К нам часто обращаются читатели, которые раньше не сталкивались с работами по электричеству, но хотят в этом разобраться. Для этой категории создана рубрика "Электричество для начинающих".
Рисунок 1. Движение электронов в проводнике.
Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе.
Термин "электричество" подразумевает движение электронов под действием электромагнитного поля.
Главное - понять, что электричество - это энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении (рис. 1).
Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток. Тогда заряд будет перетекать от минуса к плюсу, не меняясь, пока не иссякнет.
Переменный ток - это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, текущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую.
Рисунок 2. Схема устройства трансформатора.
С током это происходит намного быстрее, 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком. На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного. Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. 2).
Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.
При помощи трансформатора (специального устройства в виде катушек) переменный ток преобразуется с низкого напряжения на высокое, и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 3).
Именно по этой причине большинство приборов работает от сети, в которой ток переменный. Однако постоянный ток также применяется достаточно широко: во всех видах батарей, в химической промышленности и некоторых других областях.
Рисунок 3. Схема передачи переменного тока.
Многие слышали такие загадочные слова, как одна фаза, три фазы, ноль, заземление или земля, и знают, что это важные понятия в мире электричества. Однако не все понимают, что они обозначают и какое отношение имеют к окружающей действительности. Тем не менее знать это надо обязательно.
Не углубляясь в технические подробности, которые не нужны домашнему мастеру, можно сказать, что трехфазная сеть - это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Вышесказанное надо немного пояснить. Любая электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например к чайнику), а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи (рис. 4 А).
Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым, или просто фазой, а по которому возвращается - нулевым, или нолем. состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120° (рис. 4 Б). Более подробно на этот вопрос поможет ответить учебник по электромеханике.
Рисунок 4. Схема электрических цепей.
Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно экономически: не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток разделяется на три фазы, и каждой из них дается по нолю. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя иногда трехфазная сеть заводится прямо в дом. Как правило, речь идет о частном секторе, и такое положение дел имеет свои плюсы и минусы.
Земля, или, правильнее сказать, заземление - третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предохранителем.
Например, в случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление. По этому проводу избыток электричества в буквальном смысле слова уходит в землю (рис. 5).
Рисунок 5. Простейшая схема заземления.
Еще один пример. Допустим, в работе электродвигателя стиральной машины возникла небольшая поломка и часть электрического тока попадает на внешнюю металлическую оболочку прибора.
Если заземления нет, этот заряд так и будет блуждать по стиральной машине. Когда человек прикоснется к ней, он моментально станет самым удобным выходом для данной энергии, то есть получит удар током.
При наличии провода заземления в этой ситуации излишний заряд стечет по нему, не причинив никому вреда. В дополнение можно сказать, что нулевой проводник также может быть заземлением и, в принципе, им и является, но только на электростанции.
Ситуация, когда в доме нет заземления, небезопасна. Как с ней справиться, не меняя всю проводку в доме, будет рассказано в дальнейшем.
ВНИМАНИЕ!
Некоторые умельцы, полагаясь на начальные знания по электротехнике, устанавливают нулевой провод как заземляющий. Никогда так не делайте.
При обрыве нулевого провода корпуса заземленных приборов окажутся под напряжением 220 В.
Что такое альтернативная энергетика? Современный мир предлагает способы создания бесплатного электричества. Как его сделать своими руками?
Альтернатива
>В 1901 году знаменитый, гениальный учёный Николай Тесла сконструировал огромную башню Ворденклиф в Нью-Йорке. Компания JP Morgan взяла на себя финансовую часть проекта. Тесла хотел осуществить бесплатную радиосвязь и снабдить человечество бесплатным электричеством. Морган же просто ожидал беспроводную международную связь.
Идея бесплатного электричества привела в ужас промышленные и финансовые “Тузы”. Желающих революций в мировой экономике не оказалось, все держались за сверхприбыли. Поэтому проект свернули.
Так что же построил Тесла? Как он собирался сделать бесплатное электричество? В XXI веке всё большую поддержку получает идея альтернативной энергетики, работающей на других источниках. Своеобразным оппонентом нефти, углю, газу здесь выступают возобновляемые ресурсы Земли и других планет.
Из чего можно получить бесплатное электричество? Солнечный свет, энергия ветра, земли, использование приливов и отливов, мускульная энергия человеческого тела могут изменить будущее планеты. Уйдут в прошлое трубопроводы, саркофаги реакторов. Многие государства смогут освободить свою экономику от необходимости закупать дорогостоящие источники электричества.
Поиску альтернативных источников энергии, которые легко возобновляются, уделяют большое внимание. В последние десятилетия человечество волнуют проблемы чистоты экологии, экономичности ресурсов.
Технология
>Чуть ниже рассматриваются варианты получения бесплатного электричества.
Ветряная электростанция. Голландия предлагает построить ветряную ферму огромных размеров в Северном море, и искусственный, оснащённый необходимым оборудованием остров, который возьмёт на себя роль энергетического хаба, распределяя электричество между 5 государствами.
Саудовская Аравия предложила создать турбины в виде “бумажных змеев”, и расположить их в воздухе, а не на земле. Несколько стран имеют собственные поля с ветряными генераторами.
Солнечная электростанция. В продаже есть крыши, состоящие из солнечных панелей, а также панели из фотогальванического стекла, которыми можно облицовывать наружные стены домов. Американские учёные выпустили солнечные батареи в форме прозрачных плиток, которыми можно застеклить окна, чтобы вырабатывать электричество для дома.
Грозовая батарея – накопитель энергии от разрядов в атмосфере. Молнии перенаправляются в электросеть.
Тороидальный генератор TPU состоит из 3 катушек. Магнитный вихрь и резонансные частоты являются причиной появления тока. Изобрёл его С.Марк.
Приливные электростанции – работа зависит от приливов и отливов, положения Земли и Луны.
Тепловая электростанция – в качестве ресурса используются высокотемпературные грунтовые воды.
Сила человеческих мускулов – люди также вырабатывают энергию при движении, что можно использовать.
Термоядерный синтез – процессом можно управлять. Синтезируются более тяжёлые ядра из более лёгких. Способ не применяется, поскольку очень опасен.
Сам себе мастер
>Бесплатное электричество можно сделать своими руками. Существует немало методов, чтобы соорудить устройства, вырабатывающие энергию. Для этого нужно лишь немного знаний и умений. Например:
Сделать элемент Пельтье – пластина, термоэлектрический преобразователь. Тепло получают от горящего источника, охлаждение производится теплообменником. Составляющие сделаны из неодинаковых металлов.
Соорудить генератор, собирающий радиоволны – парные конденсаторы, электролитические, плёночные, диоды маленькой мощности. Изолированный кабель 15 м применяют в роли антенны. Заземляющий провод крепится к газовой, водопроводной трубе.
Сконструировать термоэлектрический генератор- потребуются стабилизатор напряжения, корпус, охлаждающие радиаторы, термопаста, нагревающие пластины Пельтье.
Построить грозовую батарею – металлическая антенна и заземление. Потенциал накапливается между элементами устройства. Метод опасен, так как притягиваются молнии, чьё напряжение достигает 2000 Вольт.
Гальванический метод – медный и алюминиевый стержни вставляются в землю, на глубину 0,5 м, площадь между ними обрабатывают солевым раствором.
Что ещё?
>Среди обычных, можно встретить и довольно необычные способы получения электричества. В последнее время идёт интенсивная работа учёных всего мира по развитию альтернативной энергетики. Мир ищет возможности для более широкого её использования.
Чуть ниже приводится небольшой обзор лучших способов и идей:
Термический генератор – преобразовывает тепловую энергию в электрическую. Встроен в отопительно-варочные печи.
Пьезоэлектрический генератор – работает на кинетической энергии. Внедряют в Танцполы, турникеты, тренажёры.
Наногенератор – применяется энергия колебаний человеческого тела при движении. Процесс отличается мгновенностью. Учёные работают над совмещением работы наногенератора и солнечной батареи.
Безтопливный генератор Капанадзе – работает на постоянных магнитах в роторе и бифлярных катушках в статоре. Мощность 1-10 кВт. За основу взято одно из изобретений Н.Тесла, но многие не верят в этот принцип. Ещё по одной из версий, настоящая технология аппарата удерживается в большом секрете.
Экспериментальные установки, которые работают на эфире – электро-магнитное поле. Пока ещё идут поиски, проверяются гипотезы, проводятся эксперименты.
Учёные подсчитали, что природных запасов, используемых в современной энергетике, может хватить ещё на 60 лет. Разработками в данной области занимаются лучшие умы. В Дании население пользуется ветровой энергетикой, составляющей 25%.
В России планируются проекты, по использованию восстанавливаемых источников в энергетической системе на 10%, а в Австралии на 8%. В Швейцарии большинство проголосовало за полный переход на альтернативную энергетику. Мир голосует за!
Фото методов получения бесплатного электричества
>
По десятку раз на дню, включая и выключая свет и пользуясь бытовой техникой, мы даже не задумываемся, откуда берется электричество и какова его природа. Понятно конечно, что по ЛЭП (линия электропередач ) оно поступает от ближайшей электростанции, но это весьма ограниченное представление об окружающем мире. А ведь если выработка электроэнергии во всем мире прекратится хотя бы на пару дней, количество погибших будет измеряться сотнями миллионов.
Как возникает ток?
>Из курса физики мы знаем, что:
- Вся материя состоит из атомов, мельчайших частиц.
- По орбите вокруг ядра атома вращаются электроны, они имеют отрицательный заряд.
- В ядре располагаются положительно заряженные протоны.
- В норме эта система находится в состоянии равновесия.
А вот если хоть один атом потеряет всего один электрон:
- Его заряд станет положительным.
- Положительно заряженный атом начнет притягивать к себе электрон, из-за разности зарядов.
- Чтобы получить для себя недостающий электрон, его придется «сорвать» с чьей-то орбиты.
- В результате еще один атом станет положительно заряженным и все повторится, начиная с первого пункта.
- Такая цикличность приведет к образованию электрической цепи и линейному распространению тока.
Так что с точки зрения ядерной физики все предельно просто, атом пытается получить то, чего ему больше всего не хватает и таким образом запускает начало реакции .
«Золотой век» электроэнергии
>Под свои нужды человек приспособил законы Вселенной относительно недавно. А произошло это примерно два века назад, когда изобретатель по фамилии Вольт разработал первый аккумулятор, способный на длительное время сохранять заряд достаточной мощности.
Попытки использовать ток себе во благо имеют древнюю историю. Археологические раскопки показали, что еще в римских святилищах, а потом и в первых христианских храмах были кустарные «батарейки» из меди, которые давали минимальное напряжение. Такая система подключалась к алтарю или его оградке и как только верующий прикасался к сооружению, он тут же получал «божественную искру ». Скорее это изобретение одного умельца, чем повсеместная практика, но факт любопытный, в любом случае.
Двадцатый век стал периодом расцвета электроэнергии :
- Появлялись не только новые виды генераторов и аккумуляторов, но и разрабатывались уникальные концепции добычи этой самой энергии.
- Электрические приборы за несколько десятилетий плотно вошли в жизнь каждого человека на планете.
- Не осталось стран, кроме наименее развитых, где не были бы построены электростанции и проведены линии электропередач .
- Весь дальнейший прогресс опирался на возможности электричества и устройств, которые от него работают.
- Эпоха компьютеризации сделала человека зависимым от тока, в прямом смысле этого слова.
Как получить электричество?
>Представлять человека в виде наркомана, которому регулярно необходима «живительная доза электричества» немного наивно, но попробуйте полностью обесточить свое жилище и спокойно прожить хотя бы сутки. Отчаянье может заставить вспомнить оригинальные способы добычи тока. На практике это мало кому пригодится, но может кому-то пара Вольт спасет жизнь или поможет произвести впечатление на ребенка:
- Разрядившийся аккумулятор телефона можно потереть об одежду, подойдут джинсы или шерстяной свитер. Статического электричества надолго не хватит, но это уже хоть что-то.
- Если рядом есть морская вода , можно налить ее в две банки или стакана, соединить их медным проводом, предварительно обмотав его оба конца фольгой. Конечно для всего этого, помимо соленой воды, понадобятся еще емкости, медь и фольга. Не лучший вариант для экстремальных ситуаций.
- Куда реалистичнее наличие железного гвоздя и небольшого медного прибора. Два куска металла следует использовать как анод и катод - гвоздь в ближайшее дерево, медь в землю. Между ними натянуть любую нить, незамысловатая конструкция даст примерно один Вольт.
- Если использовать драгоценные металлы - золото и серебро, получится добиться большего напряжения.
Как экономить электричество?
>У экономии электроэнергии могут быть разные причины - желание сохранить экологию, попытка уменьшить ежемесячные счета или что-то другое. Но способы всегда примерно одни:
Не всегда следует себя в чем-то сурово ограничивать, чтобы снизить расходы. Есть еще один неплохой совет - отключайте от сети все приборы, пока вы ими не пользуетесь .
Холодильник, естественно, не в счет. Даже находясь в «ждущем» режиме техника потребляет некоторое количество электричества. Но если хоть на секунду задуматься, то можно прийти к мысли, что почти все приборы большую часть суток вам не нужны. И все это время они продолжают сжигать ваше электричество .
Современные технологии тоже нацелены на то, чтобы снизить общий уровень потребления электроэнергии. Чего стоят хотя бы энергосберегающие лампочки , которые могут уменьшить расходы на освещение помещения, раз так в пять. Совет жить по «солнечным часам» может показаться диким и абсурдным, но уже давно доказано, что искусственное освещение повышает риск развития депрессии.
Как вырабатывается электричество?
>Если углубляться в научные детали:
- Ток появляется за счет потери атомом электрона.
- Положительно заряженный атом притягивает к себе отрицательно заряженные частицы.
- Происходит потеря другим атомом своих электронов с орбиты и история повторяется снова.
- Это объясняет направленное движение тока и наличие вектора распространения.
А вообще электричество вырабатывается электростанциями . Там либо сжигают топливо, либо используют энергию расщепления атомов, а может даже пускают в ход природные стихии. Речь идет о солнечных батареях, ветряках и ГРЭС.
Полученную механическую или тепловую энергию, за счет генератора, переводят в ток. Он накапливается в аккумуляторах и по ЛЭП поступает в каждый дом.
Сегодня не обязательно знать, откуда берется электричество, чтобы пользоваться всеми благами, которое оно предоставляет. Люди уже давно отошли от первоначальной сути вещей и потихоньку начинают о ней забывать.
Видео: откуда поступает электричество к нам?
>В этом видео наглядно будет показан путь электричества от электростанции до нас, откуда оно берется и как поступает в наш дом:
Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции. А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье.
Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС. Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т.д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию. Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе.
В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции. Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции.
Атомные электростанции - наиболее современные. Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.
Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа. В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно - измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы. После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств. По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми. Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров - в не населённой. Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП. Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые). Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.
Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей. При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий. К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например или (6-10 кВ), или (10-35 кВ). Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.
От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество - они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.
Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры. Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля. Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или . Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия. Это такие кабели как и (с броней и защитным покровом) или и (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки или .
От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых). В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности. Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести (алюминиевые токопроводящие жилы), (медные жилы). Для прокладки магистральной линии используется и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией. К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.
