- -
- 100%
- +
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОФЕССИЮ ЭЛЕКТРИКА И ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
1.1. Кто такой электрик и чем он занимается
────────────────────────────────────────────
Электрик — это специалист, который занимается монтажом, обслуживанием, ремонтом
и эксплуатацией электрических сетей, оборудования и установок. Профессия требует
глубоких знаний физики, умения читать схемы, работать с инструментом и строгого
соблюдения правил безопасности.
В современном мире электрик востребован практически везде: в жилых домах, офисах,
на промышленных предприятиях, в строительстве, энергетике, на транспорте.
Различают несколько специализаций:
• Электрик-монтажник — прокладывает кабели, устанавливает щиты, розетки, светильники
• Электрик-наладчик — настраивает и пускает сложное оборудование
• Электромонтёр по ремонту и обслуживанию — обслуживает действующие установки
• Специалист по слаботочным системам — интернет, видеонаблюдение, ОПС, СКУД
• Энергетик предприятия — отвечает за электрохозяйство организации в целом
1.2. Основные опасности при работе с электричеством
────────────────────────────────────────────────────
Электрический ток невидим, не имеет запаха и цвета, поэтому опасность часто
недооценивают. Основные поражающие факторы:
• Поражение электрическим током (электрический удар)
• Ожоги от электрической дуги (температура дуги достигает 3000–5000 °C)
• Механические травмы при падении после удара током
• Пожары и взрывы из-за короткого замыкания
• Влияние электромагнитных полей (особенно вблизи мощного оборудования)
Особенно опасны работы:
— во влажных помещениях;
— на высоте;
— в стеснённых условиях (колодцы, щиты);
— при неисправном инструменте и СИЗ.
1.3. Действие тока на организм человека
────────────────────────────────────────
Опасность зависит от силы тока, напряжения, пути прохождения через тело, времени
воздействия и частоты. Особо опасны пути «рука–рука» и «рука–нога», так как ток
проходит через сердце и жизненно важные органы.
Пороговые значения переменного тока (50 Гц) — ориентировочные:
• 0,5–1,5 мА — ощутимый ток (лёгкое покалывание)
• 5–10 мА — сильные болевые ощущения
• 10–15 мА — неотпускающий ток (мышцы кисти сжимаются, человек не может
самостоятельно разжать руку)
• 25–50 мА — затруднение дыхания, сильные судороги
• 50–80 мА и выше — фибрилляция сердца, высокая вероятность смертельного исхода
• Более 100 мА — практически гарантированная остановка сердца при длительном
воздействии
Важно: напряжение выше 50 В переменного тока и выше 120 В постоянного тока
считается опасным. Однако даже низкое напряжение при определённых условиях
(мокрая кожа, большая площадь контакта) может быть смертельным.
1.4. Средства индивидуальной защиты (СИЗ)
─────────────────────────────────────────
Обязательные средства защиты электрика:
• Диэлектрические перчатки (основные или дополнительные)
• Диэлектрические боты или галоши
• Защитные очки или лицевой щиток
• Каска с подбородочным ремнём
• Спецодежда из хлопка или специальных негорючих тканей (не синтетика!)
• Указатель напряжения (двухполюсный — основной)
• Переносное заземление
• Изолирующий инструмент с маркировкой 1000 В
ВАЖНО: Перед каждым использованием СИЗ необходимо проверять их целостность
и срок годности. Диэлектрические перчатки проверяют надуванием (нет ли проколов).
Перчатки и боты имеют штамп с датой следующего испытания.
Классы диэлектрических перчаток:
• Класс 00 — до 500 В
• Класс 0 — до 1000 В
• Класс 1 — до 7500 В
• Класс 2 — до 17 000 В
1.5. Основные правила электробезопасности
─────────────────────────────────────────
• Работать только при отключённом напряжении (если иное не предусмотрено
нарядом-допуском и не выполнены дополнительные меры)
• Проверять отсутствие напряжения указателем непосредственно перед работой
(проверка на всех фазах и между фазами)
• Вывешивать запрещающие плакаты «Не включать! Работают люди»
• Применять блокировки и запирать коммутационные аппараты на замок
• Не работать в одиночку на установках выше 1000 В
• Знать приёмы оказания первой помощи при поражении током
• Не использовать металлические лестницы вблизи токоведущих частей
• Не работать при усталости, болезни, алкогольном опьянении
Правило пяти шагов безопасной работы:
1. Отключить
2. Проверить отсутствие напряжения
3. Установить заземление (при необходимости)
4. Вывесить плакаты и оградить место работы
5. Работать только исправным инструментом
1.6. Первая помощь при поражении электрическим током
─────────────────────────────────────────────────────
Последовательность действий:
1. Освободить пострадавшего от действия тока:
— отключить установку ближайшим выключателем/автоматом;
— оттащить сухой одеждой, используя диэлектрические перчатки, сухую доску,
резиновый коврик;
— ни в коем случае не касаться голыми руками тела пострадавшего, пока он
находится под напряжением.
2. Оценить состояние: сознание, дыхание, пульс на сонной артерии.
3. При отсутствии дыхания и пульса — немедленно начать сердечно-лёгочную
реанимацию (СЛР):
— 30 компрессий грудной клетки (глубина 5–6 см, частота 100–120 в минуту);
— 2 искусственных вдоха;
— продолжать до прибытия скорой или появления признаков жизни.
4. Вызвать скорую помощь (103 или 112).
5. При ожогах — накрыть чистой сухой тканью, не обрабатывать мазями, маслами,
не вскрывать пузыри.
6. При наличии сознания уложить, укрыть, обеспечить покой, постоянно наблюдать
до приезда врачей (состояние может резко ухудшиться).
ВАЖНО: Каждый электрик обязан уметь оказывать первую помощь. Регулярно
проходите практические занятия по реанимации. От ваших действий в первые
минуты зависит жизнь человека.
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
2.1. Электрический ток
──────────────────────
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.
В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах —
ионы, в газах — ионы и электроны.
Сила тока (I) измеряется в амперах (А) и показывает количество заряда,
проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени:
I = Q / t
где Q — заряд в кулонах (Кл), t — время в секундах.
1 ампер = 1 кулон / 1 секунда.
Примеры величин тока:
• Светодиодная лампа 10 Вт — около 0,04 А
• Электрочайник 2 кВт — около 9 А
• Сварочный аппарат — десятки и сотни ампер
• Ток короткого замыкания в квартирной сети — сотни ампер
2.2. Электрическое напряжение
─────────────────────────────
Напряжение (U) — это разность потенциалов между двумя точками электрической
цепи. Измеряется в вольтах (В). Именно напряжение «заставляет» ток течь
по цепи.
В бытовых сетях России стандартное напряжение:
• Однофазная сеть — 230 В (±10 %)
• Трёхфазная сеть — 400 В (линейное), 230 В (фазное)
Исторически было 220/380 В, но по ГОСТ 29322-2014 принято 230/400 В.
Примеры напряжений:
• Батарейка АА — 1,5 В
• Аккумулятор автомобиля — 12 В
• USB — 5 В
• Воздушная линия 0,4 кВ — 400 В
• Высоковольтные линии — 6, 10, 35, 110, 220, 500 кВ и выше
2.3. Электрическое сопротивление
────────────────────────────────
Сопротивление (R) характеризует способность проводника препятствовать
прохождению тока. Единица измерения — ом (Ом).
Сопротивление зависит от:
• материала (удельное сопротивление ρ);
• длины проводника L;
• площади поперечного сечения S;
• температуры.
Формула:
R = ρ × L / S
где ρ — удельное сопротивление (Ом·мм²/м).
Удельное сопротивление основных материалов (при 20 °C):
• Медь .................. 0,0175 Ом·мм²/м
• Алюминий .............. 0,028 Ом·мм²/м
• Сталь ................. 0,13–0,2 Ом·мм²/м
• Нихром ................ 1,0–1,2 Ом·мм²/м
Пример расчёта:
Медный провод длиной 50 м, сечением 2,5 мм²:
R = 0,0175 × 50 / 2,5 = 0,35 Ом
2.4. Мощность и энергия
───────────────────────
Мощность (P) показывает скорость совершения работы или потребления энергии.
Измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт).
Основные формулы:
P = U × I
P = I² × R
P = U² / R
Энергия (W) измеряется в ватт-часах (Вт·ч) или киловатт-часах (кВт·ч).
Именно киловатт-часы показывают счётчики электроэнергии.
W = P × t
Пример:
Электрочайник мощностью 2000 Вт работал 15 минут (0,25 ч):
W = 2000 × 0,25 = 500 Вт·ч = 0,5 кВт·ч
Если тариф 5 руб./кВт·ч, стоимость кипячения = 2,5 рубля.
2.5. Частота и период переменного тока
───────────────────────────────────────
В сетях переменного тока важное значение имеет частота (f) — количество
полных колебаний в секунду. В России и большинстве стран Европы частота
равна 50 Гц. В США и некоторых других странах — 60 Гц.
Период (T) — время одного полного колебания:
T = 1 / f
При частоте 50 Гц период равен 0,02 с (20 мс).
2.6. Кратные и дольные единицы
──────────────────────────────
• 1 кА (килоампер) = 1000 А
• 1 мА (миллиампер) = 0,001 А
• 1 мкА (микроампер) = 0,000001 А
• 1 кВ = 1000 В
• 1 мВ = 0,001 В
• 1 МОм = 1 000 000 Ом
• 1 кОм = 1000 Ом
• 1 кВт = 1000 Вт
• 1 МВт = 1 000 000 Вт
• 1 кВт·ч = 1000 Вт·ч = 3 600 000 Дж
2.7. Полезные соотношения и «правило большого пальца»
─────────────────────────────────────────────────────
• При напряжении 230 В ток примерно равен мощности (в ваттах), делённой на 230.
Пример: 2300 Вт → около 10 А.
• 1 лошадиная сила (л.с.) ≈ 736 Вт.
• Для быстрой оценки сечения медного кабеля: на каждые 10 А — примерно 1,5–2,5 мм²
(с запасом и учётом условий прокладки).
ГЛАВА 3. ЗАКОН ОМА И РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
3.1. Закон Ома для участка цепи
───────────────────────────────
Закон Ома — фундаментальный закон электротехники, открытый Георгом Омом
в 1826 году. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению
и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:
I = U / R
Из этой формулы легко выразить остальные величины:
U = I × R
R = U / I
Закон Ома справедлив для металлических проводников при постоянной температуре
и для многих других материалов в определённых пределах.
3.2. Закон Ома для полной цепи
──────────────────────────────
Для замкнутой цепи, содержащей источник ЭДС (электродвижущей силы), закон
Ома записывается с учётом внутреннего сопротивления источника (r):
I = E / (R + r)
где:
• E — ЭДС источника (В);
• R — сопротивление внешней цепи (Ом);
• r — внутреннее сопротивление источника (Ом).
Напряжение на зажимах источника (напряжение на нагрузке):
U = E − I × r или U = I × R
Когда ток не течёт (холостой ход), U = E. При коротком замыкании (R = 0)
ток максимален: Iкз = E / r.
3.3. Законы Кирхгофа
────────────────────
Первый закон Кирхгофа (закон токов, ЗТК):
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Токи, входящие в узел, берутся
с одним знаком, выходящие — с противоположным.
Σ I = 0
Пример: в узел входят токи 3 А и 5 А, выходит один ток — он равен 8 А.
Второй закон Кирхгофа (закон напряжений, ЗНК):
В любом замкнутом контуре алгебраическая сумма падений напряжений равна
алгебраической сумме ЭДС.
Σ E = Σ (I × R)
Эти законы позволяют рассчитывать сложные разветвлённые цепи.
3.4. Практические примеры расчёта
─────────────────────────────────
Пример 1.
На участке цепи напряжение 230 В, сопротивление 46 Ом. Найти ток:
I = 230 / 46 ≈ 5 А
Пример 2.
Через резистор 100 Ом протекает ток 0,5 А. Найти падение напряжения:
U = 0,5 × 100 = 50 В
Пример 3.
Электронагреватель сопротивлением 25 Ом включён в сеть 230 В.
Найти ток и мощность:
I = 230 / 25 = 9,2 А
P = 230 × 9,2 = 2116 Вт ≈ 2,1 кВт
Пример 4.
Нужно подобрать резистор, чтобы при напряжении 12 В ток был 20 мА (0,02 А):
R = 12 / 0,02 = 600 Ом
Пример 5. Расчёт падения напряжения в кабеле.
Медный кабель 2,5 мм², длина линии 40 м (туда и обратно — 80 м), ток 16 А.
R = 0,0175 × 80 / 2,5 = 0,56 Ом
Падение напряжения ΔU = I × R = 16 × 0,56 = 8,96 В
В процентах: 8,96 / 230 × 100 % ≈ 3,9 % (допустимо до 5 % для освещения
и до 10 % для силовых сетей по ПУЭ).
3.5. Мощность и закон Джоуля–Ленца
──────────────────────────────────
Количество теплоты, выделяющейся в проводнике при прохождении тока:
Q = I² × R × t
где Q — теплота в джоулях, t — время в секундах.
Это важно учитывать при выборе сечения проводов: слишком тонкий провод
при большом токе перегревается и может вызвать пожар.
Также мощность потерь в проводах:
Pпотерь = I² × R
Чем больше ток и сопротивление линии, тем больше бесполезный нагрев.
ВАЖНО: Всегда проверяйте соответствие сечения проводников допустимому току
нагрузки по таблицам ПУЭ (глава 1.3). Учитывайте способ прокладки, температуру
окружающей среды и количество жил в пучке.
ГЛАВА 4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
4.1. Последовательное соединение
────────────────────────────────
При последовательном соединении конец одного элемента соединяется с началом
следующего. Через все элементы протекает один и тот же ток.
Свойства последовательного соединения:
• Общее сопротивление: R = R₁ + R₂ + R₃ + …
• Общее напряжение: U = U₁ + U₂ + U₃ + …
• Ток одинаков во всех элементах: I = I₁ = I₂ = I₃
Применяется в:
• старых гирляндах (при перегорании одной лампы гаснет вся гирлянда);
• делителях напряжения;
• некоторых схемах управления и сигнализации.
Пример:
Три резистора 10 Ом, 20 Ом и 30 Ом соединены последовательно, напряжение 120 В.
Rобщ = 10 + 20 + 30 = 60 Ом
I = 120 / 60 = 2 А
U₁ = 2 × 10 = 20 В
U₂ = 2 × 20 = 40 В
U₃ = 2 × 30 = 60 В
4.2. Параллельное соединение
────────────────────────────
При параллельном соединении все начала элементов соединены в одной точке,
а все концы — в другой. Напряжение на всех элементах одинаково.
Свойства параллельного соединения:
• Общая проводимость: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + …
• Для двух резисторов: R = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂)
• Общий ток: I = I₁ + I₂ + I₃ + …
• Напряжение одинаково: U = U₁ = U₂ = U₃
Именно параллельно подключаются почти все бытовые приборы — каждый получает
полное напряжение сети и работает независимо от других.
Пример:
Два резистора 30 Ом и 60 Ом соединены параллельно, напряжение 120 В.
Rобщ = (30 × 60) / (30 + 60) = 1800 / 90 = 20 Ом
Iобщ = 120 / 20 = 6 А
I₁ = 120 / 30 = 4 А
I₂ = 120 / 60 = 2 А
4.3. Смешанное соединение
─────────────────────────
На практике часто встречается комбинация последовательного и параллельного
соединений. Расчёт ведётся поэтапно: сначала упрощают параллельные участки,
затем последовательные, постепенно сводя схему к одному эквивалентному
сопротивлению.
Пример:
Резистор R1 = 10 Ом соединён последовательно с параллельной группой
R2 = 20 Ом и R3 = 30 Ом. Напряжение 100 В.
Сначала параллельная группа:
R23 = (20 × 30) / (20 + 30) = 600 / 50 = 12 Ом
Rобщ = 10 + 12 = 22 Ом
Iобщ = 100 / 22 ≈ 4,55 А
U1 = 4,55 × 10 ≈ 45,5 В
U23 = 100 − 45,5 = 54,5 В
I2 = 54,5 / 20 ≈ 2,73 А
I3 = 54,5 / 30 ≈ 1,82 А
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.