Что такое конденсатор и для чего он нужен

Для чего нужен конденсатор

Современные бытовые приборы, компьютеры, электроинструмент, сложные станки и промышленное оборудование не смогли бы нормально функционировать без такого устройства, как конденсатор (накопитель электрического заряда, кондер). Несмотря на простую конструкцию и часто небольшие размеры, эти накопители играют большую роль в работе различных электрических схем, выполняя большой набор функций: от выпрямления напряжения до фильтрации токов с определёнными частотами. В этой статье будет рассказано о том, что собой представляет и как работает конденсатор, каких видов бывает. Также будут рассмотрено, где применяется и для чего служит конденсатор, как маркируется.

История

Прототип современного конденсатора был сконструирован в 1745 году одновременно двумя учеными: голландским физиком Питером ван Мушенбруком и немецким лютеранским клириком Эвальдом Юргеном фон Клейстом. Первый назвал свое изобретение «Лейденской банкой», второй – медицинской банкой. Сходство в названиях было неслучайным – устройство, как немца, так и голландца, представляло собой стеклянную банку с двумя оловянными обкладками, расположенными на ее наружной и внутренней поверхностях, с вставленной в горлышко пробкой из диэлектрика, которую пронизывал металлический стержень с цепью. Заряжалось такое устройство от очень популярной в те времена электрофорной машины. Накапливаемый при этом на обкладках заряд был небольшой – не более 1 микрокулона.

Изобретённые в 1745 году «банки» в течение последующих 200 лет практически не изменились. Только в середине 50-х годов XX века во время активного развития производства различных радиодеталей стали выпускаться первые накопители сравнительно небольших размеров. При этом они стали использоваться в различных бытовых приборах, электрическом инструменте, позднее – компьютерах.

К сведению. Современные радиодетали данного вида обладают большим разнообразием форм, размеров и характеристик: от самых больших и мощных ионисторов до мелких накопителей, применяемых в печатных платах компьютеров, в контроллерах бытовой техники.

Устройство

Устройство простейшего конденсатора включает в себя следующие компоненты:

  • Корпус цилиндрической формы;
  • Две обкладки – скрученные в рулон две полоски токопроводящего материала (алюминиевой или медной фольги);
  • Слой диэлектрика (бумаги) между обкладками;
  • Два электрода, припаянные к обкладкам и применяемые для соединения устройства с электрической цепью.

Принцип работы

Принцип работы конденсатора следующий:

  1. При подключении электродов накопителя к источнику питания на его обкладках начинает накапливаться заряд. Значение напряжения при этом на обкладках очень быстро увеличивается.
  2. Как только напряжение на обкладках становится таким же, как у источника питания, накопитель считается заряженным.
  3. Если к заряженному конденсатору подключить нагрузку, через нее начинает протекать электрический ток. Заряд, накопленный на обкладках, при этом расходуется – происходит разряд кондера.

Для того чтобы понять, что делает простой конденсатор в процессе зарядки и разрядки, можно посмотреть следующее видео.

Основные характеристики

К основным характеристикам накопителей относятся следующие:

  • Ёмкость – это способность конденсатора к накоплению электрического заряда определенной величины. Измеряется емкость в Фарадах.
  • Удельная ёмкость – соотношение емкости к объему (массе) диэлектрика.
  • Плотность энергии – соотношение выделяемой при разряде накопителя энергии к его объему. Выражается в Дж/кг или Дж/л.
  • Номинальное (рабочее) напряжение – разность потенциалов, при которой накопитель наиболее эффективно выполняет свои функции. Измеряется в вольтах (В).
  • Опасность разрушения (взрыва) – данная характеристика оценивает вероятность разрушения конденсатора в процессе работы.

На заметку. Современные накопители имеют емкость значительно меньше 1 Фарада. Основными единицами измерения, используемыми для данных конденсаторов, являются нано,- пико,- и микрофарады.

Основными критериями, используемыми при классификации конденсаторов, являются их полярность, материал диэлектрика, форма корпуса, возможность изменения емкости.

В зависимости от полярности, накопители бывают двух видов:

  • Полярные – электролитические накопители, одна из обкладок которых является анодом, вторая – катодом. Используются только в электрической цепи, подключенной к источнику питания постоянного тока. Несоблюдение полярности при подключении такого накопителя может привести к выходу его из строя.
  • Неполярные – накопители, которые не имеют полярности подключения электродов. Используются в цепях, запитываемых переменным током.

В зависимости от материала диэлектрика:

  • Танталовые;
  • Ниобиевые;
  • Керамические;
  • Полиэтилентерефталатные;
  • Полиамидные (пленочный тип);
  • Полипропиленовые.

Реже встречаются старые советские конденсаторы с диэлектриком из слюды или промасленной бумаги.

По форме корпуса накопитель может быть:

  • Цилиндрический;
  • Плоский;
  • Шарообразный.

В зависимости от возможности изменения емкости конденсаторы бывают:

  • Постоянные – наиболее многочисленный и распространённый вид накопителей, обладающих постоянной емкостью.
  • Переменные – регулировка ёмкости таких устройств производится механически или с помощью изменения напряжения, температуры.
  • Посдстроечные – емкость таких накопителей регулируется до включения аппаратуры, в которой они установлены.

Маркировка

Маркировка современных накопителей производится следующими способами:

  • Тремя цифрами – при такой маркировке две первые цифры являются мантиссой, а третья – степенью основания 10;
  • Четырьмя цифрами – в такой маркировке мантиссой являются первые три цифры, четвертая – степень основания 10;
  • Буквенно-цифровая – в таком обозначении цифры обозначают значение емкости, а буква – десятичную запятую (п или p – пикофарады; н – нанофарады; µ или м – микрофарады).

В накопителях, имеющих большой корпус, рабочее напряжение и емкость указываются на нем в виде двух чисел. Так, например, если на корпусе имеется маркировка «1 µF 50V», это означает, что накопитель обладает емкостью 1 микрофарад и рабочим напряжением 50 вольт.

Читайте также:  Чердачная лестница с люком: размеры лаза на чердак, потолочный складной и выдвижной люк в потолок

Обозначение на схемах

Требования по условному обозначению конденсаторов на электрических схемах регламентированы ГОСТ 2.728-74.

Применение

Основными применениями конденсаторов являются следующие устройства:

  • Фильтры сетевых пульсаций;
  • Частотные фильтры;
  • Балластные блоки питания;
  • Конденсаторный блок питания;
  • Снабберы;
  • Умножитель напряжения трамблера;
  • Зарядный аппарат для автомобильных АКБ;
  • Устройство плавного запуска электродвигателя (пусковой блок);
  • Установка конденсаторной сварки.

Во всех данных устройствах основным назначением конденсатора является сглаживание скачков напряжения. Достигается это благодаря многократно повторяющемуся циклу заряда-разряда накопителя.

Понимать, что собой представляет и для чего нужен конденсатор, какой он имеет принцип действия, необходимо не только занимающемуся ремонтом бытовой и компьютерной техники специалисту, но и простому человеку, не имеющему дело с радиоэлектроникой. Подобные знания помогут самостоятельно найти вышедший из строя накопитель, произвести его замену.

Видео

О том, что собой представляет конденсатор, как он устроен и какими характеристиками обладает, можно узнать также в следующем видео (простой и понятной презентации школьного урока физики 10 класса).

Что такое конденсатор

Конденсатор , кондер , кондюк – так его называют бывалые” специалисты один из самых распространенных элементов применяемое в различных электрических цепях. Конденсатор способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейший конденсатор состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком, на этих электродах накапливается электрический заряд разной полярности, на одной пластин будет положительный заряд на другой отрицательный.

Принцип работы конденсатора и его назначение – постараюсь кратко и предельно понятно ответить на эти вопросы. В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, конденсатор получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь.

При подключении конденсатора к электрической сети на электродах конденсатора начинает накапливаться электрический заряд. В начале зарядки конденсатор потребляет наибольшую величину электрического тока, по мере зарядки конденсатора электроток уменьшается и когда емкость конденсатора будет наполнена ток пропадет совсем.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам, сам, как бы становится источником питания.

Основная техническая характеристика конденсатора, это емкость. Емкостью называется способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда он может накопить и соответственно отдать обратно в электрическую цепь. Емкость конденсатора измеряется в Фарадах. Конденсаторы различаются по конструкции, материалов из которых они изготовлены и области применения. Самый распространенный конденсатор это – конденсатор постоянной емкости, обозначается он так –

Конденсаторы постоянной емкости изготавливаются из самых различных материалов и могут быть – металлобумажными, слюдяными, керамическими. Такие конденсаторы как электрокомпонент используются во всех электронных устройствах.

Электролитический конденсатор

Следующий распространенный тип конденсаторов это – полярные электролитические конденсаторы, его изображение на электрической схеме выглядит так –

Электролитический конденсатор так же можно назвать постоянным конденсатором, потому, что их емкость не меняется.

Но э лектролитические конденсаторы имеют очень важно отличие, знак (+) возле одного из электродов конденсатора говорит о том, что это полярный конденсатор и при подключении его в цепь нужно соблюдать полярность. Плюсовой электрод необходимо подключить к плюсу источника питания, а минусовой (который без плюсика) соответственно к отрицательному – (на корпусе современных конденсаторов наносят обозначение минусового электрода, а вот плюсовой не обозначают никак).

Не соблюдение этого правила может привести к выходу конденсатора из строя и даже взрыву, сопровождающемуся разлетом бумаги фольги и нехорошим запахом (от конденсатора конечно…). Электролитические конденсаторы могут иметь очень большую емкость и соответственно накапливать, довольно большой потенциал. Поэтому электролитические конденсаторы даже после отключения питания таят в себе опасность, и при неосторожном обращении ты можешь получить сильный удар электрического тока. Поэтому после снятия напряжения для безопасной работы с электрическим устройством (ремонте электроники, настройке, и т.д.) электролитический конденсатор необходимо разрядить, замкнув накоротко его электроды, (делать это нужно специальным разрядником) особенно это касается конденсаторов большой емкости которые установлены на блоках питания, где есть высокое напряжение.

Конденсаторы переменной емкости.

Как ты понял из названия переменные конденсаторы могут изменять свою емкость – например при настройке радиоприемников. Еще совсем недавно для настройки радиоприемников на нужную станцию использовались только конденсаторы переменной емкости, вращая ручку настройки приемника тем самым изменяли емкость конденсатора. Переменные конденсаторы используются и посей день в простых недорогих моделях приемников и передатчиков. Конструкция переменного конденсатора очень простая. Конструктивно он состоит из статорных и роторных пластин, роторные пластины подвижные и входят в статорные е касаясь последних. Диэлектриком в таком конденсаторе является воздух. При входе статорных пластин в роторные емкость конденсатора увеличивается, при выходе роторных пластин емкость уменьшается. Обозначение переменного конденсатора выгляди так –

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

Конденсаторы нашли широкое применение во всех областях электротехники, они используются в различных электрических цепях.
В электроцепи переменного тока они могут служить в качестве ёмкостного сопротивления. Возьмем такой пример, при последовательном подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет.

Читайте также:  Утепление пола мансарды — как правильно его выполнить, инструкция и советы

Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора.

Благодаря этим качествам, конденсаторы применяются в качестве фильтров, в цепях подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных импульсных схемах, где требуется быстрое накопление и отдача большого электрического заряда, в ускорителях, фотовспышках, импульсных лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, создавая мощный импульс. Конденсаторы применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения. Способность конденсатора сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации. И это только очень краткий перечень всего где может применяться конденсатор.

Продолжая занятия электротехникой, ты откроешь для себя еще много интересного в том числе и о работе и применению конденсаторов. Но, и этой информации, тебе будет достаточно для общего понимания и продвижения дальше.

Как проверить конденсатор

Для проверки конденсаторов необходим прибор, тестер или иначе мультиметр . Существуют специальные приборы измеряющие емкость (С), но эти приборы стоят денег, и зачастую нет смысла их приобретать для домашней мастерской, тем более на рынке есть недорогие китайские мультиметры с функцией измерения емкости. Если на твоем тестере нет такой функции, ты можешь воспользоваться обычной функцией прозвонки – к ак прозванивать мультиметром , как и при проверке резисторов – что такое резистор . Конденсатор можно проверить на “пробой” в этом случае сопротивление конденсатора очень большое, почти бесконечное (зависит от материала из которого изготовлен кондер). Электролитические конденсаторы проверяют следующим образом – Необходимо включить тестер в режим прозвонки, подключить щупы прибора к электродам (ножкам) конденсатора и следить за показанием на индикаторе мультиметра, показание мультиметра будет изменяться в меньшую сторону, пока не остановится совсем. После чего нужно щупы поменять местами, показания начнут уменьшаться почти до нуля. Если все произошло так как я описал, “кондер” исправен. Если нет изменений в показаниях или показания сразу становятся большими или прибор вовсе показывает ноль, конденсатор неисправен. Лично я предпочитаю проверять “кондюки” стрелочным прибором плавность движения стрелки легче отслеживать, чем мелькание цифр в окошке индикатора.

Рассчитать емкость конденсатора можно по формуле:

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах, 1 фарад – это огромная величина. Такую ёмкость будет иметь металлический шар размеры которого будут превышать размеры нашего солнца в 13 раз. Шар размером в планету Земля будет иметь иметь емкость всего 710 микрофарад. Обычно, емкость конденсаторов которые мы применяем в электротехнических устройствах обзначается в микрофарадах (mF), пикофарадах (nF), нанофарадах ( nF). Следует знать что, 1 микрофарад равен 1000 нанофарад. Соответственно, 0.1 uF равен 100 nF. Кроме главного параметра, на корпусе элементов отмечается допустимое отклонение реальной ёмкости от указанной и напряжение, на которое рассчитано устройство. При его превышении прибор может выйти из строя.

Этих знаний тебе будет вполне достаточно для начала и для того чтобы самостоятельно продолжить изучение конденсаторов и их физических свойств в специальной технической литературе. Желаю успеха и настойчивости!

Конденсатор

Электрический конденсатор (англ. capacitor) — это устройство, которое может накапливать электрический заряд и хранить его некоторое время. Конденсаторы можно найти практически в любом электронном устройстве. Они бывают разных типов и размеров.

На электрических схемах конденсаторы обозначают двумя параллельными черточками. При этом, у полярных конденсаторов около положительного электрода дополнительно ставится плюсик.

Для чего нужен конденсатор?

У этого прибора есть множество применений. Мы не будем перечислять их все, отметим лишь некоторые.

1) Фильтрация пульсаций в цепях питания. Конденсаторы часто ставят на входе и выходе преобразователей напряжения, на входе питания микросхем. В этом случае конденсаторы служат своего рода амортизаторами, которые могут сгладить неровности напряжения, подобно амортизаторам автомобиля, сглаживающим неровности дороги.

2) Времязадающие электрические цепи. Конденсаторы разной ёмкости заряжаются и разряжаются за разное время. Эту особенность используют в устройствах, где необходимо отсчитывать определенные промежутки времени. Например, с помощью резистора и конденсатора задается период и скважность импульса в микросхеме таймера 555 (урок про таймер 555).

3) Датчики прикосновения. В роли одной из обкладок конденсатора может выступить человек. Эту особенность нашего тела используют в своей работе сенсорные кнопки, тачскрины и тачпады некоторых видов.

4) Хранение данных. Конденсаторы применяются для хранения данных в оперативной памяти — ОЗУ (SRAM). Каждый модуль такой памяти содержит миллиарды отдельных конденсаторов, которые могут быть заряжены или разряжены, что интерпретируется как единица или ноль.

И это далеко не все варианты применения этого незаменимого прибора. Попробуем разобраться, как устройство конденсатора позволяет ему выполнять столько полезных функций!

Устройство простейшего конденсатора

Конденсатор состоит их двух металлических пластин — электродов, называемых также обкладками, между которыми находится тонкий слой диэлектрика.

Читайте также:  Фосфатирование что такое. Что такое фосфатирование: основные понятия

Собственно, все конденсаторы устроены именно таким (или почти таким) образом, разве что меняется материал обкладок и диэлектрика.

Чтобы увеличить ёмкость конденсатора, не увеличивая его размеры, применяют разные хитрости. Например, если мы возьмем две обкладки в виде длинных полосок фольги, проложим между ними хотя бы тот же полиэтилен и свернем все это как рулет, то получится очень компактный прибор с большой ёмкостью. Именно так устроены плёночные конденсаторы.

Если вместо полиэтилена взять бумагу и пропитать её электролитом, то на поверхности фольги образуется тонкий слой оксида, который не проводит ток. Такой конденсатор будет называться электролитическим.

Существует много разных видов конденсаторов: бумажные, плёночные, оксидные алюминиевые и танталовые, вакуумные и т.п. В нашем уроке мы будем использовать оксидные электролитические конденсаторы из-за их большой ёмкости и доступности.

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: ёмкость и номинальное напряжение.

Ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора накапливать заряд. Это как ёмкость банки, в которой хранится, к примеру, вода. Кстати, не зря одним из первых электрических конденсаторов была так называемая Лейденская банка. Она представляла собой обыкновенную стеклянную посуду, снаружи обмотанную фольгой. В банку была налита токопроводящая жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль обкладок, а стекло банки служило тем самым диэлектрическим барьером.

Ёмкость электрического конденсатора измеряют в фарадах. В схемах ёмкость обозначают латинской буквой C. Как правило, ёмкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Ёмкость указывается на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны — то это пикофарады. Микрофарады часто обозначают как uF — так как буква u внешне похожа на греческую букву мю, которую используют вместо приставки микро.

Существует и особый вид конденсаторов, называемых ионисторами (англ. supercapacitor), которые имеют ёмкость в несколько фарад! Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии в нём может храниться и тем дольше он заряжается, при прочих равных условиях.

Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это такое напряжение, при котором конденсатор будет работать весь срок службы без критичного изменения своих параметров. Нельзя применять в 12-вольтовой цепи конденсатор на 6 вольт — он быстро выйдет из строя.

Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фотографии ниже изображён электролитический конденсатор ёмкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 Вольт.

А вот на керамических конденсаторах часто указывают только ёмкость. На картинке ниже конденсатор имеет маркировку 104. Что бы это значило?

Последняя цифра в этом коде — количество нулей после двухзначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

Параллельное и последовательное подключение конденсаторов

Как и в случае резисторов, конденсаторы можно составлять в цепочки. Это бывает нужно, когда в схеме необходима какая-то конкретная ёмкость, а у вас нет такого конденсатора.

Параллельное подключение

В отличие от резисторов, при параллельном подключении конденсаторов их ёмкости складываются. Например, если нам нужно получить ёмкость 3000 мкФ, а у нас есть два конденсатора по 1000 мкФ, и 10 штук по 100 мкФ, смело ставим их параллельно и получаем: 1000*2+100*10 = 2000 + 1000 = 3000 мкФ

Последовательно подключение

При последовательном подключении конденсаторы ведут себя как резисторы, соединённые параллельно. Например, посчитаем суммарную ёмкость двух конденсаторов на 100 мкФ, соединённых последовательно:

Суммарная ёмкость Ctot = 50 мкФ.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Читайте также:  Стена в 2 кирпича толщина

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины.

Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется.

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.

По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:

Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:

Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен.

Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем.

Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Подключим Ардуино к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит?

Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы.

Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд. При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается 🙁 Напряжение на нем близко к нулю.

С течением времени конденсатор насыщается, благодаря чему ток начинает постепенно переходить в параллельную цепь — через светодиод. Напряжение на светодиоде начинает расти. Наступает момент, когда напряжение на светодиоде принимает критическое значение (для красного светодиода около 1,8 В), при котором он стремительно отбирает остатки тока у конденсатора и вспыхивает!

Когда мы отпускаем кнопку, ситуация становится гораздо проще. Конденсатор становится источником питания для светодиода с резистором. Светодиод начинает медленно высасывать заряд из конденсатора, пока тот не разрядится. Тут мы и наблюдаем медленно угасание.

Меняя сопротивление R1, мы можем влиять на скорость вспыхивания светодиода. Однако, следует учитывать, что увеличивая R1 мы будем снижать ток в цепи, тем самым уменьшая максимальный заряд конденсатора и яркость светодиода.

Увеличивая C1, мы получим более длительное время работы светодиода после выключения источника. Это как поставить более ёмкую батарейку.

Наконец, меняя R2 можно регулировать яркость светодиода, и соответственно, время его работы. Ведь чем меньше тока мы забираем из конденсатора, тем на большее время его хватит.

К размышлению

Итак, мы познакомились с конденсатором — интересным и порой опасным жителем любой электронной платы. В следующих уроках уделим внимание резистору и индуктивности, а также более сложному их собрату — транзистору.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Элементная база для конструирования электронных устройств усложняется. Приборы объединяются в интегральные схемы с заданным функционалом и программным управлением. Но в основе разработок — базовые приборы: конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы.

Что такое конденсатор?

Прибор, который накапливает электроэнергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

Количество электричества или электрический заряд в физике измеряют в кулонах (Кл). Электрическую ёмкость считают в фарадах (Ф).

Уединенный проводник электроёмкостью в 1 фараду — металлический шар с радиусом, равным 13 радиусам Солнца. Поэтому конденсатор включает в себя минимум 2 проводника, которые разделяет диэлектрик. В простых конструкциях прибора — бумага.

Работа конденсатора в цепи постоянного тока осуществляется при включении и выключении питания.Только в переходные моменты меняется потенциал на обкладках.

Конденсатор в цепи переменного тока перезаряжается с частотой, равной частоте напряжения источника питания. В результате непрерывных зарядов и разрядов ток проходит через элемент. Выше частота — быстрее перезаряжается прибор.

Читайте также:  Что делать со скрипящей деревянной кроватью, причины и методы устранения шума

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока величина сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Где применяются конденсаторы?

Работа электронных, радиотехнических и электрических устройств невозможна без конденсаторов.

В электротехнике прибор используется для сдвига фаз при запуске асинхронных двигателей. Без сдвига фаз трехфазный асинхронный двигатель в переменной однофазной сети не функционирует.

Конденсаторы с ёмкостью в несколько фарад — ионисторы, используются в электромобилях, как источники питания двигателя.

Для понимания, зачем нужен конденсатор, нужно знать, что 10-12% измерительных устройств работают по принципу изменения электрической ёмкости при изменении параметров внешней среды. Реакция ёмкости специальных приборов используется для:

  • регистрации слабых перемещений через увеличение или уменьшение расстояния между обкладками;
  • определения влажности с помощью фиксирования изменений сопротивления диэлектрика;
  • измерения уровня жидкости, которая меняет ёмкость элемента при заполнении.

Трудно представить, как конструируют автоматику и релейную защиту без конденсаторов. Некоторые логики защит учитывают кратность перезаряда прибора.

Ёмкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио и телевизионной техники. Конденсаторы применяют в:

  • усилителях высоких и низких частот;
  • блоках питания;
  • частотных фильтрах;
  • усилителях звука;
  • процессорах и других микросхемах.

Легко найти ответ на вопрос, для чего нужен конденсатор, если посмотреть на электрические схемы электронных устройств.

Принцип работы

В цепи постоянного тока положительные заряды собираются на одной пластине, отрицательные — на другой. За счет взаимного притяжения частицы удерживаются в приборе, а диэлектрик между ними не дает соединиться. Тоньше диэлектрик — крепче связаны заряды.

Конденсатор берет нужное для заполнения ёмкости количество электричества, и ток прекращается.

При постоянном напряжении в цепи элемент удерживает заряд до выключения питания. После чего разряжается через нагрузки в цепи.

Переменный ток через конденсатор движется иначе. Первая ¼ периода колебания — момент заряда прибора. Амплитуда зарядного тока уменьшается по экспоненте, и к концу четверти снижается до нуля. ЭДС в этот момент достигает амплитуды.

Во второй ¼ периода ЭДС падает, и элемент начинает разряжаться. Снижение ЭДС вначале небольшое и ток разряда, соответственно, тоже. Он нарастает по той же экспоненциальной зависимости. К концу периода ЭДС равна нулю, ток — амплитудному значению.

В третьей ¼ периода колебания ЭДС меняет направление, переходит через нуль и увеличивается. Знак заряда на обкладках изменяется на противоположный. Ток уменьшается по величине и сохраняет направление. В этот момент электрический ток опережает по фазе напряжение на 90°.

В катушках индуктивности происходит наоборот: напряжение опережает ток. Это свойство стоит на первом месте при выборе, какие цепи использовать в схеме: RC или RL.

В завершении цикла при последней ¼ колебания ЭДС падает до нуля, а ток достигает амплитудного значения.

«Ёмкость» разряжается и заряжается по 2 раза за период и проводит переменный ток.

Это теоретическое описание процессов. Чтобы понять, как работает элемент в цепи непосредственно в устройстве, рассчитывают индуктивное и емкостное сопротивление цепи, параметры остальных участников, и учитывают влияние внешней среды.

Характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

  1. Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
  2. Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
  3. Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
  4. Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
  5. Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
  6. Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
  7. Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Виды конденсаторов

Емкостные элементы классифицируют по типу диэлектрика, применяемого в конструкции.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Элементы используются в цепях с постоянным или слабо пульсирующим напряжением. Простота конструкции оборачивается пониженной на 10-25% стабильностью характеристик и возросшей величиной потерь.

В бумажных конденсаторах обкладки из алюминиевой фольги разделяет бумага. Сборки скручивают и помещают в корпус в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда.

Приборы работают при температурах -60…+125°C, с номинальным напряжением у низковольтных приборов до 1600 В, высоковольтных — выше 1600 В и ёмкостью до десятков мкФ.

В металлобумажных приборах вместо фольги на диэлектрическую бумагу наносят тонкий слой металла. Это помогает изготовить элементы меньших размеров. При незначительных пробоях возможно самовосстановление диэлектрика. Металлобумажные элементы уступают бумажным по сопротивлению изоляции.

Читайте также:  Удобрения для комнатных цветов в домашних условиях

Электролитические конденсаторы

Конструкция изделий напоминает бумажные. Но при изготовлении электролитических элементов бумагу пропитывают оксидами металлов.

В изделиях с электролитом без бумаги оксид наносится на металлический электрод. У оксидов металлов односторонняя проводимость, что делает прибор полярным.

В некоторых моделях электролитических элементов обкладки изготавливают с канавками, которые увеличивают площадь поверхности электрода. Зазоры в пространстве между пластинами устраняют с помощью заливания электролитом. Это улучшает емкостные свойства изделия.

Большая ёмкость электролитических приборов — сотни мкФ, используется в фильтрах, чтобы сглаживать пульсации напряжения.

Алюминиевые электролитические

В приборах этого типа анодная обкладка делается из алюминиевой фольги. Поверхность покрывают оксидом металла — диэлектриком. Катодная обкладка — твердый или жидкий электролит, который подбирается так, чтобы при работе восстанавливался слой оксида на фольге. Самовосстановление диэлектрика продлевает время работы элемента.

Конденсаторы такой конструкции требуют соблюдения полярности. При обратном включении разорвет корпус.

Приборы, внутри которых располагаются встречно-последовательные полярные сборки, используют в 2 направлениях. Ёмкость алюминиевых электролитических элементов достигает нескольких тысяч мкФ.

Танталовые электролитические

Анодный электрод таких приборов изготовляют из пористой структуры, получаемой при нагреве до +2000°C порошка тантала. Материал внешне напоминает губку. Пористость увеличивает площадь поверхности.

С помощью электрохимического окисления на анод наносят слой пентаоксида тантала толщиной до 100 нанометров. Твердый диэлектрик делают из диоксида марганца. Готовую конструкцию прессуют в компаунд — специальную смолу.

Танталовые изделия используют на частотах тока свыше 100 кГц. Ёмкость создается до сотен мкФ, при рабочем напряжении до 75 В.

Полимерные

В конденсаторах используются электролит из твердых полимеров, что дает ряд преимуществ:

  • увеличивается срок эксплуатации до 50 тыс. часов;
  • сохраняются параметры при нагреве;
  • расширяется диапазон допустимых пульсаций тока;
  • сопротивление обкладок и выводов не шунтирует ёмкость.

Пленочные

Диэлектрик в этих моделях — пленка из тефлона, полиэстера, фторопласта или полипропилена.

Обкладки — фольга или напыление металлов на пленку. Конструкция используется для создания многослойных сборок с увеличенной площадью поверхности.

Пленочные конденсаторы при миниатюрных размерах обладают ёмкостью в сотни мкФ. В зависимости от размещения слоев и выводов контактов делают аксиальные или радиальные формы изделий.

В некоторых моделях номинальное напряжение 2 кВ и выше.

В чем отличие полярного и неполярного?

Неполярные допускают включение конденсаторов в цепь без учета направления тока. Элементы применяются в фильтрах переменных источников питания, усилителях высокой частоты.

Полярные изделия подсоединяют в соответствии с маркировкой. При включении в обратном направлении прибор выйдет из строя или не будет нормально работать.

Полярные и неполярные конденсаторы большой и малой ёмкости отличаются конструкцией диэлектрика. В электролитических конденсаторах, если оксид наносится на 1 электрод или 1 сторону бумаги, пленки, то элемент будет полярным.

Модели неполярных электролитических конденсаторов, в конструкциях которых оксид металла нанесли симметрично на обе поверхности диэлектрика, включают в цепи с переменным током.

У полярных на корпусе присутствует маркировка положительного или отрицательного электрода.

От чего зависит ёмкость?

Главная функция и роль конденсатора в цепи заключается в накоплении зарядов, а дополнительная — не допускать утечек.

Величина ёмкости конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды и площади пластин, и обратно пропорциональна расстоянию между электродами. Возникает 2 противоречия:

  1. Чтобы увеличить ёмкость, электроды нужны как можно толще, шире и длиннее. При этом размеры прибора увеличивать нельзя.
  2. Чтобы удерживать заряды и обеспечить нужную силу притяжения, расстояние между пластинами делают минимальным. При этом ток пробоя уменьшать нельзя.

Для разрешения противоречий разработчики применяют:

  • многослойные конструкции пары диэлектрик и электрод;
  • пористые структуры анодов;
  • замену бумаги на оксиды и электролиты;
  • параллельное включение элементов;
  • заполнение свободного пространства веществами с повышенной диэлектрической проницаемостью.

Размеры конденсаторов уменьшаются, а характеристики становятся лучше с каждым новым изобретением.

Что такое конденсатор, где применяется и для чего нужен

Как проверить конденсатор на работоспособность мультиметром?

Определение ёмкости последовательно или параллельно соединённых конденсаторов — формула

Как измерить ёмкость конденсатора мультиметром?

Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик

Как подключить 3 фазный электродвигатель к сети 220 вольт через конденсатор

Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Защитное заземление — это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления — отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления — снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль — это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования — зануление электроустановок.

Читайте также:  Что такое трансформаторная подстанция и как она работает?

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник — это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник — это защитное заземление, которое мы используем, например, в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

  • TN-S;
  • TN-C;
  • TNC-S;
  • TT;
  • IT.

Виды заземления — расшифровка названия:

  • T — заземление;
  • N — подсоединение проводника к нейтрали;
  • I -изолирование;
  • C — объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
  • S — раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

  • TN-C;
  • TN-S;
  • TNC-S;
  • TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

  • заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
  • внешние проводящие части устройства;
  • проводник нейтрального типа;
  • совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

  • возрастает вероятность получения удара током;
  • возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
  • высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
  • такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

  1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
  2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.
  • легкость монтажа;
  • низкая стоимость покупки и содержания системы;
  • высокая степень электробезопасности;
  • не требуется создание контура;
  • возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

  • простое устройство защитного механизма от попадания молний;
  • наличие защиты от короткого замыкания.
  • слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
  • возможность появления фазного напряжения;
  • высокая стоимость монтажа и содержания;
  • напряжение не может быть отключено автоматикой;
  • отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

  • 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
  • 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.
  • высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
  • защита от КЗ;
  • возможность использования на электроустановках высокого напряжения.
  • сложное устройство защиты от молний;
  • невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.
Читайте также:  Устройство канализационных колодцев

Системы с изолированной нейтралью

В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.

Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.

Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.

Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.

Система IT

Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.

Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.

Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.

Что такое короткое замыкание по-простому?

УЗИП — что это такое, описание и схемы подключения в частном доме

Какого цвета и как обозначаются провода ноля, фазы и земли в электрике?

Как правильно сделать контур заземления в частном доме — расчёт схемы и монтаж

Для чего нужно заземление и как его сделать

Каждый человек знает, что такое электричество. Каждый судит о нем по-разному. Для кого-то это телевизор, люстра и выключатель, для кого-то – источник энергии, но все понимают, что это такая штука, которая может и долбануть. И они правы, поскольку тряхнуть может действительно крепко, а порой и вообще убить.

Организм человека – почти вода с растворенными солями в ней. Одни говорят: на 60 % из воды, другие – на 99. Оставим это, важно другое: человек электропроводен! То есть, он способен проводить через себя ток. И если этот ток достаточной силы, в организме возникают порой необратимые процессы, ведущие к гибели.

Зачем нужно заземление

Не будем скрупулезно считать, какой силы ток может убить, все равно это достаточно неприятно. Я испытал это на себе, нисколько не совру, не один десяток раз. Причины: по малолетству – незнание, а далее – обычный русский авось и пофигизм.

Исход ситуации, когда человек касается оголенного проводника, находящегося под напряжением, может быть разным. Если представить себе такое, что человек висит в воздухе, ничего более не касаясь, то ничего не происходит. Он остается целехонек и здоровехонек, он даже не поймет, что провод под напряжением. Потому что действует правило: если нет цепи, то нет и тока. К примеру, сидит ворона на проводе – и ничего, жива-здорова, еще и каркает сверху.

Совсем другая ситуация, когда человек стоит босыми ногами на мокрой земле и хватается за провод. Создается замкнутая цепь: силовой трансформатор – провод – человек – земля – и снова трансформатор. Обмотки трансформатора тоже заземлены определенным образом, а земля – прекрасный проводник.

И даже совсем не обязательны босые ноги и мокрая земля. И обувь сырая – тоже проводник, и пол бетонный, и плитка, и даже гидроизоляция гарантий не дает. И вот по этой замкнутой цепи побежали электроны, а у несчастного закатились глаза и пошла клочьями пена изо рта. Хорошо, если он в судорогах отцепился от провода, но чаще всего совсем наоборот: еще больше сжал его скрюченными пальцами. Кошмарная картина.

И воронам тоже несдобровать, если их слишком много на проводах соберется, да еще крыльями начнут размахивать. Я не однажды наблюдал, как от такого вороньего шабаша только перья летят, потому что замыкают они собою два провода, тем самым создавая опять же замкнутую цепь для протекания тока.

У электриков, кстати, в правилах безопасности предусмотрены не только диэлектрические перчатки и изолированный инструмент, а еще и диэлектрические коврики, боты. Эти коврики и эта обувь – дополнительная защита, которая не позволяет создавать замкнутую цепь при случайном касании проводника голой рукой. Короче, нет замкнутой цепи – нет тока.

Что нужно заземлять

Все, что выше – лишь преамбула, но теперь мы понимаем, зачем заземление. Оно служит для защиты человека при прикосновении к металлическим частям оборудования, находящегося под напряжением.

Пример: сделал Вася систему отопления в доме, поставил батареи, скрутил/сварил нужные трубы, да встроил еще и электрический котел с электротэнами. Включил – все работает, все прекрасно, Вася ходит, трубы щупает, радуется: тепло!

А в один прекрасный момент (какой уж тут «прекрасный»?) его ТЭН вышла из строя, да замкнула фазу на корпус котла. Батареи и трубы теперь под напряжением, ждут не дождутся, когда кто-нибудь или что-нибудь не создаст цепь для протекания тока. И вот жена Васина пол только что в кухне вымыла да вздумала тряпку на батарею повесить, посушить. Пол сырой, ноги босые, тряпка мокрая. Ох и достанется Васе, если жена жива останется, тут-то и усвоит Вася раз и навсегда, для чего заземление да зачем…

Читайте также:  Художественный паркет цена

А вот если бы Вася сделал нормальный контур заземления, да котел свой надежно заземлил – ничего бы не было. Говоря простецким языком, ушла бы фаза на землю, ток получился бы огромный, автоматический выключатель не выдержал бы и давно уже отключил бы этот котел. И даже если бы не отключил, то потенциал на батареях да трубах, соединенных с землей, был бы практически нулевой, а жене уж ничего бы не досталось.

Котлы разного рода, даже если греют они не электричеством, а газом. Ведь к ним тоже подводятся провода, питают автоматику. Перетрется где-нибудь от времени фазный провод, или мышь, вечно голодная зараза, изоляцию погрызет – и здрасьте: фаза на корпусе. Станки бытовые разные, инструменты. У обмотки двигателя изоляция нарушилась – опять привет, опять корпус под напряжением. Или насос, к примеру, да мало ли еще чего электрического нагорожено в доме!

А еще нельзя пренебрегать заземлением при использовании бетоносмесителя. Тут уж прямая дорога к беде в случае чего. Работаем с водой, все вокруг сырое, обувь, земля вокруг. Упаси господи!

А возьмем чайник. Чего тут может быть, безвредный такой электроприбор! Корпус пластмассовый, изоляция, как-никак. Но и чайник может оказаться мокрым. Подсунул Вася чайник под кран, налил воды, да неаккуратно налил и на корпус попало. Только у Васи теперь все в ажуре, и третий контакт в евророзетке не пустой висит, а все чин по чину: заземлен. Молодец Вася, все правильно сделал.

Как сделать контур заземления

Это совсем несложно. Ведь для заземления что нужно: организовать так называемый контур из нескольких металлических штырей, вбитых в землю и соединенных меж собой прутом или полосой на сварке. Штыри эти располагаются по периметру дома, таким образом создается как бы защитная зона, в которой выровнен электрический потенциал. Четыре штыря по углам – хорошо. Шесть таких точек – еще лучше. Можно и больше, срок службы увеличится.

Длина штырей – не менее 3-х метров. Диаметр стального штыря – 16 мм или более. Никакой краски на нем не должно быть. Если штырь оцинкованный или медный – допускается 12 мм.

Если грунт податливый, вобьешь их кувалдой в считанные минуты. Не забудь только заострить конец. Концы штырей соедини меж собой по всему периметру стальной полосой сечением не менее 100 кв. мм на сварку. Останется только покрыть полосу горячим битумом, чтоб меньше ржавело. Можно все это заглубить в землю, это допускается.

Сама по себе эта конструкция панацеей не является, ничего не даст, если к ней не подключать ничего. Шинка должна быть в дом введена и на ней в удобном месте должны быть болты приварены, с их помощью и подключаются провода заземления от того же Васиного котла и третий провод евророзеток.

Остается только одно: проверить параметры этого устройства, насколько они отвечают нормативам. Здесь придется обратиться к электрикам, у которых имеются соответствующие приборы для замера сопротивлений, соответствующие методики. Вообще, замеры необходимо проводить периодически, хотя бы 1 раз в 10 лет, потому как штыри в земле со временем ржавеют, электрическое сопротивление увеличивается. Исправить это тоже несложно: вбить рядом еще по штырю и приварить к ним шинку.

Вот и все, и пусть ни одна микроволновка никогда не щиплет твоих домочадцев, ни одна труба или батарея не бьет, молнии держатся подальше от громоотвода. Да, кстати: никогда не используй в качестве заземления трубопроводы центрального отопления или, упаси господь, газовые и канализационные трубы, проложенные в земле. Правилами допускается применять проложенные в земле трубы сети централизованного водоснабжения, но лично я и этого делать не стал бы.

Все это имеет соединения, все это изолируется в земле, утепляется, и никто не производит никаких замеров по электрическому сопротивлению. Если Петя, твой сосед, утверждает, что у него и через эти трубы все работает нормально – это его проблемы, поскольку это еще не значит, что он защищен.

В этой статье читайте про системы заземления для загородного дома: разновидности, отличия и особенности конструкции.

Что такое заземление и для чего оно предназначено?

Заземление – важная часть электрической системы, однако оно нужно далеко не везде. Зачем нужно заземление в розетке и что оно дает – читайте в публикации.

Определение понятия

Если сказать кратко и простыми словами, то:

Заземление – это устройство, которое защищает человека от поражения электрическим током, если всё электрооборудование соединено с землей. В аварийной ситуации опасное напряжение «стекает» на землю.

Читайте также:  Удобрения для комнатных цветов в домашних условиях

Защита – основное назначение заземления. Оно заключается в подключении дополнительного, третьего заземляющего проводника в проводку, который соединен с таким устройством, как заземлитель. Он, в свою очередь, имеет хороший контакт с землей.

Заземление бывает рабочим и защитным по назначению. Рабочее нужно для нормального функционирования электроустановки, защитное нужно для обеспечения электробезопасности (предотвращения поражения электрическим током).

Обычно заземление (заземлитель) выглядит как три электрических прута вбитых в землю, на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в углах равностороннего треугольника. Эти пруты соединены между собой металлической полосой. Вы могли видеть такие пруты около домов и сооружений.

Также вы могли заметить, что на стенах многих зданий внутри или снаружи закреплены металлические полосы, иногда выкрашенные желтыми и зелеными чередующимися полосами – это заземляющая шина, она тоже соединена с заземлителем. Заземляющая шина нужна для того, чтобы не тянуть от каждой электроустановки заземляющий провод.

Третий проводник обычно соединяется с корпусом электрических приборов, обеспечивая защиту от появления на нем опасного напряжения. В кабелях он обычно имеет меньшее сечение, чем соседние «рабочие» жилы и другой цвет изоляции – желто-зеленый.

Требования к заземлению

Требования к защитному заземляющему контуру заключаются в следующем:

  1. Заземлены должны быть все электроустановки, в том числе металлические дверцы электрошкафов и щитов.
  2. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом в электроустановках с заземляющей нейтралью.
  3. Необходимо использовать системы уравнивания потенциалов.

Мы разобрались что такое заземление, теперь поговорим о том для чего оно нужно.

Почему человека бьёт током

Рассмотрим две типовых ситуации, когда вас бьет током:

  1. Стиральная машинка исправно выполняла свою работы, а когда вы захотели её отключить – почувствовали, что её корпус «щипает» вас. Или еще хуже, когда вы к ней прикоснулись – вас серьезно «дёрнуло».
  2. Вы решили принять ванну, включили воду, взявшись за кран, вы почувствовали такое же действие электричества – пощипывание или сильный удар.

И та и другая ситуация решается подключением заземления к корпусам приборов и всех металлических частей в ванной комнате и установкой УЗО или дифференциального автомата на вводе электроэнергии в дом или на группу потребителей.

Как работает заземление

Для начала разберемся, почему на корпусе стиральной машинки или другого электрооборудования появилось опасное напряжение. Всё достаточно просто – изоляция проводников по какой-то причине испортилась или повредилась и поврежденный участок касается металлического корпуса какой-то из деталей оборудования.

Если у вас нет заземления или зануления корпус поврежденного устройства для электрической цепи ничего собой не представляет, пока вы его не коснетесь, конечно. Вы подходите к прибору, стоите на полу, пол имеет хоть и слабый, но какой-то контакт с землей. При прикосновении к корпусу ток начинает протекать через вас в землю. Для протекания тока нужна разность потенциалов, а потенциал фазного провода всегда больше потенциала земли. Получается, что вы замыкаете фазный провод на землю своим телом.

Для человека опасны даже такие маленькие значения как 50 мА – такой ток может привести к фибрилляции желудочков сердца и смерти.

Так вот принцип работы заземления заключается в следующем: к заземлителю подключаются корпуса всех электроприборов, дополнительно устанавливается УЗО. В случае возникновения опасного напряжения на корпусе заземление всегда притягивает опасный потенциал к безопасному потенциалу земли и напряжение «стекает» на заземление.

Для чего применяются УЗО и дифавтоматы

Простое заземление устройств – это хорошо, но еще лучше обеспечить дополнительную защиту. Для этого придумали устройство защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматы.

Дифавтомат – это устройство, которое в своём корпусе объединяет УЗО и обычный автоматический выключатель, так вы сэкономите место в электрощите.

УЗО – реагирует только на токи утечки. Принцип его работы такой: оно сравнивает количество тока через фазный и через нулевой провод, если часть тока утекла на землю, то оно моментально реагирует, отключая цепь. Их отличают по чувствительности от 10 до 500 мА. Чем чувствительнее УЗО, тем чаще оно будет срабатывать, даже при незначительных утечках, но не стоит устанавливать слишком грубое УЗО для дома.

Принцип работы защищенной цепи простым языком:

Когда на корпус заземленного электрооборудования попадает фаза, между фазным проводом и корпусом начинает протекать ток. Тогда УЗО замечает, что по фазному проводу прошел ток, часть тока куда-то делать и по нулевому проводу вернулся меньший ток, после чего эта цепь обестачивается. Так вы защищены от удара током.

Если установить УЗО в двухпроводной электроцепи без заземляющего проводника и где-то появится возможность утечки тока, оно сработает только после того как вы коснетесь этого места и ток утечет на землю через вас. В таком случае вы тоже будете в безопасности.

Все действия описанные в данной статье, можно выполнить и самому, но, как мы уже говорили, будет лучше, если их произведут квалифицированные электрики, которые знают все правила проведения монтажных работ, а также технику безопасности

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: