Учитель Начальной
Курс электрика

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