Будь який електрик, який почав ремонт побутової проводки або електричного приладу, повинен добре уявляти електротехнічні процеси, вміти проводити складні розрахунки.

Найпростіша формула електричної напруги, виражена для ділянки ланцюга, дозволяє швидко виконувати такі обчислення.

Я підготував поради та рекомендації, які допоможуть краще запам’ятати складні алгоритми. Розраховую, що ви станете правильно застосовувати їх на практиці, зарекомендуєте себе грамотними фахівцями в очах оточуючих.

Що таке напруга і як її легко уявляти

Мені подобається порівняння електричних процесів із більш зрозумілими механічними явищами. Тому показую таку картинку.

Маємо якусь гірку з висотою h щодо початкового рівня. На вершині стоїть вантаж вагою Р. Він не закріплений, може скотитися під дією зовсім невеликого зусилля, наприклад подиху вітру.

Але його немає, а якщо подує, то вантаж впаде на висоту h2. При цьому їм буде виконано роботу, пов’язану з переміщенням на відстань h1.

Така сама аналогія, як на мене, діє в електротехніці.

Розглядаємо два потенціали φ1 і φ2, які накопичили різні матеріальні тіла, наприклад, хмари при русі повітряних мас з протилежними знаками зарядів q.

Вони відокремлені шаром повітряної атмосфери, що має опір R, який перешкоджає переміщенню заряду q.

Так само горобці сидять на фазному дроті і навіть лелека сплела своє гніздо на стовпі повітряної лінії, як показано на верхній картинці. Але з ними поки що нічого не відбувається: від другого потенціалу вони відокремлені великим опором.

Однак, під дією вітру вантаж Р може скотитися, а хмари переміщуються щодо землі та один одного: повітряний прошарок між ними змінюється.

У якийсь момент часу різниця потенціалів φ1-φ2 ​​між зарядженими тілами проб’є опір R і буде виконано роботу з переміщення заряду q.

Ось і виходить визначення формулювання напруги U, як різницю потенціалів φ1 і φ2 або робота А, що здійснюється при перенесенні заряду q.

Напруга вимірюється у вольтах спеціальними приладами – вольтметрами. Воно з’являється на всіх електричних схемах, де є різні потенціали:

• проводах фази та нуля домашньої проводки при поданому живленні від трансформаторної підстанції;

• шинах вступного щитка в будинок або під’їзд;
• контактні висновки будь-якої зарядженої акумуляторної батареї або гальванічного елемента;
• вихідні контакти включеного блоку живлення, зарядного пристрою;
• багатьох інших місцях.

Коли вантаж Р вже скотився вниз або стався розряд потенціалів φ1 і φ2 між собою, робота з переміщення зарядів відбутися не зможе. У разі, якщо φ1-φ2=0, напруга відсутня.

Припускаю, що досвідченого електрика таке моє пояснення не влаштує через спрощення. Що ж: пишіть у коментарях. Будемо приходити до спільної думки. Адже я виклав найперші знання для новачків.

Види напруги у квартирі простими словами

А тут треба орієнтуватися на те, як утворюються потенціали зарядів електричної енергії.

Як працюють джерела постійного струму для побутових приладів

На вихідних клемах елементів сонячних батарей або гальванічних елементів, збирання з них накопичуються потенціали зарядів протилежної полярності: позитивні та негативні. Вони утворюють ланцюги постійної напруги.

На графіку часу його викреслюють горизонтальною лінією U, яка змінює свою величину.

Хоча в принципі це досить умовно: у міру розряду від прикладеного навантаження відбувається зниження різниці потенціалів (нічого вічного в нашому житті не існує) і рівень сигналу з часом все ж таки падає. Але цією якістю при розрахунках, як правило, нехтують.

Як визначити рівень напруги

Якщо повернутися до визначення терміну, заснованого на різниці потенціалів чи виконанні роботи з переміщення зарядів, ми потрапимо у глухий кут: їх простими методами оцінити неможливо.

При практичній роботі з ланцюгами постійного струму користуються вимірюванням або обчисленням електричних величин на основі відомого закону Ома для ділянки ланцюга U = i * R.

Простий онлайн калькулятор, спроектований для цієї мети, значно полегшує такі обчислення. До того ж, він побудований на використанні ще однієї функції: потужності споживання приладу, включеного в шпаргалку електрика.

Скористатися можете будь-яким із зазначених способів. Кожна наведена формула електричної напруги працює правильно.

Ланцюги змінного струму у квартирі: звідки приходять і як формуються

Електрична енергія до будинків і квартир надходить від трансформаторних підстанцій різної напруги по лініях електропередач 0,4 кіловольта (кВ).

Як з’являється напруга в розетці

Від трансформаторної підстанції електроенергія підводиться до квартири за:

• двопровідної схеми – система заземлення TN-C;
• або трипровідний – система заземлення TN-S або TN-CS.

Вони використовують різні алгоритми захисту в аварійних ситуаціях.

У першому випадку забезпечується менша електрична безпека. Коли виникає пробою ізоляції побутового приладу на корпус, то людина, яка випадково опинилась поблизу, отримує електричну травму: через її тіло проходить небезпечний потенціал на контур заземлення підстанції.

Трипровідна схема електропроводки відразу забезпечує відведення небезпечного потенціалу через додатковий контур захисного РЕ провідника.

На цій картинці допущені деякі спрощення, які я використав, щоб не ускладнювати розуміння процесів. Про них йтиметься в інших статтях.

Якщо відключити від розетки потенціал фази чи нуля, то здійснити роботу не вдасться: напруги в ній не буде — немає різниці потенціалів.

Формули розрахунку напруги для змінного струму, наведені у шпаргалці електрика, залишаються чинними. Але, на практиці потрібно враховувати багато аспектів роботи електроенергії, схеми підключення обладнання, особливості проходження частотних сигналів.

Важливі характеристики синусоїди для виконання розрахунків

Електроенергію виробляють промислові генератори, що працюють на принципі обертання ротора з витками ізольованого дроту (рамки) магнітному полі статора.

На виводах створюється синусоїдальна напруга симетричної змінної форми з гармонійними коливаннями.

Синусоїда характеризується наступними параметрами:

• амплітудою;
• частотою чи періодом коливань;
• фазою.

При цьому під фазою розуміють зсув кута між сигналами різних синусоїд або щодо початку координат.

Що таке діюча напруга

При вимірах і обчислення параметрів синусоїди слід враховувати ту обставину, що її величина постійно змінюється за часом від нуля до максимального значення і назад.

Щоб виключити помилки і правильно вести розрахунок, прийнято позначення діючої напруги.

Його величина відповідає тій роботі, яку може виконати одна напівхвиля гармоніки. Її прирівнюють до дії постійного струму за цей час Т/2.

Для цього визначають площу половини гармоніки інтегральним обчисленням за напівперіод. Прирівнюють її до прямокутника з такою самою шириною.

Далі обчислюють висоту, поділивши площу шириною. Виходить напруга, що діє. Воно у √2 або 1,41 разів менше амплітудного синусоїдального U max.

Можна використовувати й іншу формулу розрахунку напруги, що діє, на основі амплітудного: множити його на 0,707.

Всі вимірювальні прилади — вольтметри працюють за рахунок визначення величини напруги, що діє, а не амплітудної.

Для порівняння: звичне значення 220 вольт є діючим, а амплітудне становить 310.

Що таке “імпульсна напруга”

У своїй практиці треба бути готовим до того, що в побутову проводку може проникнути імпульс перенапруги від аварійного режиму системи електропостачання, наприклад, від удару блискавки в повітряну лінію.

На ПЛ встановлені спеціальні захисту від таких випадків: розрядники. Вони гасять отримані розряди, спрацьовуючи на кілька щаблів.

Але все одно такий імпульс, хоч і зниженої величини, проникає проводами в побутові прилади. Він здатний пошкодити їхню внутрішню схему.

Для захисту від нього використовують УЗІП (пристрої захисту від імпульсного перенапруги), які розраховують та обирають під місцеві умови.

Як розраховувати трифазну напругу

Промислова передача електроенергії використовує три симетрично розташовані за часом синусоїди напруги, які виробляють генератори.

Три обмотки їхнього ротора рознесені між собою на 120 градусів і обертаються в магнітному полі статора, по черзі перетинаючи його силові лінії. Тому в них наводиться так само зміщена електрорушійна сила.

Синусоїди зрушені між собою на такий самий кут, як показано правіше. Їхній векторний вираз на комплексній площині теж відображається з кутом 120 ^О .

При цьому формується система лінійних та фазних напруг, показана на картинці.

Між усіма лінійними проводами утворюється різниця потенціалів 380 вольт. У той же час щодо кожного цього провідника і нулем є так нам звичне 220.

Така система постійно працює у збалансованому режимі: струми однофазних споживачів циркулюють за своїми замкнутими ланцюжками, постійно складаючись у нульовому провіднику. Додавання це не суто арифметичне, а векторне, що враховує напрям потоку енергії.

Тому при геометричному додаванні векторів відбувається зниження струму у проводі нуля і його, як правило, роблять тоншим, ніж решта жил.

Формули електричної напруги для лінійних і фазних величин, а також струмів дивіться прямо на зображенні.

Обрив нуля: як виникає і чим небезпечний

Нормальна робота електроустаткування відбувається у збалансованому режимі при нормально поданій напрузі на нього. Якщо нуль пропаде, то побутові прилади припиняють свою роботу.

Тут є важливі відмінності під час експлуатації проводки, зібраної за схемою однофазного або трифазного живлення.

Обрив нуля в однофазній мережі: небезпека виникнення

Квартирне проведення підключається для подачі напруги по двох проводах з потенціалами фази і нуля (контуру землі). Електричний струм навантаження, що здійснює корисну роботу, може протікати лише по замкнутому контуру.

Це означає, що якщо один потенціал від обмотки трансформаторної підстанції не буде підведений до розетки або лампочки у квартирі, то на них напруги, а отже, і роботи не буде.

Однак тут є особливість, пов’язана із безпекою мешканців.

Зазвичай розеткові групи збираються шлейфом при паралельному підключенні між собою. В одну з них може бути вставлена ​​вилка шнура живлення якогось приладу: холодильника, пральної машини, мікрохвильової печі тощо.

У такій ситуації через внутрішню схему цього приладу потенціал фази пройде на контакт нуля розетку і далі до кінця підключеного, але обірваного дроту.

Електрики говорять із цього приводу: дві фази в розетці! Їх легко помітити однофазним індикатором напруги. Його контрольна лампочка світитиметься в обох контактних гніздах.

Цей режим небезпечний тим, що відірваний кінець не ізольований. Під дію новоствореного потенціалу може потрапити людина, одержати електричну травму.

Обрив нуля у трифазній мережі та як від нього захиститися

Тепер ще раз уважно подивимося, як працює схема трифазного підключення до квартирної проводки, що наведена вище.Розберемо випадок, коли обірваний нуль не в однофазному колі, а в загальній мережі.

У цій ситуації до місця обриву практично нічого не змінюється: сформована система напруги 380/220 залишається незмінною. А ось усередині квартир відбуваються дуже погані речі.

Споживачі залишаються підключеними за схемою “зірки”. Але її середня точка, де було підведення нульового потенціалу, від’єднано від нейтралі трансформаторної підстанції.

У результаті створюються нові контури послідовного підключення споживачів квартир до лінійної напруги 380, як я показав на правій картинці, взявши за основу опору Rа і Rв.

Тепер уявімо, що мешканці квартири А дуже бережливі. Вони мало споживають енергії, заощаджують гроші на її оплаті. При цьому власник другої квартири B експлуатує велику кількість побутової техніки. Він завжди має високе споживання.

Іншими славами електрика: опір Rа та його потужність споживання близькі до нуля, а Rв – завищені.

Разом вони створили послідовний ланцюжок Rа+Rв, через який потече струм, викликаний різницею різницею потенціалів 380 вольт. Цей загальний струм за законом Ома кожному опір створить падіння напруги. (Пероммножте складові формулу величини).

Усі прилади у квартирі підключені паралельно. Чим більше їх у роботі, тим вища сумарна потужність споживання та нижчий опір. Обладнанням обох квартир тече один і той же струм. До них прикладається напруга, що залежить від опору.

Отримаємо, що до однієї квартири буде прикладено дуже мало вольт, а до іншої близько максимальної межі 380.

Що з цього випливає:

1. у економного власника до приладів буде додана дуже висока напруга близько 380 В;
2. у другій квартирі електроустаткування стане запитано від дуже низької напруги. Воно працюватиме на знос або відключиться.

Марнотратник господар залишиться без світла до усунення несправності, а у ощадливого вийдуть з ладу працюючі електродвигуни, перегорять лампочки, блоки живлення електронної апаратури і вся підключена дорога техніка.

Обрив нуля в трифазній мережі на боці живлення енергопостачальної організації є дуже небезпечним для побутових споживачів. Але від цього аварійного режиму існує простий та ефективний захист — реле РКН .

Цей модуль дуже швидко за час зростання першої чверті гармоніки
напруги обчислює несправність і до закінчення першого періоду
коливання відключає живлення з квартири, розриваючи ланцюги підведення
електроенергії.

За рахунок цього все електроустаткування знеструмлюється, залишається у справному стані.

Поширені запитання

Що таке електрична напруга простими словами і як її зрозуміти без формул?

Електрична напруга — це різниця потенціалів між двома точками, яка змушує електрони рухатися. Якщо уявити, що струм — це потік води, то напруга — це тиск, який цю воду штовхає. Без тиску вода не потече, так само без напруги електрони не рухаються. У побуті напруга з’являється між фазою і нулем у розетці. Саме вона створює силу, яка «штовхає» струм через ваш електрочайник або пилосос. І хоча ми часто не замислюємося, як це працює, від правильного розуміння залежить наша безпека. Наприклад, при пошкодженій ізоляції напруга може опинитися на корпусі приладу — і тоді доторк стає смертельно небезпечним. Якщо у вас виникають сумніви щодо наявності напруги чи правильності її роботи в розетках, краще викликати аварійного електрика у Львові.

Якою буває напруга в квартирі: постійна чи змінна, і звідки вона береться?

У квартирах використовується переважно змінна напруга — саме вона надходить з трансформаторної підстанції по лініях електропередач. Величина цієї напруги — 220 вольт. Проте є й постійна напруга — її створюють акумулятори, батарейки, джерела безперебійного живлення або зарядні пристрої. Різниця між ними в тому, що змінна напруга постійно змінює полярність (синусоїда), а постійна — зберігає напрям. Змінна напруга краще підходить для побутових приладів, але й несе більшу небезпеку при порушенні ізоляції. У сучасних будинках обидва типи можуть співіснувати — наприклад, для систем розумного дому чи охоронних датчиків. Щоб точно знати, з якою напругою ви працюєте, краще виміряти її вольтметром або довірити домашньому електрику у Львові.

Чому 220 вольт — це не зовсім точне значення і як формується це число?

Значення 220 вольт є так званим діючим або ефективним значенням напруги. Фактично воно походить із синусоїди — змінної кривої, яка описує зміну напруги в часі. Амплітудне значення, тобто максимум, — це близько 310 вольт. Але з огляду на середню енергію, яку синусоїда може передати, прийнято використовувати саме 220 вольт як стандарт. У технічних описах завжди мається на увазі саме діюча напруга. Якщо ж ви помічаєте коливання напруги — лампочки мерехтять або техніка працює нестабільно — це може свідчити про проблеми в мережі. У таких випадках варто замовити діагностику або заміну електрощита у Львові..

Яка формула дозволяє точно обчислити напругу, якщо відомий струм і опір?

Формула, яку використовують найчастіше, виглядає просто: U = I × R. Тут U — напруга, I — сила струму в амперах, R — опір в омах. Це базове рівняння з закону Ома. Якщо вам відомі два параметри, третій легко обчислюється. У побуті це часто використовується для визначення, яку потужність споживає прилад, чи чи витримає проводка навантаження. Однак у практиці бувають нюанси — наприклад, змінна напруга потребує врахування фазових зсувів і діючих значень. Крім того, формула U = A / q, яка базується на роботі і заряді, використовується в більш складних обчисленнях. Для новачків важливо не просто запам’ятати формулу, а зрозуміти, як вона працює і що означає кожен символ. А якщо електротехнічна частина здається складною, не соромтеся звернутися до професійного електрика для монтажу електропроводки.