Щоб струмом не вбило. Все про ПЗВ

Спробуємо знову осягнути неосяжне одне постом? Цього разу розповідь буде про ПЗВ.

Ця пост має відеоверсію, для тих, хто любить слухати і дивитися:

Нині, у 21 столітті, електрика є практично у кожному будинку. І майже кожен громадянин знає, що електрику може вбити. Новина про те, що десь когось убило струмом для нас вже буденна, і в ЗМІ про це пишуть тільки якщо випадок особливий - або убило відому особистість, або роздовбування зовсім кричуще. Але наприкінці XIX - початку XX століття кожна смерть від удару струмом була в центрі уваги: ​​електрика була дивина. Ось трохи нотаток, які потрапили мені на очі:

Тисячі розібраних випадків, коли хтось був убитий електрикою, дозволили інженерам з'ясувати деякі закономірності та вжити заходів. А саме:

З'ясувалося, що випадків смерті, коли людина померла від спілкування з напругою менше 50В майже немає. Низька напруга (з купою застережень) цілком безпечна. Хто лизав крону в дитинстві для визначення заряду?) Використання низької напруги (12В, 24В, 36В і т.д.) хоч і дає практично повну безпеку, наприклад, у басейні, для повсюдного використання не підходить. Якби ми жили в альтернативному всесвіті, де в будинках замість 230В всього 12В, то чайник би їв не 16А струму, а майже 300А, і підключався б до розетки товстесним кабелем. А все тому, що при зниженні напруги доведеться підвищувати струм, щоб потужність приладу залишалася незмінною. А великий струм потребує товстих кабелів.

Друге важливе спостереження. Струм тече в замкненому ланцюгуЯкщо Земля частина цього ланцюга - то людина завжди в небезпеці.А ось якщо людину підключити до різних ланцюгів, ізольованих один від одного, наприклад, якщо торкнутися однією рукою одного ізольованого від землі генератора, а другою - іншого ізольованого генератора - то нічого не станеться. Ланцюг не замкнутий - струм не тече. Так з'явилася гальванічна розв'язка та трансформатори, що розв'язують. Я не настільки старий, щоб бачити це живцем, але зустрічав згадки, що в будинках встановлювали розв'язуючий трансформатор з розеткою в санвузлі, з підписом "для електробритви". Електробритвою на 220В включеної в цю розетку можна було безпечно користуватися, торкання провідника під напругою, навіть стоячи в заземленій ванній, не могло вбити. Правда маленький трансформатор міг потягнути лише кілька десятків ват потужності навантаження, включення в таку розетку фена або обігрівача просто спалило б його. Тому в побуті спосіб не прижився, у вас немає окремої кімнати під трансформатор гальванічної розв'язки?)

Ну і нарешті, усереднивши індивідуальні особливості, склали такий графік залежності сили струму, часу впливу і наслідків для людини. Хай пробачать мені автори, я його трохи спростив для розуміння:

UPD: зображення виправлено

Виявилося, що вбиває не напруга сама по собі, а струм, що протікає через тіло. При струмах менше 0,5 мА (світло-зелена область) людина нічого не відчуває. При струмах 0,5-20 мА (темно-зелена область) струм уже неприємно щипає, кусає. При струмах 20-100 мА (жовта область) вже безпосередньо трясе, зводить м'язи (руку не відсмикнеш) і завдає біль. При струмах понад 100 мА деякі вже можуть померти.З графіка можна зрозуміти звідки взялася величина 30 мА (зелена лінія) - при струмах менше людина навряд чи помре і може сама вжити заходів, якщо відчуває, що її б'є струмом. А от при струмах більше – треба терміново рятувати, інакше помре.

Захист таки потрібний

Застосування низької напруги або використання гальванічної розв'язки не дуже зручний спосіб захисту людини, тому застосовуються лише у вузьких областях, де інакше ніяк. А як захистити людину від ураження електричним струмом не сильно змінюючи існуючі електромережі? Ідея проста та геніальна – потрібно аналізувати диференціальний струм.

Диференціальний струм - це різниця в струмах між двох провідників, наприклад між фазним, що йде в навантаження і нульовим, що повертається з навантаження. Поява відчутного диференціального струму в ланцюзі найчастіше ненормальна, і краще відключити ланцюг, раптом струм витікає в землю через людину? Це як порівнювати витрату теплоносія в батарею та з батареї опалення. Якщо батарея йде 100 л/хв і повертається 100 л/хв, то система герметична. Якщо в батарею подається 100 л/хв, а повертається з якоїсь причини лише 98 л/хв, то 2 літри кудись витікає!

В ідеальному світі нам достатньо поставити пристрій, що контролює сам факт появи диференціального струму. Якщо все гаразд – то диференціального струму немає. Якщо струм з'явився - відключаємо навантаження. Але в реальному світі, на жаль, диференціальний струм (струм витоку) з'являється в пристроях навіть якщо все справно, тому доведеться піти на компроміс і вибрати деяку граничну величину диференціального струму, перевищення якої викликатиме відключення.

Поставимо себе місце інженерів початку 20 століття і спробуємо винайти пристрій виявлення диференціального струму. Нам потрібно виявити появу витоку величиною 30 мА, оскільки при менших витоках, навіть якщо вона проходить через людину, особливої ​​небезпеки для життя немає.

Перша конструкція - два однакові електромагніти, один навпроти одного, займаються перетягуванням якоря. Протікає в навантаження і з навантаження струм, протікаючи через обмотки, створює магнітне поле, тим сильніше, чим більше струм. Якщо ланцюга немає витоків, то струми через електромагніти рівні, магнітне полі вони розвивають однакове і якір стоїть дома. Якщо в ланцюзі у нас є витік, то струм через один з електромагнітів буде менше (струм навантаження - струм витоку), ніж через другий (струм навантаження), якір перетягнеться і розімкне контакти.

Теоретично схема робоча, але надто примхлива – вимагала дуже точного виготовлення електромагнітів та тонкого налаштування механіки. Тому інженери почали думати, як позбутися зайвої механіки. Так дійшли сучасної схеми з трансформатором:

На замкнутому магнітопроводі роблять дві обмотки, включені в протифазі, і третю обмотку для приводу соленоїда. Якщо струми через першу і другу обмотку рівні, то рівні магнітні поля, і оскільки вони спрямовані назустріч один одному, то і сумарний магнітний потік через третю обмотку дорівнюватиме нулю. Якщо є витік, токи стають нерівні, і через третю обмотку почне циркулювати магнітне поле пропорційне цій різниці. А де є змінне магнітне поле – там є індукція та збуджується струм. Якщо його достатньо для спрацьовування соленоїда - то якір звільнить клямку і відключить ланцюг.

Геніальний у своїй простоті та надійності пристрій.Правда дешевим воно не вийшло - механіка все одно виявилася ніжною і примхливою, чи жарт - виявити 30 мА різницю при номінальному струмі 16А, це все одно, що почути писк миші на тлі гуркоту поїзда. Ось так виглядає ПЗВ електромеханічне:

Потім зробили модернізацію – викинули ніжну, дорогу та габаритну механіку та поставили електронний підсилювач, струм з обмотки диференціального трансформатора посилюється спеціальною мікросхемою, і вже вона подає напругу на соленоїд розмикання. Такі ПЗВ вийшли компактнішими і значно дешевшими.

А тепер увага, важливий момент, що буде при короткому замиканні у навантаженні? Нічого! Оскільки умови для спрацьовування немає - різниці струмів на вході в ПЗВ і на виході з ПЗВ немає. Провід розжаряться до червона, ізоляція стіче на підлогу, а ПЗВ не відключиться, оскільки не має захисту від надструму. Тому ПЗВ без вбудованого захисту від надструму ЗАВЖДИ застосовується в парі з автоматичним вимикачем або плавким запобіжником. Шляхом схрещування ПЗВ та автоматичних вимикачів виробники вивели гібрид - АВДТ (автоматичний вимикач диференціального струму), який найчастіше на жаргоні називають диффавтоматом, такий пристрій самодостатній та наявності додаткового автоматичного вимикача не вимагає.

Винайдене ПЗВ добре працювало, якби не поширення напівпровідникових пристроїв. Дуже багато пристроїв стали перетворювати в собі напругу і рід струму - робити зі змінного струму постійний, потім знову змінний, іноді інший частоти або величини.Через це стали можливі всілякі неприємні особливості, наприклад, якщо в пристрої на корпус замкне одну з ліній з постійним струмом, то струм витоку буде пульсуючим - в землю будуть йти тільки позитивні напівхвилі струму. випадків розробили спеціальні ПЗВ розраховані спрацьовувати не тільки за синусоїдальної форми струму витоку, а й при постійному пульсуючому струмі витоку і назвали їх тип А.А старі ПЗВ, які спрацьовують тільки на змінний струм, назвали тип АС. А для зовсім неприємних випадків (наприклад пробою ланцюгів після силових ключів у перетворювачах з високими частотами перетворення) придумали тип В. Найбільш наочно різницю між типів ПЗВ демонструє ось ця картинка з німецької вікіпедії:

Для забезпечення селективності, при послідовному з'єднанні ПЗВ, створили спеціальні селективні варіанти, часто з позначенням S або G у назві. Вони мають вбудовану затримку на кілька десятків сотень мілісекунд. , то при замиканні напруги на корпус пральної машини, спочатку спрацює Неселективне ПЗВ на поверсі, поки селективне дає затримку. Якщо після закінчення затримки диференціальний струм не зник - селективне ПЗВ. спрацюють відразу і ПЗВ на 30 мА та ПЗВ на 100 мА, тому й довелося возитися із затримкою.

А тепер, коли стало зрозуміло ЯК працює ПЗВ саме час сказати про заземлення, чи буде працювати ПЗВ, якщо в розетках немає заземлювального контакту? Одночасно, тому що диференціальний струм буде величезним (піде з корпусу в заземлюючий провідник). Заземлення, пральна машинка буде, як партизан у кущах, стояти з напругою 230В на корпусі, і ПЗВ відключиться тільки коли струм протікатиме через людину.

Повертаємось у реальний світ.

Одна з причин неприйняття ПЗВ електриками старого загартування є помилковими спрацьовуваннями.

1. Ізоляція може бути порушена. Якщо кабель старий, відкритий сонцю, то в ізоляції можуть з'явитися тріщини.
2. Штатний витік в устаткуванні Навіть у справному обладнанні є деяка величина витоку, причому при змінному струмі не потрібен безпосередній контакт, досить просто, що один з провідників робив довгу петлю вздовж корпусу. фактичного витоку в лінії з усіма підключеними пристроями.Якщо прямий вимір не доступний - можна скористатися емпіричним правилом (7.1.83 ПУЭ) - вважати що кожен 1 А споживання струму приладом буде 0,4 мА витоку, і навіть 10 мкА витоку за кожен метр довжини фазного провідника. (Цифри сієїльно усереднені, як середня температура по лікарні, але хоч щось). Бажано, щоб сума всіх витоків у ланцюгу при штатній роботі не перевищувала 1/3 номінальної величини диференціального струму, що відключає. Ну і як вишенька на торті - якщо на ПЗВ написано, що диференціальний струм, що відключає 30 мА, це означає що при 30 мА воно точно відключиться. А точно не відключатиметься при половині цього струму - 15 мА. А ось при диференціальному струмі між цими значеннями - як пощастить. Якщо у вас стоїть ПЗВ на 30 мА, і в розетки встромлена купа пристроїв, що сумарні витоки при нормальній експлуатації становлять 20 мА, то створюється ситуація, коли ПЗВ може мимоволі відключитися без видимих ​​причин.
3. Помилка монтажу, і десь (наприклад в одному з підрозетників) є з'єднання робочого нейтрального провідника N і заземлюючого PE, або вони переплутані.

Протипожежні ПЗВ? Вони всі протипожежні!

Якщо відкрити каталог виробників, можна побачити, що ПЗВ випускаються різні диференціальні струми. Якщо з причиною вибору струму в 30 мА все зрозуміло, з 10 мА теж у принципі можна здогадатися (ще більш чутливі пристрої для більш чуйного захисту), то навіщо потрібні пристрої зі струмом 100 мА і навіть 300 мА? Людина ж за таких струмів помре!

Такі ПЗВ часто називають "протипожежними", оскільки в силу великого диференціального струму захист людини від ураження електричним струмом вони забезпечують слабо, а ось функцію захисту при пошкодженні ізоляції все ще виконують.Якщо ізоляція буде порушена і при контакті з іншим провідником спалахне електрична дуга, то почнеться обвуглювання ізоляції та виділення тепла, що може підпалити горючі матеріали навколо. Якщо вам "пощастить" і струм у дузі буде невеликим, то автоматичний вимикач не спрацює. А ось виділення тепла та температура можуть бути достатніми для пожежі. Звичайно, потім вогонь порушить ізоляцію, станеться коротке замикання і автоматичний вимикач спрацює, тільки це вже не погасить вогонь.

Хай буде срач!

Окрема дисципліна суперечок - яке ПЗВ краще, електромеханічне чи електронне. В електромеханічному ПЗВ для відключення використовується енергія диференціального струму, тому воно може спрацювати при обриві нульового провідника, та й загалом не містить ніжної електроніки, але містить ніжну механіку. Електронне ПЗВ вимагає живлення для роботи електронного підсилювача, тому при обриві нуля працювати перестає, часто не відключаючи ланцюг. Кожна конфігурація має свої переваги і недоліки. А для захисту від обриву нуля я рекомендую ставити реле контролю напруги.

Але оскільки більшість читачів чекає від мене конкретної відповіді – скажу, що це не важливо. Є вимоги стандартів, потрібні характеристики, і конкурентна ціна врешті-решт. Тому виробник дає рівно те, що від нього вимагають, а як отримано бажане - не так важливо. А якщо виробник рукожоп, відсутність електроніки автоматично не означає, що виріб вийде придатним. Крім того, ПЗВ типу B без додавання електроніки виготовити не вийшло в жодного виробника.

Для контролю справності ПЗВ на передній панелі є кнопочка "тест", яка замикаючи резистором ланцюг, імітує появу диференціального струму. Якщо ПЗВ при натисканні на кнопку тест відключилося - воно справне. Перевірку справності ПЗВ виробники рекомендують робити щомісяця (які оптимісти!), Ну або я реалістично говорю про тест раз на пів року.

Коли не можна нікому довіряти

Виробники деяких пристроїв не можуть покладатися, що покупець є адекватним і в його електрощиті є захист, тому додають свій.

У вигляді персонального ПЗВ для пристрою у вилці або у вигляді коробочки на шнурі. Якщо покупець підключить бойлер пластиковими трубами, корпус не заземлитиме, то при втраті герметичності ТЕНу електрика по воді в трубах і піде через людину в заземлену ванну. Таке ПЗВ захищає саме один пристрій, і в деяких країнах існують нормативи, що зобов'язують додавати ПЗВ на деякі типи пристроїв. Як ви можете помітити, пристрій також містить кнопку "тест" для перевірки працездатності захисту.

ПЗВ чи диффавтомат? (ВДТ чи АВДТ?)

Виробники з турботою про нас об'єднали в одному корпусі два пристрої - ПЗВ для захисту від ураження електричним струмом і автоматичний вимикач для захисту від надструму, назвавши це АВДТ - Автоматичний Вимикач Диференціального струму. Продавці скоріше відреагують на жаргону назву "діффавтомат". Переваг у такого гібрида не так багато - воно компактне, і воно інтуїтивно зрозуміле (один важіль, а не два). А ось недоліки є:

1. Воно позбавляє гнучкості проектувальників, наприклад поставити одне ПЗВ та кілька автоматів або навпаки, кілька ПЗВ та один автомат.
2. Воно ускладнює пошук несправності, тому що зазвичай відсутня індикація і складно зрозуміти, чому воно відключилося (варіанти: спрацював тепловий розчіплювач, електромагнітний розчіплювач або електромагніт від диференціального струму)
3. Запихання кількох пристроїв у компактний корпус завжди змушує розробників йти на компроміси.

На мій особистий погляд, застосування АВДТ виправдане тільки при апгрейді електрощитка, коли місця всередині немає, а дифф. захист хочеться. Тоді можна вийняти автоматичні вимикачі шириною один модуль і встромити АВДТ шириною один модуль, і перекомутувати дроти. Щиток у такому разі розширювати не доведеться. В інших випадках, на мою думку, краще комбінація ПЗВ+автоматичний вимикач.

Я помер. Чому ПЗВ не врятувало?

ПЗВ не панацея, але краще поки що нічого не придумали. Якщо взятися однією рукою за фазний провідник, а другою рукою за нульовою, то для електромережі ви будете лише черговим нагрівачем, диференціальний струм не з'явиться і ПЗВ не спрацює. Також якщо засунути палець у патрон лампи – струм потече через палець, але витоку в землю не буде, ПЗВ не відключиться. Тому навіть наявність такого захисту не означає, що можна втрачати пильність та обережність. Досвідчений електрик навіть дружину не бере одночасно за дві груди :)

Резюме

1. ПЗВ служить для захисту людини від ураження електричним струмом, і відключиться при небезпечних для життя значення струму витоку. При невеликих, але безпечних струмах вас щипатиме електрикою.
2. ПЗВ працює незалежно від наявності заземлення, з тією різницею, що без заземлення, при пробої на корпус ПЗВ відключиться тільки коли струм з корпусу зможе втекти в землю через вас.
3. ПЗВ не панацея, і можна убитися, взявши до рук дроти фази та нуля. Але варіантів захисту краще ПЗВ все одно не вигадали.
4. Електромеханічне або електронне ПЗВ – не важливо. А ось регулярно перевіряти справність натисканням кнопки "тест" важливо. Використовувати реле контролю напруги також дуже бажано.
5. У реальному світі справна електропроводка і пристрої мають струм витоку, який може викликати помилкове спрацьовування ПЗВ. Якщо ПЗВ спрацьовує без видимих ​​причин - розбирайтеся зі струмами витоку.

Розширити та поглибити

Якщо викладеної в пості інформації вам мало (моя повага!), Ось що варто почитати:

В.К. Монаків ПЗВ. Теорія та практика Москва, Видавництво "Енергосервіс", 2007 р.

Книга шикарна у своїй повноті та досить простій мові викладу. Автор - директор компанії АСТРО-УЗО (uzo.ru) - вітчизняного розробника та виробника ПЗВ.

Вичавлення нормативних документів, що мають відношення до ПЗВ. Там же є ще один документ, що заслуговує на увагу (http://www.uzo.ru/books/uzo.pdf)

ЖЖ Юрія Харечка, спеціаліста, автора книг, знавця стандартів. Як людина - дуже неприємна, але в технічному плані мені дорікнути її нема в чому. Якщо хочеться розібратися в поєднаннях і взаємосуперечності стандартів - до нього. І, напевно, він побачивши мою посаду скаже, що я дилетант і не компетентний, оскільки термін ПЗВ відсутній у стандартах, і пристрій правильно називати.

P.S. Виявляється за час моєї відсутності на хабрахабрі та підкорення пікабу змінилися правила щодо ріпостів. Прибув на запрошення @SLY_G.Якщо читачам хабрахабра подобається мій контент на навколотехнічну тематику (все-таки він більше підходив гіктаймс), то я готовий приносити сюди деякі інші мої пости, що заслуговують на увагу) Наприклад про запобіжники та автоматичні вимикачі, та й загалом про техніку.

Чим постійний струм відрізняється від змінного Який струм у розетці і який небезпечніший для людини

Електричні прилади та мережі використовують два види струму для живлення. Які їх відмінності? У чому їх переваги та недоліки?

Електричний струм — джерело живлення практично всіх приладів та апаратів. Більше того, електрика є однією з основ сучасної цивілізації. Як мінімум останні 100 років електрику прийнято ділити на постійний та змінний струм. У цій статті ми поговоримо, чим ці різновиди відрізняються одна від одної. У другій частині матеріалу ми відповімо на часті питання, що виникають щодо постійного та змінного видів струму.

Раніше ми розповідали про електричний струм загалом. Можливо, наша стаття буде вам цікавою:

Електричний струм: що це Де він з'являється, яким буває і як розраховується?

Електричний струм - це спрямований рух частинок - носіїв електричного заряду. Кожен пам'ятає це ще зі шкільних уроків. Але куди вони рухаються, навіщо, чому? Зрозуміло, більшість наших читачів це чудово знає.

Що таке змінний струм

Змінний струм - це потік електричного заряду, полярність (напрямок) якого постійно змінюється з певною частотою. Його часто позначають абревіатурою AC, або Alternating current. Напрямків, у які тече змінний струм, два, і називаються вони позитивним та негативним.

Найпростішим генератором змінного струму, на якому можна простежити принцип його утворення і роботи, можна вважати петлю з магнітного дроту, що обертається відносно магнітного поля між двома кінцями магніту. негативним зарядами.

У житті для генерації змінної електрики використовуються складніші генератори.

1.Установки на електростанціях - атомних, теплових, гідравлічних.

2Автомобільні генератори, що збільшують заряд акумулятора та дають живлення енерголанцюжка транспортного засобу.

3Автоматичні генератори, що використовують для роботи паливо, наприклад, бензин.

4.Тягові генератори, що живлять тепловози.

Змінний струм використовується для енергопостачання, оскільки він передається на далекі відстані без значних втрат. 100 кВ) та подається на лінію дальньої електропередачі.

Наступний етап - підстанція з понижувальним трансформатором.6, 10 або 35 кВ). Потім струм йде підземними кабелями на розподільчу станцію, де напруга знижується до 0,4 кВ. Перед попаданням в житловий будинок електрика проходить вступно-розподільчу станцію. 380 (лінійне) або 220 (фазна напруга).

Стандарти кінцевої напруги різняться у регіонах світу. Наприклад, у Японії споживча напруга дорівнює 100 В, у США - 120 Ст. Частота, з якою змінюється полярність змінного струму, вимірюється у герцах (Гц). У Росії, інших країнах колишнього СРСР, більшості інших регіонів світу цей параметр складає 50 Гц. Але у Північній Америці, деяких країнах Східної Азії полярність у розетках змінюється 60 раз на секунду.

Ця частота була обрана тому, що генератори, що виробляють електроенергію, здавна обертаються зі швидкістю 3000 обертів за хвилину. За секунду це буде 50 оборотів. Нижчі частоти було неможливо забезпечити ефективну роботу техніки. Зокрема, мерехтіли лампи, а асинхронні двигуни не могли витримувати номінальних обертів.

Споживчий змінний струм має форму синусової хвилі.

Що таке постійний струм

Постійний струм - це різновид електричного потоку, напрямок якого постійно весь час її течії, тому в неї немає частоти. Постійний струм надходить із таких джерел:

1. Акумуляторні батареї різної ємності та типу (літій-іонні, нікель-кадмієві тощо). Ці елементи використовуються для автономного живлення мобільних ПК, автомобілів, ліхтариків та інших пристроїв.

2. Адаптери різних пристроїв, що підключаються до мережі.

Більшість електроприладів використовує не змінний, а постійний заряд від адаптера (внутрішнього чи зовнішнього) чи акумулятора. Якщо підключити електроприлад, призначений для роботи з постійним зарядом, безпосередньо до мережі зі змінним струмом 220 або 110 В, він отримає незворотні ушкодження.Адаптери знижують характеристики струму до необхідних, акумулятори приймають, накопичують та передають пристрою трансформований постійний заряд.

Принцип роботи постійного струму можна порівняти із резервуаром зі шлангом. Заряд батареї або адаптера йде в одному напрямку так само, як і вода по шлангу з резервуара.

Прочитайте нашу статтю, якщо хочете дізнатися все про електричний струм:

Електричний струм: що це Де він з'являється, яким буває і як розраховується?

Електричний струм - це спрямований рух частинок - носіїв електричного заряду. Кожен пам'ятає це ще зі шкільних уроків. Але куди вони рухаються, навіщо, чому? Зрозуміло, більшість наших читачів це чудово знає.

Чим відрізняються постійний та змінний струм один від одного?

Розглянемо відмінності постійного та змінного типів електрики.

1. Небезпека

Нетрансформований змінний струм принаймні з параметрами, що використовуються в електромережі та лініях електропередач (частота 50-60 Гц та напруга вище 100 В), однозначно небезпечний для людини та приладів з ДБЖ. Дотик людини з джерелами змінного струму може спричинити серйозні порушення здоров'я і навіть смерть. Зокрема, порушиться робота серця (зокрема, фібриляція), нервової системи та інших внутрішніх органів. Прилади з ДБЖ при підключенні до чистого змінного струму з напругою вище 100 Отримають ушкодження, несумісні з їх подальшою роботою.

Небезпечним для людини заряд з розеток робить його частота кілька десятків Гц, яка викликає дуже швидкі скорочення мускулатури. До того ж у розетках дуже низький опір (порядку 1 Ома).Американський вчений Нікола Тесла торкався електродів зі струмом з напругою 100 кВ та частотою 100 кГц і залишався неушкодженим, оскільки електрика пройшла поверхнею його тіла.

Постійний струм не несе серйозної небезпеки, якщо у навколишньому середовищі немає вологи та її напруга не перевищує 48 В. Однак джерела заряду без частоти та пристрої з ними не варто використовувати у воді або за високої вологості. Вода знизить опір, і можлива шкода суттєво зросте. Якщо заряд пройшов через чутливі місця, проблеми зі здоров'ям спричинить навіть незначний удар (наприклад, при малому електричному ураженні очей може пізніше розвинутись катаракта).

В цілому вважається, що змінний струм низької частоти небезпечніший за постійний 2 - 4 рази.

З напругою до 500 У змінний заряд стає небезпечним, але менше, ніж змінний із низькою частотою. А з підвищенням напруги вище 500 У постійний струм стає небезпечнішим від змінного.

2. Здатність до транспортування

Змінна електрика не згасає на далеких відстанях, і її можна транспортувати лініями електропередач. Інша корисна властивість змінного струму - легке перетворення напруги, у більшу чи меншу сторону за допомогою трансформаторів. Постійний заряд під час передачі на довгий провід поступово загасне, і передати його на далекі відстані стане неможливим.

Третя перевага змінного струму як транспортованого - мала вартість його виробництва, проти постійним.

3. Частота

Змінний струм має певну частоту (кілька десятків Гц). Постійна електрика цієї характеристики не має.

4. Напрямок руху струму та електронів, полярність

Заряд зі змінною частотою постійно змінює полярність (позитивну чи негативну) і рухається то одну, то іншу сторону.

Війна струмів

Перші електромережі доставляли заряд без частоти. Вони були побудовані в 1880-х роках американським винахідником Томасом Едісоном і мали три дроти з відповідною напругою 110, 0 і -110 Ст.

Однак електрика Едісона мала великий недолік: на великих відстанях потужність заряду падала. Тому передача електрики могла бути можлива в межах 1 милі. Енергопостачання сільських та віддалених районів було неможливим, оскільки там була потрібна окрема електростанція.

Паралельно з мережею Едісона підприємець Джордж Вестінгауз розробив систему генерації змінної електрики, яка включала генератор та трансформатор. У 1885 році було створено першу електростанцію змінного заряду. Пізніше до Вестінгауза перейшов на роботу Нікола Тесла, якому Едісон не став підвищувати зарплату. Винахідник сербського походження створив лічильник і генератор для підрахунку та вироблення заряду зі змінною частотою відповідно.

Зліва – американський винахідник, прихильник постійного струму Томас Едісон. Праворуч - американський винахідник, прихильник змінного струму Нікола Тесла

Мережі змінного струму почали набувати більшого поширення, ніж мережі з постійним, хоча на кінець 1880-х мм. останніх було більше 100. Винаходи, пов'язані зі змінним струмом, почали зазіхати на патенти Едісона, з яких він отримував відрахування. Винахідник розпочав публічну компанію з критики змінного струму. Едісон демонстрував смерть тварин від джерел змінної електрики, поширював повідомлення про загибель робітників та інших людей трансформаторів.Інженер Гарольд Браун, який отримував гроші від Едісона, запропонував використати змінний струм для страти злочинців. Зрозуміло, що таке застосування змінного заряду було негайно розтиражовано Едісоном.

У 1891 році Едісон виграв тендер на освітлення лампами розжарювання виставки у Франкфурті-на-Майні, а потім придбав частину акцій компаній Вестінгауза. Там же було розгорнуто трифазну мережу Михайла Доливо-Добровольського, яка змогла передавати струм на відстані до 175 км із ККД 75%. З цього часу винахідник припинив публічно боротися за постійну електрику, хоча внутрішньо був незадоволений перемогою змінного струму.

Незважаючи на перемогу змінного струму мережі з постійним зарядом продовжували експлуатуватися. У Фінляндії постійний струм перестав використовуватися лише у 1940-х рр., у Швеції - у 1960-х мм. Нью-Йорк повністю відмовився від електрики без частоти лише 14 листопада 2007 року. Сьогодні заряд без частоти використовується на спеціальних транскордонних високовольтних лініях (HVAC).

Раніше ми розповіли про ключові постаті зі світу науки, які приручили електрику та дозволили людству скористатися ним:

Хто винайшов електрику і коли вона з'явилася Історія відкриття

Почнемо з невеликого уточнення. Винайти електрику неможливо - воно було завжди, це частина природи, невід'ємна частина нашого світу. Людина могла тільки помітити його, спробувати описати, вивчити - і постаратися використати. Залишається питання – а хто ж зробив це першим? На нього ми відповімо в сьогоднішньому матеріалі, і спробуємо зробити це докладно

Часті питання

1. Який струм у розетці – постійний чи змінний?

По мережах енергопостачання передається заряд із змінною частотою.Цей різновид електроенергії може передаватися від генератора електростанції до споживачів без загасання. Її напруга, потужність та інші якості легко змінюються на трансформаторах підстанцій та розподільчих станцій, залежно від потреб.

2. Який струм небезпечніший для людини – постійний чи змінний?

Враховуючи якості змінної електрики, що подається в мережах енергопостачання, вона небезпечніша для людини, ніж постійний струм. Основна причина тому – низька частота (50-60 Гц). Постійний струм у звичайних умовах (акумуляторні батареї) не становить великої небезпеки, якщо його напруга не перевищує 48 Ст. При цьому якщо напруга постійного заряду вища 500 В, він стане небезпечнішим за змінного з тією ж напругою.

3. Які переваги змінного струму перед незмінним?

Електрика зі змінною частотою не згасає під час передачі його на далекі відстані. Це дозволяє передати його на великі території та багатьом абонентам. Змінний струм можна перетворити на заряд більшої чи меншої потужності без втрат. Це дає можливість користуватися енергопостачанням з різною метою: як промислових, так і простих споживчих (житлових, офісних). Деякі електричні прилади можуть працювати тільки зі змінним зарядом, а апарати, яким потрібен струм постійного типу, завжди мають адаптер.

4. Які недоліки змінного струму?

Заряд зі змінною частотою небезпечний для здоров'я при випадковому зіткненні. Також цей тип струму створює перешкоди у навколишньому просторі. Генератори змінного струму, якщо вони підключені до однієї мережі, повинні збігатися за напругою, частотою та фазою, а лінії - за ємністю та індуктивністю.

5. Як із постійного струму зробити змінний?

Щоб отримати постійний струм із змінного, потрібно пропустити через інвертор. Цей пристрій перетворює постійний заряд однієї величини змінний струм іншої величини.

Найпростіша схема інвертора є двома транзисторами, підключеними до батареї і пропускають через себе електроенергію різної полярності. Транзистори поперемінно відкриваються та закриваються. Управління інвертором, у тому числі встановлення частоти змінного струму здійснюється за допомогою мікросхем.

Щоб заряд мав потрібну силу і напругу, його ще потрібно пропустити через трансформатор. Підбирати значення струму потрібно відповідно до характеристик приладів, які передбачається запитати від батареї через інвертор.

Використані джерела: Нейросеть Kandinsky, Unsplash, Tim Mossholder, колаж зображень із фонду Wikimedia.