем вы проверяете его, подставляя в дифференциальное уравнение. {- t / \ text {RC}} $

    $ v_t $ выглядит так,

    И мы это сделали! Это общий ответ сети $ \ text {RC} $ на скачок напряжения.{-t / \ text {RC}} \ right)

    долл. США

    Информированная интуиция

    Вам не нужно запоминать уравнение для реакции на скачок. Вы знаете, что происходит,

    • Вывод начинается с некоторого значения перед шагом.
    • Когда наступает шаг, выходное напряжение направляется к месту назначения, возрастая (или падая) с плавной экспоненциальной формой , управляемой постоянной времени $ \ text {RC} $.
    • Вывод заканчивается на каком-то новом значении.

    Это аналоговая схема, которую хорошо понимают все разработчики компьютерного оборудования.Он устанавливает ограничение скорости работы цифровой системы. Резистор идет от управляющего затвора плюс проводка. Емкость исходит от проводки плюс входной контакт ведомого затвора.

    Проверка концепции

    Предположим, что чуть позже входное напряжение делает еще один шаг вниз, от $ \ text V _ {\ text S} $ до $ \ text V_0 $.

    Предположим, что $ \ text V_0 = 2 \, \ text V $ и $ \ text V _ {\ text S} = 6 \, \ text V $. Пусть $ \ text R = 3 \, \ text K \ Omega $, $ \ text C = 0.4 \, \ му \ текст F $.

    Как реагирует напряжение конденсатора?

    $ v (t) = $ ________

    показать ответ

    Интересующий момент — это шаг вниз, поэтому переназначьте $ t = 0 $ на время шага вниз. Переставляя $ t = 0 $, мы можем использовать приведенное выше выражение ступенчатой ​​реакции. Роли высокого и низкого напряжения поменялись местами, поэтому вы можете думать об этом так:

    $ \ text V_0 $ (начальное напряжение) $ = 6 \, \ text V $ и $ \ text V _ {\ text S} $ (конечное напряжение) $ = 2 \, \ text V $.{-t / 1.2 \, \ text {msec}}

    долл. США

    Имитационная модель

    Для дальнейшего изучения запустите эту имитационную модель схемы.

    • Щелкните DC в верхней строке меню, чтобы выполнить статический анализ постоянного тока. Какое начальное напряжение на конденсаторе? Какой начальный ток?
    • Щелкните TRAN , чтобы запустить анализ переходных процессов (напряжение в зависимости от времени). См. Переходную характеристику $ \ text {RC} $ для напряжения и тока.
    • Дважды щелкните источник напряжения.Измените начальное и конечное напряжения и посмотрите, что произойдет. Что произойдет, если начальное напряжение выше конечного?
    • Измените источник напряжения со ступенчатого на прямоугольный с частотой $ 50 \, \ text {Hz} $. TRAN снова за $ 50 \, \ text {msec} $. Сравните и сопоставьте шаг вниз с шагом вверх. Какая разница? Что то же самое?
    • Измените частоту прямоугольной волны на $ 200 \, \ text {Hz} $ и смоделируйте для $ 25 \, \ text {msec} $. Что случилось? Повышается ли напряжение до $ \ text V_ \ text S $?
    • Уменьшите масштаб страницы схемы и постройте копию схемы рядом с оригиналом.Попробуйте разные значения для $ \ text R $ и $ \ text C $ в новой схеме. Поместите щупы на два напряжения (удалите токовый щуп). Смоделируйте и сравните оба напряжения на одном графике.

    Сводка

    Мы решили цепь резистор-конденсатор, управляемую ступенчатым напряжением. Мы использовали Закон Кирхгофа, чтобы создать дифференциальное уравнение, представляющее схему. Затем мы решили это путем наложения с использованием метода принудительного плюс естественного отклика .

    • Принудительный ответ — это то, что схема делает в ответ на вход, при начальных условиях, установленных на ноль.{-t / \ text {RC}}

      долл. США

      $ \ text V_ \ text S $ — это напряжение ступени, а $ \ text V_0 $ — это напряжение, с которого начинается конденсатор.

      понижающих трансформаторов — как они работают?

      Электроэнергия в ваш дом подается с постоянным напряжением 110В. Фактически, по всей территории Соединенных Штатов электрические компании обычно используют 110 В, но это не так во всем мире. Во многих других странах электричество в дома подается на 220в. Если вы посмотрите на электрическое оборудование вокруг вашего дома, вы заметите, что почти все имеет электрическую спецификацию, которая гласит: «110В.«Однако для правильной работы многие приборы подключаются к трансформатору. Что делать, если вы покупаете прибор или электрическое изделие, которое работает при более низком напряжении? Если вы подключите этот прибор к своему дому без трансформатора, он, скорее всего, отключится. иди капут, как только включишь выключатель!

      Поэтому используются понижающие трансформаторы. Понижающий трансформатор — это устройство, которое можно подключить к выключателю и прибору. Вам следует знать два типа трансформаторов: повышающие и понижающие трансформаторы.Повышающие трансформаторы обычно производят более высокое выходное напряжение, чем входное. Например, если у вас есть прибор, работающий от 220 В, вам, вероятно, понадобится повышающий трансформатор, чтобы усилить напряжение с 110 до 220 В. Однако, если вам нужно меньшее напряжение, будут использоваться понижающие трансформаторы.

      Если вы ищете трансформаторы, вы попали в нужное место! В Bruce Electrical Equipment мы предлагаем широкий спектр трансформаторов и других электрических устройств по самым доступным ценам.Помимо трансформаторов, мы также продаем фазовые преобразователи, ограничители перенапряжения переходных процессов, автоматические выключатели, выпрямители, кондиционеры для линий электропередач, переключатели передачи, щитовые панели и многое другое!

      Как работает трансформатор?

      Концепция понижающего трансформатора на самом деле довольно проста. Передача имеет больше витков провода на первичной катушке по сравнению с витками на вторичной катушке. Это снижает индуцированное напряжение, проходящее через вторичную катушку, что в конечном итоге снижает выходное напряжение.Большинство людей думают, что при уменьшении напряжения будет уменьшаться и выходная мощность трансформатора, но это не так. По законам физики падение напряжения означает, что ток увеличивается.

      Почему покупать через нас?

      Компания

      Bruce Electrical Equipment была основана в 1973 году, и с тех пор мы поставляем широкий спектр оборудования нашим клиентам по всей стране. Мы известны высоким качеством нашей продукции, а также предлагаем быструю доставку для людей, которые в ней нуждаются.Мы также предоставляем полную гарантию на все наши продукты, поэтому, если что-то не работает должным образом, просто позвоните нам, и мы отремонтируем или заменим это для вас!

      ТРАНСФОРМАТОРЫ — прикладное промышленное электричество

      Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

      Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальной реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для уменьшения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

      Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

      Напротив, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

      Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

      Рисунок 8.1 Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

      Это понижающий трансформатор, что подтверждается большим числом витков первичной обмотки и малым числом витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность. Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

      Обратимость работы трансформатора

      В случае, если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-верса.

      Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для конкретных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как это должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредило чрезмерным напряжением или током!).

      Этикетки для изготовления трансформаторов

      Трансформаторы

      часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие — к вторичной. В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, используется одно из условных обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ».Обычно это важно для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), Которую мы рассмотрим немного позже в этой главе.

      Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

      Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить мощность, а только преобразовывать ее. .Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем потребовало, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована. Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

      Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок.Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)

      Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

      В такой машине двигатель механически соединен с генератором, причем генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше.Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок, очевидно, требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность. С другой стороны, трансформаторы способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

      Справедливости ради следует отметить, что моторные / генераторные установки не обязательно были заменены трансформаторами для всех приложений .Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот. 2µA} {I} [/ латекс]

      Где,

      [латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]

      [латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]

      [латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]

      [латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]

      [латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]

      Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равняется 100.Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

      Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.

      Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

      Эффект повышения / понижения передаточных чисел катушки в трансформаторе аналогичен передаточным числам зубчатых колес в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

      Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

      Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

      Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.

      Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы под названием изолирующие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.

      Рисунок 8.6 Разделительный трансформатор изолирует питание от линии питания.

      Поскольку трансформаторы в основном являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить кривые для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

      Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

      Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

      При переходе от первичной обмотки, В (2) к вторичной, В (3,5), напряжение было понижено в десять раз, а ток увеличился в десять раз. синфазно при переходе от первичного к вторичному.

      Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны. Вторичный ток увеличивается в десять раз.

      Условные обозначения трансформатора

      Похоже, что напряжение и ток двух обмоток трансформатора синфазны, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать , каким образом мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить соблюдение правильного фазового соотношения. В конце концов, трансформатор — это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы способа узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:

      Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.

      Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Он называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждой соответствующей ножкой обмотки трансформатора:

      Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.

      Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмотки. Провода «1» (H 1 и X 1 ) представляют собой места, где обычно размещаются точки маркировки полярности.

      Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, сдвиг фазы от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

      С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают , а не , фазовый сдвиг будет 180 ° между первичной и вторичной обмотками, например:

      Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный — точка, дополнительный черный — точка.

      Конечно, условное обозначение точек только говорит вам, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ов). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

      Рисунок 8.12 В фазе: основной красный — точка, дополнительный красный — точка.

      Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

      [латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {первичный}} [/ latex]

      [латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]

      Где,

      [латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]

      • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором .Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
      • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

      [латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {вторичный}} {L_ {первичный}}} [/ латекс]

      • Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки .
      • Трансформаторы
      • , предназначенные для обеспечения гальванической развязки без повышения или понижения напряжения и тока, называются изолирующими трансформаторами .
      • Фазовое соотношение напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
      • Условное обозначение точек — это тип маркировки полярности для обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки является каким относительно других обмоток.

      Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

      Трансформаторы — очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:

      Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

      Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

      Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая — повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в схемах питания электронных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

      С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

      Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

      Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

      Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

      Рисунок 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

      Многополюсный коммутационный трансформатор

      Ответвитель — это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

      Рис. 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.

      Переменный трансформатор

      Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

      Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

      Одним из потребительских применений переменного трансформатора является регулирование скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше первичного напряжения от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

      Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

      Автотрансформатор

      Видя, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от гальванической развязки и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

      . Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одинарной ответвленной обмотки, экономя медь и жертвуя изоляцией.

      Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

      Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями, экономящей медь. Автотрансформаторы

      находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору может быть либо правильное соотношение первичной / вторичной обмотки, предназначенное для работы, либо использование понижающей конфигурации с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздрагивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

      Конфигурации автотрансформатора

      Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

      Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

      Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

      Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

      Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

      Автотрансформатор с вариатором

      Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения коэффициента передачи.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

      Рис. 8.22. Вариак — это автотрансформатор со скользящим ответвлением.

      Маленькие вариаторы для настольного использования — это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники. Они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в быту с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

      • Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
      • Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
      • Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
      • Автотрансформатор — это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением гальванической развязки.
      • A Variac — регулируемый автотрансформатор.

      Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь частично, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

      Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

      Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как показано на рисунке ниже.

      Рисунок 8.23 ​​Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

      Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

      Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

      Начальное — Среднее

      • Y — Y
      • Y — Δ
      • Δ — Y
      • Δ — Δ

      Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора те же, что и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

      Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного блока трансформаторов является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

      Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).

      Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

      Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.

      Разводка фаз для трансформатора «Y-Y»

      Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

      Рисунок 8.25 Разводка фаз для трансформатора «Y-Y».

      Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

      Фазовая разводка трансформатора «Y-Δ»

      Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

      Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».

      Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона «точки» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

      Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»

      Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

      Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».

      Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

      Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Δ»

      И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

      Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».

      Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за неотъемлемой надежности конфигурации Δ.

      Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»

      Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

      Рис. 8.29 «V» или «разомкнутый Δ» обеспечивает питание 2-φ только с двумя трансформаторами.

      Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть большего размера, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

      Пример из реальной жизни

      На следующей фотографии (рисунок ниже) показана группа повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

      На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по Y-образной схеме, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена — нижняя поверхность плотины:

      Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд-Кули, 30

      Мощность

      Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

      Идеальный трансформатор

      Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования. Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

      Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

      Номинальные характеристики трансформатора

      С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

      [латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

      [латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

      Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

      ВА или кВА.

      Потери энергии

      Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

      Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются провода такой большой длины, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

      Вихретоковые потери

      Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи — как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности — имеют тенденцию проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

      Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно делаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, когда они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

      Индукционный нагрев

      Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, охватывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на предварительно определенном «заданном значении».

      Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.

      Снижение вихревых токов

      Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

      Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

      Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

      Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, состоит в том, чтобы сделать сердечник из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа индивидуально покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

      Магнитный гистерезис

      Еще одна «потеря в сердечнике» связана с магнитным гистерезисом . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

      Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

      Скин-эффект на высоких частотах

      Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая больше мощности, теряемой из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

      В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

      Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

      Паразитная емкость и индуктивность

      Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Подобно их более простым аналогам — индукторам — трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

      Частота резонанса трансформатора

      Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота мощности трансформатор находится далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

      Удерживание флюса

      Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

      Индуктивность утечки

      Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов удовлетворить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

      Насыщенность ядра

      Трансформаторы

      также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

      Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

      Пиковые трансформаторы

      Специальные трансформаторы, известные как обостряющие трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и вторичным импульсам напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

      Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

      Работа на частотах ниже нормы

      Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вместо этого вынужден работать на частоте 50 Гц, магнитный поток должен достичь более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противодействующее напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

      Рисунок 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

      Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

      Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения — это производная формы волны потока, «производная» — это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости замены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом и производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

      Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

      Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

      Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

      Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке сдвигает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

      Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

      Пусковой ток

      Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току, проявляемому электродвигателем, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

      Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

      Рисунок 8.37. Непрерывный установившийся режим: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

      Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

      Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

      И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска тока» или «тока».

      В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

      Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В — это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и i должны начинаться с нуля.

      Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

      Когда магнитный поток увеличивается в ответ на возрастающее напряжение, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза больше обычного пикового значения, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

      Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального условия Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает активную зону.

      Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, при условии, что это не насыщает сердечник.

      В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не имеют достаточного запаса между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток в обмотке, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышая , вдвое превышая его нормальный пик:

      Рисунок 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

      Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к «медленнодействующим», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

      Тепло и шум

      Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев — потенциально серьезная проблема, потому что изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

      Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

      Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

      Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения «повышения» максимальной рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

      • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
      • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
      • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
      • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).

      Звуковой шум — это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины, проявляемое ферромагнитным объектом при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

      Потери из-за наматывающих магнитных сил

      Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

      • Силовые трансформаторы ограничены по количеству мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
      • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
      • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
      • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Присутствие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
      • Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
      • Индуктивность утечки вызвана тем, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
      • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
      • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
      • Шум — обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

      источников скачков напряжения и тока в CircuitLab — Блог

      13 августа 2020 г., 9:30 PDT · 0 комментариев »

      Мы только что упростили моделирование реакции на скачок в CircuitLab. Нахождение переходной характеристики схемы во временной области — одна из наиболее распространенных операций для всех, кто изучает или проектирует аналоговые фильтры и усилители.

      Всегда можно было смоделировать переходные характеристики в CircuitLab, используя комбинацию источника напряжения и переключателя, но теперь мы объединили это поведение в компонент сигнала: Voltage Step Source и соответствующий Current Step Source .

      Вот простой пример сравнения реакции на скачки напряжения между последовательной RC-цепью и параллельной RL-цепью:

      Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Можете ли вы предсказать форму V (RC) и V (RL) до запуска моделирования?

      Вот более сложный пример, показывающий, как неинвертирующий усилитель на операционном усилителе может иметь проблемы со стабильностью, включая звон и выбросы даже при небольшом количестве паразитной (нежелательной) емкости в узле обратной связи:

      Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше.Сколько времени нужно, чтобы выход успокоился после шага ввода? Есть ли уровень емкости, выше которого этот усилитель в принципе бесполезен?

      Обратите внимание, что шаг происходит только при переходном моделировании. Имитация постоянного тока (или развертка постоянного тока) всегда происходит за до шага. Это позволяет симулятору сначала найти старую установившуюся рабочую точку до шага , прежде чем смоделировать переходное изменение в новое установившееся состояние после шага.

      Эти новые компоненты ступенчатого источника доступны в разделах «Источники сигналов напряжения» и «Источники сигналов тока» панели инструментов CircuitLab, прямо между источником настраиваемого генератора функций и источником входного сигнала CSV:

      После вставки источника шагов вы можете дважды щелкнуть по нему, чтобы настроить его амплитуду и задать задержку.Удобно, что по умолчанию источник шага обеспечивает единичный шаг при t = 0.

      Пока комментариев нет. Быть первым!

      Что такое регуляторы напряжения | Статьи

      T&D Guardian

      Заявление

      Поскольку изменение напряжения, вызванное одним переключением ответвлений, составляет 0,625% при 120 В или 0,75 В, для правильной работы требуется настройка полосы пропускания. Возможные настройки полосы пропускания на регуляторе напряжения определяются размером шага регулятора, потому что меньший шаг вызовет чрезмерное переключение отводов, когда устройство ищет номинальное напряжение (так называемое «колебание»).

      Одношаговая полоса пропускания нецелесообразна, потому что любое небольшое увеличение размера шага — например, из-за увеличения напряжения возбуждения — также приводит к колебаниям. Таким образом, наименьшая практическая ширина полосы несколько больше, чем одно- или двухступенчатый диапазон напряжения. Для регуляторов с шагом 0,625% полоса пропускания будет 1,5% или +/- 0,75 В.

      Многие колебания напряжения в системе исправляются сами собой. Пример: когда двигатель запускается, он потребляет большой ток, который вызывает падение напряжения; однако по мере того, как двигатель набирает скорость, ток уменьшается, а напряжение увеличивается.Чтобы регулятор не «преследовал» этот тип колебаний, в систему управления вводится временная задержка, которая позволяет регулятору «ждать и наблюдать», прежде чем инициировать переключение ответвлений. Для большей гибкости время задержки регулируется с шагом 10 секунд от 10 до 180 секунд.

      Как правило, регуляторы располагаются как можно ближе к центру нагрузки. Чем дальше от нагрузки, тем большее падение напряжения может возникнуть между регулятором и нагрузкой.Но из практических соображений может потребоваться, чтобы регулятор располагался на некотором расстоянии от нагрузки. В этом случае необходимо добавить в схему управления компенсатор падения напряжения для компенсации падения напряжения. С помощью компенсатора падения напряжения в линии стабилизатор сводит к минимуму влияние падений сопротивления и реактивного сопротивления в линии и улучшает напряжение в центре нагрузки. Также получается среднее напряжение в других точках распределительной линии.

      Обратите внимание, что падение напряжения является функцией тока нагрузки; поэтому регулятор должен уметь измерять ток и оценивать соответствующее падение напряжения.Помимо трансформатора тока, в схему компенсатора управления регулятором добавлены резистор и дроссель. Эти два элемента схемы являются переменными и настраиваются для обеспечения необходимых значений для каждого отдельного приложения.

      Разница между повышающими и понижающими трансформаторами

      Трансформаторы изменяют напряжение источника питания в соответствии с потребностями отдельных потребителей, конкретных устройств или подсистем внутри устройства. Как следует из названия, повышающий трансформатор преобразует мощность в более высокое напряжение, а понижающий трансформатор снижает напряжение.Коммунальная электросеть включает в себя серию трансформаторов для регулирования напряжения. В бытовой электронике и бытовой технике также используются трансформаторы для распределения различных напряжений.

      Повышающая и понижающая конструкция

      Два провода, по которым проходит напряжение от источника питания, наматываются на железный сердечник в первичной катушке. Дополнительный провод наматывается вокруг другой части железного сердечника вторичной обмотки, образуя трансформатор. Повышающий трансформатор имеет больше витков вокруг вторичной обмотки, а понижающий трансформатор больше наматывает первичную обмотку.Напряжение изменяется в зависимости от разницы между количеством витков на двух катушках.

      Конструкция с несколькими трансформаторами

      Можно использовать один и тот же железный сердечник для преобразования напряжения как в более высокие, так и в более низкие значения. В нескольких трансформаторах используются дополнительные вторичные обмотки. Одна вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка, которая генерирует более низкое напряжение. Другая вторичная катушка имеет больше витков, чем первичная, и работает для увеличения напряжения для подачи большей мощности на другой компонент или схему.Компонент работает как понижающий и повышающий трансформаторы.

      Применение понижения напряжения

      Дверные звонки иллюстрируют обычное применение понижения напряжения. В обычных дверных звонках используется напряжение 16 вольт, а в бытовых цепях питания — 120 вольт. Понижающий трансформатор получает 120-вольтные силовые провода и снижает ток до более низкого напряжения перед подачей питания на дверной звонок. Энергокомпании используют понижающие трансформаторы для понижения напряжения в линиях электропередач, идущих к отдельным зданиям.Приложения понижающего энергопотребления также направляют питание на световые индикаторы низкого напряжения в устройствах на 240 вольт.

      Повышающие приложения

      Распространенным повышающим приложением является пускатель электродвигателя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *