Способы защиты от поражения электрическим током

Электрический ток – это четко направленное движение электрически заряженных частиц под непосредственным воздействием электрического поля. Более подробная информация представлена ниже.

Электричество

Явление электрического тока можно наблюдать в следующих ситуациях:

• при непосредственном нагреве проводников;
• при изменении их химического состава;
• при образовании магнитного поля (это явление происходит у всех проводников без исключения).

Электричество является незаменимым элементом в наше время. Без него не может функционировать ни одно предприятие. Однако важно знать, что наряду с полезными свойствами ток может принести вред человеческому здоровью и даже жизнедеятельности. Конечно, это вовсе не означает, что людям стоит вообще отказаться от электричества. Но каждому из нас надо быть осторожнее. Для сохранения своей жизни и здоровья следует соблюдать некоторые меры защиты от поражения электрическим током. Об этом мы сейчас и поговорим.

Важно заметить, что защита всего рабочего коллектива в большей мере зависит от положения эксплуатации, а именно от таких факторов как: температура, влажность, запыление здания и т.д.

Печальная статистика

К сожалению, человек очень часто пренебрегает простыми правилами безопасности. И печальная статистика гласит, что в большинстве случаев смерть в результате удара тока настигает работников, которые лучше осведомлены в обращении с электричеством.

Люди не всегда выполняют правила, даже зная их. Что же заставляет работников подвергать себя такой опасности на предприятии? Возможно, это происходит из-за того, что человек хочет сэкономить время. Иногда условия труда заставляют работника предприятия подвергать себя такой опасности. В таких ситуациях необходимо моментально обращаться в соответствующие организации, которые должны быть любых на предприятиях, чтобы избежать летального исхода.

Какой ток несет наибольшую угрозу для человеческой жизни?

Существует три группы мощи электронапряжения. Они по-разному влияют на человеческую жизнедеятельность. Определенный уровень напряжения может нанести незначительный вред человеку и даже убить его. Уровни силы напряжения перечислены ниже:

• пороговый ток (ощутимый). Под его воздействием человек может ощущать незначительные покалывания. Наблюдается дрожание рук;
• пороговый (неотпускающий), под влиянием которого, работник физически не может преодолеть сокращение мышц. Он не в состоянии разжать руку и отпустить непосредственный источник напряжения;
• пороговый фибриляционный. Его воздействие приводит к остановке сердца человека, вызывая сокращение сердечных мышц.

Для человеческого организма не несет никакой угрозы переменный 0,6-1,5 мА и постоянный 5-7 мА ток. Однако переменный 10-15мА и постоянный 50-80мА несут некоторую угрозу для жизни человека, но не смертельную.

Принято считать, что в зданиях повышенной и не повышенной опасности угрозу несет напряжение свыше 40В. А что касается особо опасных конструкций, то в них критически опасным является напряжение от 12В.

Необходимые способы защиты

Существует достаточное количество средств и способов, чтобы защитить человека от поражения током. И об этом должен знать каждый гражданин, который пользуется электричеством. Особенно эти навыки крайне необходимы работникам различных предприятий. Ведь именно они чаще всего подвергаются опасности. Ситуации с ударом человека током довольно распространены на шахтах, различных заводах и т. д. Поэтому очень важно быть предельно осторожным, соблюдать все рекомендации, правила и обязанности при выполнении своей работы.

При создании качественной системы безопасности должно соблюдаться одно очень важное правило. А заключается оно в том, что опасные части, пропускающие ток, необходимо делать недоступными для человека.

Что касается самих защитных мер от поражения электричеством, то, как правило, выделяют:

• Использование изолирующих накладок, допустимо и использование двойной изоляции.
• Недоступность токоведущих частей.
• Применение небольшого напряжения (в помещениях с повышенной опасностью-от 42В, а в помещениях особой опасности-от 12В).
• Защитное заземление оборудования.
• Использование специальных защитных средств.
• Защитное зануление оборудования.

Твёрдая и воздушная изоляция

Как же обеспечить защиту? Использование твердой изоляции помогает предотвратить прикосновение к проводнику электричества.

Есть еще один вариант. Речь идет о воздушной изоляции. Вот только использование ее одной будет недостаточно. Ведь необходима преграда, которая ограничит доступ посторонних лиц. Для этого рекомендуем применять различные кодовые ключи и запорные приспособления.

В целом выделяют две категории средств защиты от поражения электрическим током – индивидуальные и коллективные. Это еще не все. Их еще разделяют на дополнительные электрозащитные средства и основные, применение которых является обязательным.

Способы предосторожности

Основные меры защиты от поражения электрическим током должны быть направлены на надежное изолирование в течение достаточно длительного времени. Они в себя включают:

• штанги (изолирующие);
• указатели напряжения;
• лестницы (изолирующие).

Некоторые способы защиты применяются дополнительно. Но использовать их можно лишь в комплексе с основными. В противном случае безопасность не будет обеспечена в полной мере. Итак, к данным способам защиты относятся:

• Знаки и плакаты по электробезопасности.
• Переносное заземление.
• Подставки и накладки (изолирующие).
• Диэлектрические коврики.
• Диэлектрические перчатки (в таких перчатках возможна работа с напряжением до 1000В).
• Изолирующие подставки.
• Диэлектрические галоши.
• Диэлектрические колпаки и прокладки.

Как уже было сказано выше, существуют и индивидуальные средства защиты от поражения электрическим током (сокращенно СИЗ), к которым относятся: приспособления для защиты головы (каски, шлемы и т.д.), защитные приспособления для глаз и лица (различные маски, очки и т.д.), перчатки и пр. Это еще не все. Существуют также технические меры защиты от поражения электрическим током (сокращенно ТСЗ).

Термины

Среди нас мало профессионалов. Поэтому так важно разобраться в определенных терминах. Вы должны четко понимать все правила и нормы безопасности жизнедеятельности, чтобы в дальнейшем избежать ужасных последствий. Предупрежден – значит вооружен! Эта поговорка никогда не теряет актуальности.

Итак, защитное заземление – это электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могу оказаться непосредственно под напряжением.

Запоминаем еще один термин. Защитное зануление – это электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением по причине замыкания.

А что такое уравнивание потенциалов? Это соединение частей, проводящих ток для равенства их потенциалов. Данный термин часто используется электриками.

Выравнивание потенциалов – это непосредственно снижение разности потенциалов на поверхности, используя защитные проводники, установленные в земле и подсоединенные к заземляющему устройству.

Под защитным отключением подразумевается использование автоматических установок, целью которых является автоматическое выключение питания в целях безопасности. Надеемся, что вы запомнили эти термины.

Автоматические выключатели

Сейчас пойдет речь о современном виде технической меры защиты от поражения электрическим током. Это автоматические выключатели ВА. Они применяются для проведения тока. При коротких замыканиях и сильных перепадах напряжения происходит его автоматическое отключение. Эти приборы гарантируют безопасность в использовании и долгосрочную работу. Автоматический выключатель ВА чаще всего устанавливается на предприятиях.

Оказание 1-й медпомощи при непосредственном поражении током

Безусловно, важно создать все условия для того, чтобы несчастных случаев не происходило. Каждый работник должен неукоснительно соблюдать все меры осторожности и правила безопасности. Однако несчастные случаи все-таки происходят. Немаловажной задачей становится помочь пострадавшим до приезда скорой помощи. Запомните: здесь важна каждая секунда. Помощь, предоставленная пострадавшему в течение первых минут после поражения, в 90% спасает жизнь. В медуходе за пострадавшим при поражении выделяют два основных этапа:

1. Освобождение пострадавшего от непосредственного действия электрического тока.
2. Оказание первой необходимой медицинской помощи пострадавшему.

Очень важно наличие знаков и плакатов по электробезопасности. Ведь они могут спасти кому-то жизнь!

Чтобы освободить пострадавшего от воздействия на него напряжения, необходимо отключить это напряжение или убрать источник электрического тока подальше от человека. Тот, кто оказывает первую помощь, должен так же соблюдать все меры предосторожности, чтобы не усугубить ситуацию.

Пораженный током человек остался в сознании? Тогда его стоит оставить в покое до приезда наряда скорой. Если же он потерял сознание, но есть признаки дыхания, то необходимо положить и обогреть пострадавшего, а затем постараться привести его в чувства. При отсутствии каких-либо признаков жизни необходимо сделать массаж сердца в комплексе с искусственным дыханием.

fb.ru

1.  При возникновении пожара вблизи контактной сети, ВЛ и связанных с ними устройств, необходимо немедленно сообщить об этом поездному диспетчеру, энергодиспетчеру или работникам района контактной сети и в пожарную охрану.


2.  Если пожар возник на подвижном составе или в поезде и для его тушения необходимо приближаться к находящимся под напряжением проводам ближе 2 м, машинист через поездного диспетчера должен потребовать снятия напряжения с контактной сети (ВЛ) и ее заземления. Также требуется снятие напряжения с контактной сети (ВЛ) и заземление, когда контактный провод касается подвижного состава или груза и имеется вероятность пережога проводов.
3.  До снятия напряжения с контактной сети или ВЛ, тушение горящих предметов, крыши, стенок локомотива, автомотрисы, вагонов и груза, находящихся на расстоянии менее 2 м от контактной сети и проводов ВЛ, разрешается производить только углекислотными, углекислотно-бромэтиловыми, аэрозольными и порошковыми огнетушителями, не приближаясь к проводам контактной сети и ВЛ ближе 2 м.  Тушение указанных горящих предметов водой, химическими, пенными или воздушно-пенными огнетушителями можно производить только при снятом с контактной сети напряжении и после ее заземления.  Тушение горящих предметов, расположенных на расстоянии свыше 7 м от контактной сети и ВЛ, находящихся под напряжением, допускается любыми огнетушителями без снятия напряжения. При этом необходимо следить, чтобы струя воды или пенного раствора не приближалась к контактной сети и другим частям, находящимся под напряжением, на расстояние менее 2 м.
4.  Ликвидация пожара с помощью пожарного поезда на электрифицированных участках железных дорог должна производиться только после получения руководителем тушения пожара письменного разрешения представителя дистанции электроснабжения о снятии напряжения с проводов контактной сети или ВЛ на расстоянии не менее 7 м, от горящих предметов и заземления их.
   разрешении должен быть указан номер приказа энергодиспетчера и время снятия напряжения.  В тех случаях, когда прибытие представителя дистанции электроснабжения и получение письменного разрешения требует времени, за которое может произойти значительное развитие пожара с опасными последствиями, допускается передача вышеуказанного разрешения по любому виду связи. Допускается тушение пожара водой со снятием напряжения с контактной сети или ВЛ без их заземления. При этом напряжение с контактной сети или ВЛ следует снимать в следующем порядке:

4.1. Электрифицированные железнодорожные пути постоянного тока.

www.вагонник.рф

Что такое УЗО?

Как мы уже говорили, УЗО расшифровывается как «устройство защитного отключения». Их, так же как и автоматические выключатели, относят к электрическим аппаратам защиты. Но в чем же разница? Как проверить работу УЗО?

Дело в том, что УЗО срабатывает при малейших утечках тока, в то время как автоматические выключатели просто игнорируют маленькие заряды. Они реагируют только на токи перегрузки или при коротком замыкании. Например, если ребенок захочет изучить устройство розетки металлическим предметом, то его может ударить током небольшого разряда. Он пройдет через тело и уйдет в землю. На такую утечку тока автоматический выключатель даже не отреагирует. Свое действие они начинают при утечке от 30А.

Для обеспечения дополнительной защиты человека от поражения электрическим током или от возникновения возгорания из-за повреждения изоляции электропроводки в бытовых электросетях устанавливают УЗО с чувствительностью от 10 до 300мА.

Как оно работает?

Если никаких проблем с электричеством нет, токи в фазном и нулевом проводах будут равны, но противоположно направлены. Это будет создавать в сердечнике трансформатора магнитные потоки, которые будут направленны навстречу друг другу, а следовательно будут компенсировать друг друга. В таком случае магнитный поток будет равен нулю.

В том случае, когда происходит, например, пробой изоляции, возникает различие в токах проводов. В фазном проводе появится ток утечки, который для трансформатора будет разностным. То есть магнитный поток будет отличен от нуля, потому что в сердечнике возникнут разные по значению магнитные потоки.

Затем в работу вступает закон электромагнитной индукции. В следствие этого будет возникать ток в обмотке управления. Если этот ток будет достигать определенного значения, то сработает электромагнитное реле. Оно задействует расцепитель, и силовые контакты УЗО разомкнутся. Конечным итогом станет обесточивание находящихся под защитой УЗО электрических элементов.

Но как проверить исправность УЗО? Вдруг оно вообще не работает? Для этого прямо на устройстве есть кнопка «Тест». Время от времени рекомендуется ее использовать. При нажатии на эту кнопку происходит ток утечки, созданный искусственно. Если с устройством все в порядке и оно работает исправно, то оно должно сработать и обесточить подконтрольные ей электроприборы.

Инструменты, необходимые для проверки УЗО

Прежде чем узнать, как проверить УЗО, давайте разберемся с помощью каких инструментов можно это осуществить в домашних условиях.

Практически каждый человек может осуществить проверку с помощью подручных средств, и быть уверенным в исправности устройства защитного отключения. Итак, для осуществления данной проверки нам может понадобится:

• провод с вилкой, для того, чтобы подать напряжение на УЗО;
• провод с патроном, для того, чтобы подключить электрическую лампу;
• электрические лампы разной мощности;
• электроинструмент, например, нож или отвертка.

Во время проведения проверки УЗО рекомендуется замерять показатели сетевого напряжения. Обычно оно находится в пределах 180-240 В. Это может иметь важное значение в ходе проведения проверки.

Что мы проверяем?

Для того чтобы проверить УЗО в домашних условиях, как мы указали выше, необходим набор простых подручных материалов. С их помощью мы сможем исследовать 2 аспекта работы УЗО.

Для начала мы убедимся в том, что купленное УЗО исправно и его можно подключать к сети. А также мы оценим правильность и скорость работы УЗО при возникновении утечек.

Самый простой способ проверки

Для осуществления этого способа проверки нам не потребуются перечисленные инструменты. Нам нужна будет всего лишь обычная батарейка и кусок провода. Их можно сразу прихватить с собой в магазин, когда вы соберетесь приобретать устройство защитного отключения.

В квалифицированных магазинах вы можете также потребовать, чтобы УЗО проверил продавец в вашем присутствии.

Итак, как проверить УЗО батарейкой? Все очень просто. Для этого нужно всего лишь включить УЗО, то есть перевести кнопку в положение «Вкл.», подключить батарейку между вводом заземления и выводом фазы. Когда устройство работает правильно и батарейка заряжена, устройство должно сработать и отключиться самостоятельно. Вы должны услышать щелчок, а кнопка — перейти в положение «Откл.»

Может быть такое, что с первого раза у вас проверка не получится. Попробуйте снова, просто перевернув батарейку.

Этот способ проверки является самым простым, поскольку его можно провести без подключения УЗО в электрическую сеть и не отходя от кассы.

Проверяем однофазное УЗО чувствительностью 30мА

Перед тем как проверить УЗО на срабатывание, его необходимо собрать. Для этого на верхние клеммы присоединяем концы провода с вилкой, а на нижние — концы провода с патроном.

Для проверки УЗО с такой чувствительностью нам будет достаточно лампочки с мощностью в 20 Вт. Ввинчиваем ее в патрон и включаем вилку в розетку.

Затем включаем устройство. Для этого переводим клавишу «Откл.» на устройстве в положение «Вкл.» Если вы все правильно собрали и подключили, то лампочка должна загореться. Эту процедуру рекомендуется повторить 3-4 раза. То есть включить и отключить устройство.

Затем, оставляя УЗО включенным, а лампочку горящей, нажимаем на устройстве кнопку «Тест». Если устройство работает правильно, оно должно отключиться, погасив при этом лампочку. Повторяем процедуру 3-4 раза, предварительно снова включив устройство.

Теперь нам нужно проверить, будет ли УЗО самостоятельно отключаться при образовании тока утечки. Искусственно создаем эту утечку. Берем не зафиксированный в клеммнике свободный конец от лампы и отсоединяем его от УЗО. Лампа погаснет, но устройство останется включенным. Затем касаемся отсоединенным проводом, например, заземленной рамы от циркулярной пилы. Можно также использовать любое другое заземленное место, чтобы утечка была, но не навредила никакому прибору, а ушла в землю. В норме УЗО отключается.

Проверяем трехфазное УЗО чувствительностью 300мА

Основные моменты того, как проверить УЗО на работоспособность, мы описали выше. Таким образом, начало проверки будет идентичным. Собираем устройство так, как описано выше.

Особенность состоит только в том, что верхние клеммы подключаем шлейфом от одного сетевого провода, а второй провод — к клемме N. Нижние клеммы подключаем следующим образом: один конец провода — к клемме N, а второй остается свободным.

Далее мы будем проверять каждый фазный полюс УЗО тем самым свободным концом провода. Включаем вилку в розетку, включаем УЗО и по очереди проверяем все фазы. Если они все исправны, то лампочка будет гореть.

Также для каждого фазного полюса проверяем работоспособность кнопки «Тест».

При проверке на срабатывание в аварийных ситуациях необходимо использовать лампочки от 40 до 100 Вт. На лампу мощностью 20 Вт УЗО сработать не должно, так как ток утечки не входит в диапазон реагирования УЗО такой чувствительности. Если устройство не срабатывает и на других лампах, то оно неисправно, и использовать его нельзя.

Вот мы с вами и узнали, как проверить УЗО перед его подключением в сеть.

Соблюдение техники безопасности

При осуществлении проверок УЗО мы имеем дело с электричеством. Это может быть чревато неприятными последствиями. Поэтому перед тем, как проверять УЗО, нужно ознакомится с мерами предосторожности и соблюсти их со время работы:

1. Все операции по подключению и отключению цепей обязательно делать при снятом напряжении (убирать вилку из розетки).

2. Голыми руками нельзя касаться никаких оголенных проводов.

3. Защищать себя от поражения электрическим током с помощью защитных и вспомогательных средств (для работы должно быть сухое место, под ноги лучше постелить резиновый коврик или деревянный настил, работать изолированным монтажным инструментом, при необходимости использовать резиновые перчатки и т.д.).

4. Если у вас нет ни малейшего представления об электричестве, то самому лучше не проводить работы по проверке и установке оборудования.

fb.ru

Для обеспечения электробезопасности при монтаже и эксплуатации электроустановок применяют различные способы и средства защиты, выбор которого зависят от ряда факторов, в том числе и от способа электроснабжения.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током в электроустановках должны применяться технические способы и средства защиты.

Выбор того или иного способа или средства защиты (или их сочетаний) в конкретной электроустановке и эффективность его применения зависят от целого ряда факторов, в том числе от:

• номинального напряжения;
• рода, формы и частоты тока электроустановки;
• способа электроснабжения (от стационарной сети, от автономного источника питания электроэнергией);
• режима нейтрали источника трехфазного тока (средней точки источника постоянного тока) — изолированная нейтраль, заземленная нейтраль;
• вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные);
• условий внешней среды;
• схемы возможного включения человека в цепь протекания тока (прямое однофазное, прямое двухфазное прикосновение; включение под напряжение шага);
• вида работ (монтаж, наладка, испытания) и др.

Кроме того, по принципу действия, все технические способы защиты разделяются на:

• снижающие до допустимых значений напряжения прикосновения и шага;
• ограничивающие время воздействия тока на человека;
• предотвращающих прямое прикосновение к токоведущим частям.

Классификация технических способов и средств защиты от поражения электрическим током в электроустановках приведена на рисунке.

Основными техническими средствами защиты являются:

• Защитное заземление;
• Автоматическое отключение питания (зануление);
• Устройства защитного отключения.

Защитное заземление

Заземление снижает до безопасной величины напряжение относительно земли металлических частей электроустановки, оказавшихся па напряжением при повреждении изоляции.
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п.
Электрическое сопротивление такого соединения должно быть минимальным (не более 4 Ом для сетей с напряжением до 1000 В и не более 10 Ом для остальных). При этом корпус электроустановки и обслуживающий ее персонал будут находиться под равными, близкими к нулю, потенциалами даже при пробое изоляции и замыкании фаз на корпус.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Различают два типа заземлений: выносное и контурное.

Выносное заземление характеризуется тем, что его заземлитель (элемент заземляющего устройства, непосредственно контактирующий с землей) вынесен за пределы площадки, на которой установлено оборудование. Таким способом пользуются для заземления оборудования механических и сборочных цехов. Выносное заземление называют также сосредоточенным.
Существенный недостаток выносного заземления – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1 кВ, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения.
Достоинством выносного заземления является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).
Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

• при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;
• при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;
• при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземление состоит из нескольких соединенных заземлителей, размещенных по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Такой тип заземления применяют в установках выше 1 кВ. Контурное заземление называется также распределенным.
Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно .

Область применения защитного заземления:

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);
• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);
• электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.

Заземление электроприборов. Металлические корпуса электроустановок и приборов (стиральные машины, электроводонагреватели, кондиционеры и т.д.) обязательно должны быть заземлены путем соединения с нулевым проводом электросети. Использование металлических труб и других деталей водопровода, отопительной или канализационной сети для заземления (зануления) запрещено.

Зануление

Зануление — преднамеренное электрическое соединение с глухо заземленной нейтралью трансформатора в трехфазных сетях металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
В сетях однофазного тока части электроустановки соединяются с глухозаземленным выводом источника тока, а сетях постоянного тока – с заземленной точкой источника.
При занулении нейтраль заземляется у источника питания. Эта система имеет наибольшее распространение. Оно считается основным средством обеспечения электробезопасности в трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

В сети с занулением следует различать нулевые защитный и рабочий проводники.
Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части потребителей (приемников) электрической энергии с заземленной нейтралью источника тока. Нулевой рабочий проводник используют для питания током электроприемников и тоже соединяют с заземленной нейтралью, но через предохранитель.
Использовать нулевой рабочий провод в качестве нулевого защитного нельзя, так как при перегорании предохранителя все подсоединенные к нему корпуса могут оказаться под фазным напряжением!
Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления:

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);
• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления. При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.
Следовательно, зануление обеспечивает защиту от поражения электрическим током при замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.
При соединении нулевых защитных проводников между собой должен обеспечиваться надежный контакт. Присоединение нулевых защитных проводников к частям электроустановок, подлежащих занулению, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом. Присоединение должно быть доступно для осмотра.
Нулевые защитные провода и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: по зеленому фону желтые полосы.
В процессе эксплуатации зануления сопротивление петли “фаза-нуль” может меняться, следовательно, необходимо периодически контролировать значение этого сопротивления. Измерения сопротивления петли “фаза-нуль” проводят как после окончания монтажных работ, то есть при приемо-сдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации в сроки, установленные в нормативно технической документации, а также при проведении капитальных ремонтов и реконструкций сети.

Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи — быстро отключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период.

Защитное отключение

Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения.

Назначение защитного отключения – обеспечение электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальныму стройством защитного отключения (УЗО), которое, обеспечивает электробезопасность при прикосновении человека к токоведущим частям оборудования, позволяет осуществлять постоянный контроль изоляции, отключает установку при замыкании токоведущих частей на землю. Для защиты людей от поражения электрическим током применяются УЗО с током срабатывания не более 30 мА.

Область применения защитного отключения: электроустановки в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.
Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с заданной величиной. Если входной сигнал превышает эту величину, то устройство отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.
УЗО реагирует на «ток утечки» и в течение сотых долей секунды отключает электричество, защищая человека от поражения электрическим током, оно улавливает малейшую утечку тока и размыкает контакты.
Конструктивно УЗО бывают двух видов:

• электронные, зависимые от напряжения питания, их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника;
• электромеханические, независимые от напряжения питания, они дороже электронных УЗО, но обладают большей чувствительностью. Источником энергии, необходимой для функционирования таких УЗО является сам входной сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует.

Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов:

• реагирующее на напряжение корпуса относительно земли;
• реагирующее на дифференциальный (остаточный) ток;
• реагирующее на комбинированный входной сигнал;
• реагирующее на ток замыкания на землю;
• реагирующее на оперативный ток (постоянный; переменный 50 Гц);
• реагирующее на напряжение нулевой последовательности.

Применение  УЗО должно осуществляться в соответствии с  Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

www.china-bridge.ru

Положения и нормативы

Подробно тематические правила изложены в соответствующих государственных стандартах. Их создают с учётом международных норм, на основе практического опыта, научных знаний, лабораторных исследований, испытаний. Общие положения, технические и организационные средства приведены в ГОСТ IEC 61140-2012. Этот документ вступил в действие с 01.07.2014г. Он ратифицирован уполномоченными органами стран СНГ. Практики используют Правила устройства электроустановок в разных версиях (ПУЭ). В настоящее время актуальной для РФ является 7-ая редакция.

В стандартах указано, что область применения нормативов защиты человека от поражения током распространяется на все электрическое оборудование. Сделано разделение на две основные группы:

• низковольтная – до 1000 В переменного (1500 В постоянного) тока;
• высоковольтная – выше 1000/ 1500 В соответственно.

Особенности некоторых терминов, которые использованы в этой статье:

• Основная защита от поражения электрическим током разрабатывается для нормальных условий. В действительности учитывают возможность повреждений, повышенную влажность, иные значимые дополнительные факторы.
• Опасной для человека частью при высоком напряжении считают не только проводник, но и поверхность изоляции.
• Защитный барьер создается для предотвращения случайного доступа персонала к определенным частям оборудования. Ограждение не позволяет проникнуть к ним с любого направления.
• Основной изоляционный слой обеспечивает защиту человека при обычных условиях. Дополнительный – выполняет те же функции при повреждении. Двойной изоляцией называют наличие двух слоев одновременно.
• Шаговым называют напряжение между точками, расположенными на расстоянии 1 метра друг от друга (п. 3.33. ГОСТ IEC 61140-2012).
• Следующие технические ограничения силы тока/заряда применяют при расчете параметров определенных защитных средств:
  

1. Ощутимый порог – 0,5 мА переменный (2 мА постоянный) ток.
2. Болевой порог – 3,5 и 10 мА соответственно.
3. При наличии заряда ощутимый порог составляет 0,5 мкКл, а болевой – в 100 раз больше.

Далее стоит рассмотреть последовательно разные способы защиты от поражения электрическим током. Детально все средства описывает стандарт ГОСТ Р МЭК 61140-2000, который вступил в действие с 01.01.2002г.

Техническая пассивная защита

К этой категории относят надежную изоляцию проводника, предотвращающую контакт человека с токоведущими частями. Параметры слоя рассчитывают с учетом возможных механических и других внешних воздействий. Он должен препятствовать проникновению воды и кислорода, чтобы исключить появление и развитие коррозийных процессов. Его сопротивление создают не менее 0,5 МОм относительно земли. Если используется двойная изоляция, то минимально допустимое сопротивление в 10 раз больше.

Для защиты человека от поражения током применяют заземление. Для этого соединяют металлические корпуса и каркасы оборудования проводником с заземляющим элементом (контуром). При замыкании можно почувствовать напряжение прикосновения, но ток не будет опасным. Обязательно такую систему используют при монтаже установок, работающих с трехфазными сетями 380 V.

Заземляющее устройство может быть выносным и контурным. Вторая схема более эффективна. Она предполагает близкое расстояние от оборудования до точек заземления. Если имеется такая возможность, проводник подключают к трубопроводам водоснабжения, металлическим частям фундаментов.

К этой же категории пассивных защитных средств относится снижение до безопасного для человека уровня (42 В) напряжения питания потребителей электроэнергии. Приведенные выше цифры являются только примерными. Для точного расчета необходимо учитывать особенности конкретных условий и нормы, установленные в ПУЭ.

Активная техническая защита

В трехфазных четырехпроводных сетях переменного тока применяют схему «зануления». Чтобы выровнять потенциалы при возникновении аварийных ситуаций, один из проводов заземляют и соединяют с корпусом оборудования. Если возникнет короткое замыкание (КЗ), соответствующий участок сети будет отключен. Для этого в цепь включают плавкие предохранители или автоматы.

Аналогичным образом, с учетом проводимости, подбирают модель автоматического выключателя. В этом случае допустимо применять меньшую кратность значений тока по отношению к режиму короткого замыкания, более 1,4 раза при работе напряжениями до 1000 В. Современные модели таких устройств обеспечивают отключение подачи тока примерно за 0,01 с.

Чтобы повысить надежность такой схемы подбирают минимально возможное сопротивление цепи защитного контура. Нулевой проводник подключают к земле в нескольких местах, поэтому даже при обрыве необходимая функция будет выполнена.

Отключение установок от однофазных сетей производится с помощью специализированных защитных устройств. Они срабатывают, если снижается сопротивление изоляции, или человек прикасается к токоведущим частям оборудования. Их применяют отдельно, а также как дополнение к заземлению (занулению).

Параметры выборы автоматов

Напряжение между фазой и землей, В	120	230	400
Максимальное время отключения, с	0.8	0.4	0.2

Предупредительные действия

В следующем перечне приведены мероприятия, которые обеспечат ограничение доступа человека в определенную зону, сообщат о потенциальных опасностях:

• Барьеры. Они предназначены для квалифицированных работников, но не способны предотвратить доступ случайно оказавшихся в опасной зоне людей. Эти конструкции не допускают контакт с частями оборудования, которые находятся под напряжением.
• Ограждения создают с достаточно большой механической прочностью. Их оснащают запорными механизмами, либо соединениями, которые разъединяются только с применением инструментов.
• Световая, цветовая и звуковая сигнализация предупредит выполнение неправильных действий персоналом или посторонним человеком. В некоторых ситуациях нужный результат достигается установкой специальных блокирующих устройств.

Индивидуальные средства

При производстве работ специалисты используют:

• Штанги и клещи, которыми производятся измерения, выполняется замена плавких предохранительных вставок. Специальные отвертки, пассатижи, ключи. Указатели фазы, напряжения. Все перечисленные изделия оснащаются изолирующими рукоятками, предотвращающими поражение человека электрическим током.
• Коврики, галоши, перчатки, изготовленные из диэлектрических материалов. Маски, респираторы, каски, другие средства защиты.

• Мобильные устройства заземления.
• Таблички, предупреждающие о выполнении работ с электрическим оборудованием. Знаки, запрещающие проход в опасную зону.

Если необходимо применяют стремянки, вышки, страховочные пояса и канаты, противогазы и респираторы, защитные очки и специальную одежду.

Организационные мероприятия

Выполнение следующих мероприятий помогает предупреждать возникновение опасных ситуаций:

• Правильная работа отдела кадров предприятия. Подбор для работы в соответствующих подразделениях сотрудников, не имеющих ограничений по здоровью, достигших возраста 18 лет. Хорошее физическое и психическое состояние должно подтверждаться официальными справками о прохождении профессиональных медицинских осмотров.
• Полноценное обучение персонала правилам обслуживания электрических установок с учетом актуальных норм безопасности. Полученные знания проверяются. Перед выполнением работ производится инструктаж. Должностные инструкции разрабатываются с учетом действующих норм ГОСТов, утверждаются официально приказом в письменной форме.
• Назначается человек, ответственный за электрооборудование, выполнение правил техники безопасности.
• В установленные нормами сроки производится контроль изоляции и других параметров электрических сетей. Для этого используют соответствующие нормативные акты, которые собраны в едином документе «Правила устройства электроустановок». В России действует седьмая редакция сборника. Последние изменения были утверждены Минэнергетики РФ 08 июля 2002 г. для отраслевых предприятий со сроком действия от 01.01.2003 г. Периодичность осмотров устанавливается в зависимости от характеристик оборудования и условий его эксплуатации.

Дополнительные меры

Упомянутые выше «Правила устройства электроустановок» не являются стандартами. В них не включены положения, относящиеся к защите оборудования при пожарах, грозах. Именно поэтому необходима разработка действенной защиты с учетом особенностей конкретных задач.

Специальные меры применяют при наличии увеличенной напряженности электрического поля в помещении.

elquanta.ru

Существуют следующие способы защиты, применяемые отдельно или в сочетании друг с другом: защитное заземление, зануление, защитное отключение, электрическое разделение сетей разного напряжения, применение малого напряжения, изоляция токоведущих частей, выравнивание потенциалов.

Рабочее заземление (преднамеренное соединение с землей какой-либо точки электроустановки) предназначено для обеспечения работы ее в нормальном и аварийном режимах. Оно обеспечивает соединение с заземлителем нейтральных точек силовых трансформаторов или генераторов (с помощью заземляющих проводников), т.е. при непосредственном соединении их с заземлителем или через малое активное сопротивление (в несколько Ом) нейтрали либо соединение нейтралей через трансформатор тока. Проводники и заземлители обычно изготавливаются из низкоуглеродистой стали.

Заземлители в виде штырей, вбиваемых в землю, называют электродами, которые могут быть одиночными или групповыми. Заземлитель имеет характеристики, обусловленные стеканием по нему тока в землю: напряжение на заземлителе; изменение потенциалов точек в земле вокруг заземлителя в зависимости от их расстояния от заземлителя в зоне растекания тока – вид потенциальной кривой; вид линий равного потенциала – эквипотенциальных линий на поверхности земли; сопротивление заземляющего устройства; напряжения прикосновения и шага.

В электроустановках с рабочим напряжением до 1000 В широко распространена трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью; стандартными напряжениями в этих сетях являются напряжения 220/127, 380/220, и 660/380 В.

Защитное заземление применяется для защиты обслуживающего персонала от опасного напряжения при прикосновении к электроустановке (напряжения прикосновения), оно начинает действовать с момента повреждения её изоляции.

Подобное заземление необходимо для электроустановок при напряжениях 500 В и выше переменного и постоянного токов, при напряжениях 36 В и выше переменного и 110 В постоянного токов в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках, при всех напряжениях переменного и постоянного токов во взрывоопасных помещениях.

Части электроустановок (корпуса электрических машин, трансформаторов, электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов и т.д.) во время аварийных режимов могут оказаться под напряжением и в случаях прикосновения к ним вызывать поражение электрическим током, поэтому они подлежат заземлению. Заземление электроустановок не требуется при номинальных напряжениях 36 В и ниже переменного и 110 В и ниже постоянного тока во всех случаях, за исключением взрывоопасных установок.

Шаговое напряжение (напряжение шага) возникает между ногами человека, стоящего на земле, из-за разности потенциалов на поверхности земли при растекании в земле тока замыкания на землю. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока, т.е. на расстоянии более 20 м от заземлителя.

Для заземления могут быть использованы детали уже существующих сооружений, которые называются естественными заземлителями:

— металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей;

— металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов;

— свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

— обсадные трубы скважин и т.д.

Наименьшие размеры электродов искусственных заземлителей:

Диаметр круглых электродов, мм
неоцинкованных
оцинкованных
Сечение прямоугольных электродов, мм2
Толщина прямоугольных электродов, мм
Толщина полок угловой стали, мм

 

В качестве заземляющих и нулевых проводников, соединяющих корпуса оборудования с заземлителями, могут применяться:

— специальные проводники;

— металлические конструкции оборудования и зданий;

— стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей;

— металлические открыто расположенные трубопроводы всех назначений, за исключением трубопроводов для горючих жидкостей и газов, канализации и центрального отопления.

Проводники присоединяют к корпусам оборудования сваркой или болтовым соединением с обеспечением доступности для контроля или переделки при ухудшении контакта. Последовательное включение в цепь заземления или зануления отдельных корпусов оборудования запрещается.

Зануление предусматривает глухое заземление нейтрали источника или трансформатора трехфазного тока, одного вывода источника однофазного тока, наличие нулевого провода и его повторного заземления.

Заземление нейтрали источника имеет целью понизить напряжение на корпусах оборудования и на нулевом проводе, с которым эти корпуса соединены, до безопасного значения при замыкании фазного проводника на землю.

Повторное заземление нулевого провода предназначено для снижения напряжения на корпусах оборудования при замыкании фазы на корпус как при исправном, так и при оборванном нулевом проводе.

Зануление в электроустановках до 1000 В применяется в четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью трансформатора или генератора, в сетях с заземленным выводом источника однофазного тока, в сетях с заземленной средней точкой источника постоянного тока, зануление выполняется в тех же случаях, что и защитное заземление.

Защитное отключение – защита от поражения электрическим током путем отключения электроустановки при появлении опасности замыкания на корпус оборудования или непосредственно при касании токоведущих частей человеком. Устройство защитного отключения (УЗО) состоит из чувствительного элемента, реагирующего на изменение контролируемой величины, и исполнительного органа, отключающего соответствующий участок цепи.

УЗО применяется в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной или глухозаземленной нейтралью в качестве основного или дополнительного технического способа защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем применения заземления или зануления или если заземление или зануление не могут быть выполнены по некоторым причинам.

Малое напряжение (не более 42 В между фазами и по отношению к земле) применяется для ручного инструмента, переносного или местного освещения в любых помещениях и вне их. Оно применяется также в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для питания светильников местного стационарного освещения, если они расположены на высоте менее 2,5м.

Распространено в применении напряжение 36В, а в замкнутых металлических емкостях должно применяться напряжение не более 12 В.

Электрозащитные средства и предохранительные приспособления Согласно ПТУ, защитными средствами называются приборы, аппараты и устройства, переносные и перевозимые приспособления и устройства, а также отдельные части устройств, приспособлений и аппаратов, служащие для защиты персонала, работающего на электроустановках, от поражения электрическим током.

Все защитные средства делятся на основные и дополнительные.

Основными защитными средствами называются такие, которые надежно выдерживают рабочее напряжение электроустановки и при помощи которых допускается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся (в электроустановках до 1000 В): диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными рукоятками, указатели напряжения, изолирующие клещи.

Дополнительными защитными средствами являются такие, которые сами не могут обеспечить безопасность при касании токоведущих частей — это диэлектрические галоши, диэлектрические резиновые коврики, изолирующие подставки.

К предохранительным приспособлениям относят предохранительные пояса (для удержания работающего на высоте), монтерские когти, лазы.

Раздел III Электроника

Промышленная электроника является одним из направлений технической электроники, которая связана с применением электронных приборов и устройств в различных отраслях промышленности и обслуживанием этих отраслей электронными устройствами измерения, контроля управления, преобразования электрической энергии, а также электронными технологическими установками.

В промышленной электронике можно выделить три области:

1. Информационная электроника составляет основу электронно-вычислительной и информационно-измерительной техники, а также устройств автоматики. К ней относятся электронные устройства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации, устройства управления различными объектами и технологическими процессами.

2. Энергетическая электроника связана с устройствами преобразования электрической энергии средней и большой мощностей. Сюда относятся выпрямители, инверторы, мощные преобразователи частоты и другие устройства.

3. Электронная технология включает в себя методы и устройства, используемые в технологических процессах, основанных на действии электромагнитных волн различной длины (высокочастотные нагрев и плавка, ультразвуковая резка и сварка и т. д.), электронных и ионных пучков (электронная плавка и сварка и т. д.).

Главными свойствами, обусловливающими широкое применение электронных устройств, являются высокая чувствительность, большое быстродействие и универсальность.

Зарождение электроники было подготовлено всем ходом развития промышленного производства в конце ХIХ – начале ХХ веков.

Краткая хронология изобретений:

1904 г. – создание двухэлектродного электровакуумного прибора – диода и применение его в качестве детектора в радиоприемных устройствах (Я. Флеминг, Англия);

1907 г. – создание трехэлектродной электронной лампы – триода, позволяющей усиливать и генерировать электрические колебания (Ли де Форест, США);

1948 г. – изобретены полупроводниковые транзисторы на основе германия (Д. Бардин, У. Браттейн, У. Шокли, США);

1958 г. – созданы первые интегральные схемы (Д. Килби, Р. Нойс, США);

1962 г. – начат промышленный выпуск интегральных микросхем.

Одним из главных направлений развития полупроводниковой электроники в последнее время явилась интегральная микроэлектроника. Начало микроэлектроники было положено в Англии во второй половине 40-х годов созданием тонкопленочных деталей на основе технологии внесения микропримесей. Важной особенностью микроэлектроники является разработка и внедрение методов предельного уменьшения физических размеров элементов микросхемы: микрорезисторов, диодов, транзисторов. Это приводит к увеличению функциональных возможностей микросхем, повышению их надежности и быстродействия, снижению потребления энергии.

Полупроводниковые приборы

Полупроводники занимают промежуточное место между металлами (проводниками) и диэлектриками (изоляторами). Для изготовления полупроводниковых приборов применяются германий, кремний, селен, арсенид галлия, фосфид галлия и др.

В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок – составляет лишь 10¹⁶ – 10¹⁸ на 1 см³ вещества. Для снижения удельного сопротивления полупроводника и придания ему определенного типа электропроводности – электронной при преобладании свободных электронов и дырочной при преобладании дырок – в чистые полупроводники вносят определенные примеси. Такой процесс называют легированием, а соответствующие полупроводниковые материалы – легированными.

В качестве легирующих примесей применяют элементы третьей и пятой групп Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Легирующие элементы третьей группы создают дырочную электропроводность полупроводниковых материалов и называются акцепторными примесями, элементы пятой группы – электронную электропроводность и называются донорными примесями.

Основное значение для работы полупроводниковых приборов имеет электронно-дырочный переход, который для краткости называют p-n-переходом.

Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную электропроводность.

При соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводности в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника п-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводников р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением – запирающий слой. Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Если подключить внешнее (открывающее) напряжение к p-n-переходу так, что по нему будет протекать сравнительно большой прямой ток (сопротивление p-n-перехода резко снижается, запирающий слой исчезает), то переход будет открыт. Сопротивление открытого p-n-перехода будет определяться только сопротивлением полупроводника.

При изменении знаков приложенного напряжения, то есть при подаче обратного (запирающего или закрывающего) напряжения, сопротивление запирающего слоя резко возрастает и возникает при этом небольшой обратный ток. Обратный ток значительно меньше прямого и слабо зависит от величины обратного напряжения. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n перехода представлена на рис.1. Из анализа ВАХ следует основное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость.

Рис. 6.1. Вольтамперная характеристика p-n-переход

При большом обратном напряжении возникает резкий рост обратного тока через p-n-переход. Это явление называют пробоем. Различают лавинный, тепловой и туннельный пробои.

Лавинный пробой возникает при большом обратном напряжении, создающем в p-n-переходе увеличенную напряженность электрического поля.

Тепловой пробой возникает вследствие разогрева p-n-перехода, при этом резко возрастает число неосновных носителей, что увеличивает обратный ток и вызывает дополнительное увеличение температуры перехода.

Туннельный пробой обуславливается туннельным эффектом, возникающим в сильнолегированных, тонких p-n-переходах, внутри которых велика напряженность электрического поля и высока вероятность туннельного перехода. Как правило, только тепловой пробой вызывает необратимые изменения параметров диода. Лавинный и туннельный пробои не разрушают p-n-переход, если они не сопровождаются тепловым пробоем.

Свойства чистых и легированных полупроводников и характеристики p-n-перехода широко используют в двухэлектродных полупроводниковых приборах — полупроводниковых резисторах и диодах.

Полупроводниковыми называют приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводников.

Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

В полупроводниковых резисторах применяется полупроводник, равномерно легированный примесями. У линейных резисторов (рис. 6.2, а), выполненных на основе слаболегированного кремния или арсенида галлия, сопротивление практически постоянно

 

а б в г

Рис. 6.2

в широком диапазоне изменения напряжений и слабо зависит от условии внешней среды. В варисторах используется, наоборот, нелинейная симметричная вольт-амперная зависимость (рис. 6.2, б). Такую характеристику удается получить у резисторов, изготовленных, например, из кристаллического карбида кремния, смешанного с глиной. Варисторы применяют для защиты от перенапряжений, искрогашения, стабилизации напряжения и т. д.

Полупроводниковые приборы, которых при изменении температуры можно получить значительное изменение сопротивления, называют терморезисторами (рис. 6.2, в). Относительное изменение сопротивления полупроводниковых элементов при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления ТК R:

ТК R= , (1.1)

где R иΔR— сопротивление и приращение сопротивления, Ом; ΔT — приращение температуры, ° С.

Терморезисторы, которые имеют отрицательные значения TKR в широком диапазоне изменения температуры, называют термисторами. Терморезисторы, имеющие большие положительны значения ТК R в узком диапазоне изменения температуры, называют позисторами.

Терморезисторы применяют для измерения, контроля и регулирования температуры, тепловой защиты электродвигателей, противопожарной сигнализации, контроля различных свойств окружающей среды, влияющих на теплоотдачу (уровень жидкости и сыпучих материалов, стен и газов), и т.д.

В полупроводниковых приборах называемых тензорезисторами, используется зависимость сопротивления полупроводниковой пластины от деформации (рис. 6.2, г). Тензорезисторы позволяют измерять и контролировать деформации различных строительных деталей и конструкций.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

Электрод, подключенный к р-области, часто называют анодом, а электрод, соединенный с п-областью – катодом. На рис. 6.3 показана структура, условное обозначение полупроводниковых диодов и полярность прямого напряжения.

Все полупроводниковые диоды подразделяют на два класса: точечные и плоскостные. Точечные диоды используют в основном для выпрямления.

Выпрямительные диоды (рис. 6.3, а) предназначены для выпрямления переменного тока. Данные приборы обеспечивают большую величину прямого тока и выдерживают повышенные обратные напряжения. Диоды малой и средней мощности используются в источниках питания компьютеров и другой радиоэлектронной аппаратуре. Диоды большой мощности используют в силовых установках для питания тяговых электродвигателей, привода станков и механизмов, обеспечения технологических процессов в химическом и металлургическом производствах. Для характеристики выпрямительных свойств диодов вводится коэффициент выпрямления, равный отношению прямого и обратного токов при одном и том же напряжении. Чем выше коэффициент выпрямления, тем меньше потери и выше КПД выпрямителя.

а б в

Рис. 6.3.

Стабилитрон (рис. 6.3, б) — полупроводниковый диод, вольтамперная характеристика которого имеет участок лавинного пробоя. Стабилитроны широко используются в источниках питания для получения стабильных выходных напряжений.

Туннельный диод – это полупроводниковый прибор, вольтамперная характеристика которого при прямом напряжении имеет участок с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка объясняется возникновением туннельного эффекта, что позволяет использовать данные диоды в схемах генерации и усиления электрических колебаний.

Варикап (рис. 6.3, в) – полупроводниковый диод, в котором используется зависимость барьерной емкости р-п-перехода от обратного напряжения. Варикап в электрических схемах, приемниках и передатчиках используется как конденсатор с изменяемой емкостью, причем эти диоды имеют гарантированный и увеличенный диапазон изменения частоты. Для уменьшения потерь варикапы имеют малые объемные сопротивления р- и п-областей полупроводника и увеличенное сопротивление при обратном постоянном напряжении.

Высокочастотные диоды – это диоды, предназначенные для работы в устройствах высокой и сверхвысокой частоты (ультракоротковолновая и космическая радиосвязь, радиолокация, телеизмерительная техника и т.д.). Данные диоды имеют малые емкости р-п-перехода. СВЧ-диоды используются для модуляции и детектирования сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне сотен мегагерц, а также в каскадах преобразования частоты радиоприемных устройств.

Импульсные диоды предназначены для работы с быстроизменяющимися импульсными сигналами. Эти диоды должны иметь малые емкости, а также выдерживать большие прямые импульсные токи и увеличенные обратные импульсные напряжения. Применяются такие диоды в компьютерах, мониторах и телевизорах, в радиолокационных передатчиках и приемниках.

Магнитодиод – полупроводниковый диод, в котором используется изменение вольтамперной характеристики под действием магнитного поля. В качестве магнитодиодов используют выпрямительные диоды.

Тензодиод — полупроводниковый диод, в котором используется изменение вольтамперной характеристики под действием механических деформаций. В качестве тензодиодов обычно применяют туннельные диоды, у которых отдельные участки вольтамперной характеристики существенно зависят от деформации рабочего тела диода.

Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и светодиоды полупроводниковые диоды, в которых используется эффект взаимодействия оптического излучения (видимого, инфракрасного или ультрафиолетового) с носителями заряда (электронами и дырками) в запирающем слое р-п-перехода.

В фотодиоде в результате освещения р-п-перехода повышается обратный ток. В полупроводниковом фотоэлементе при освещении р-п-перехода возникает обратное напряжение. В светодиоде в режиме прямого тока в зоне р-п-перехода возникает видимое или инфракрасное излучение.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это электропреобразовательный прибор с двумя взаимодействующими р-п-переходами и с тремя выводами.

Особен­ностью этих приборов является возможность управления с помощью небольшой мощности во входной цепи значительно большей мощностью в выходной цепи.

Подобные приборы могут иметь два режима работы: непрерывный и ключевой. При непрерывном режиме ток в выходной цепи может принимать различные, сколь угодно близкие значения. Ключевой режим работы ха­рактеризуется тем, что ток в выходной цепи может иметь только два резко отличающихся значения; такой эле­мент работает по принципу «включено — выключено».

В зависимости от чередования легированных областей различают транзисторы п-р-п-типа и р-п-р-типа. На рис. 6.4. показаны условные обозначения транзисторов и их выводы: Э – эмиттер (со стрелкой); Б – база; К – коллектор. Нужно помнить, что стрелка всегда направлена из р-области в п-область.

Рис. 6.4. Условные обозначения биполярных транзисторов

 

В связи с тем, что эмиттерный переход включается прямо, он имеет малое сопротивление. Коллекторный переход включается обратно и имеет очень большое сопротивление. К эмиттеру прикладывается небольшое напряжение, а к коллектору очень большое (десятки вольт). Изменяя в небольших пределах ток эмиттерного перехода можно управлять большими изменениями тока в цепи коллектора, т.е. нагрузки. Таким образом транзистор усиливает мощность.

Транзистор р-п-р-типа подчиняется общим правилам:

1) эмиттер имеет более высокий потенциал, чем потенциал коллектора;

2) цепи база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды (первый всегда открыт, второй закрыт);

3) каждый транзистор характеризуется максимальными значениями токов коллектора, базы (I_к, I_б) и напряжением между коллектором и эмиттером (U_кэ);

4) ток коллектора пропорционален току базы, т.е. , где β — коэффициент усиления по току.

Для транзистора п-р-п-типа эти правила остаются в силе, но полярность изменяется на противоположную.

Различают три схемы включения транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором. Название схемы показывает, какой электрод является общим, но принцип включения подчиняется общим правилам транзистора (эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт).

Схема с общей базой. Данная схема (рис. 6.5, а) в усилителях используется очень редко, так как коэффициент усиления тока в ней равен единице.

Схема с общим коллектором. Данная схема (рис. 6.5, б) имеет коэффициент усиления напряжения близкий к единице и очень большое сопротивление входной цепи. Выходная цепь обладает малым сопротивлением. Поэтому схема с общим коллектором используется для согласования сопротивления высокоомного преобразователя с низкоомной нагрузкой. Эта схема имеет специальное название – эмиттерный повторитель. Входное сопротивление эмиттерного повторителя может достигать 500 кОм, а выходное 50…100 Ом.

а

б в

Рис. 6.5

 

Схема с общим эмиттером. Данная схема получила наибольшее распространение (рис. 6.5, в). Коэффициент усиления по току достигает 10…200. Небольшой ток базы (входного сигнала) управляет большим током выходной цепи (выходной сигнал на сопротивлении нагрузки). На рис. 6.6, а приведены входные статические характеристики транзистора p-n-p-типа, который включен по схеме с общим эмиттером. Входная характеристика (вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода) представляет собой обычную правую ветвь вольт-амперной характеристики диода. Полупроводниковый транзистор нельзя представлять чисто механически в виде двух диодов, так как процессы в одном переходе влияют на процессы в другом. Вид входной характеристики зависит от напряжения между эмиттером и коллектором.

 

а б

Рис. 6.6

Выходная характеристика напоминает вольт-амперную характеристику диода, который включен обратно (рис. 6.6, б). На ток коллектора в значительной мере влияет ток базы. В рабочей области ток коллектора незначительно зависит от напряжения между коллектором и эмиттером.

Характеристики и параметры транзисторов. Статической называется характеристика транзистора, описывающая взаимосвязь между входными и выходными токами и напряжениями, когда в выходной цепи нет нагрузки. Применяются такие статические характеристики биполярных транзисторов: входные, выходные и переходные.

Входная характеристика – это зависимость при постоянном напряжении на выходе ( ).

Выходная характеристика – это зависимость при постоянном входном токе ( ).

Переходная характеристика (характеристика усиления) – это зависимость при постоянном напряжении на выходе ( ).

Входные и выходные характеристики строят экспериментально, а переходные можно построить с помощью семейства выходных характеристик. На рис. 5, а приведены входные статические характеристики транзистора p-n-p-типа, который включен по схеме с общим эмиттером.

При расчетах схем с биполярными транзисторами применяются h-параметры транзистора. Эти параметры характеризуют свойства транзистора при малых изменениях токов и напряжений, h-параметры транзистора разные для каждой схемы включения транзистора, но в справочниках есть формулы перерасчета параметров одной схемы в другие.

Для схемы с общим эмиттеромh-параметры, выраженные с помощью входных и выходных токов и напряжений имеют вид.

Параметр представляет собой входное сопротивление транзистора при .

Параметр — это коэффициент обратной связи по напряжению при . (Обратной связью называют действие выходного сигнала на входной сигнал усилителя).

Параметр — коэффициент усиления по току при .

Параметр характеризует исходную проводимость транзистора при .

Существенными являются три ограничения использования транзистора. Ограничение по мощности, которая выделяется на коллекторном переходе и препятствует перегреву перехода. Ограничение по напряжению между коллектором и эмиттером обеспечивает отсутствие пробоя коллекторного перехода. Ограничение по коллекторному току сохраняет также работоспособность перехода.

Полевые транзисторы

В полевых (униполярных) транзисторах электрический ток создается движением носителей заряда только одного знака. Управление током осуществляется электрическим полем, которое создается входным сигналом, а не током базы. Поэтому в управляющем электроде (затворе) ток практически не протекает. Следовательно, полевой транзистор имеет очень большое входное сопротивление.

Полевые транзисторы используют в усилителях мощности и преобразователях электрических колебаний. Принцип действия полевых транзисторов основан либо на зависимости толщины канала проводи­мости (проводящего слоя полупроводникового кристал­ла, заключенного между двумя р-n-переходами) от при­ложенного к переходам обратного напряжения, либо на влиянии поперечного электрического поля на концентра­цию подвижных носителей заряда у поверхности полупроводника. Полевые транзисторы первого рода назы­вают транзисторами p-n затвором, транзисторы вто­рого рода — транзисторами с изолированным затвором или МДП— и МОП-транзисторами (металл — диэлект­рик— полупроводник и металл — окисел — полупровод­ник). В обоих случаях в полевых транзисторах с по­мощью изменения напряжения на электроде, называе­мом затвором, имеется возможность управления прово­димостью канала между истоком — стоком и тем самым значением тока между этими электродами. Преимуще­ством полевых транзисторов является то, что управле­ние током в выходной цепи производится практически при отсутствии тока во входной цепи.

а б в

Рис. 6.7

Транзистор с р-n-затвором (рис. 6.7, а) представляет собой полупроводниковую пластину. На гранях этой пластины создан полупроводниковый слой другого типа. Транзистор имеет три электрода: сток С, исток И и затвор З. Электрод, от которого двигаются основные заряды, называется истоком. Электрод, к которому движутся заряды, называется стоком.

На рис. 6.7, а видно, что при снижении потенциала на затворе уменьшается сечение n-канала, то есть увеличивается его сопротивление (уменьшается ток стока). Затвор всегда включается обратно к истоку. На рис. 6.7, б, в приведены условные обозначения транзистора с р-n-затвором (с управляющим р-n-переходом) с n-каналом и с p-каналом соответственно.

Полевые транзисторы, как и биполярные, имеют три схемы включения: с общим стоком, с общим истоком и с общим затвором. Основной усилительной схемой является схема с общим истоком (рис. 6.8, а).

а б

Рис. 6.8

 

Выходные характеристики схемы с общим истоком называют стоковыми характеристиками (рис. 6.8, б). Они напоминают выходные характеристики биполярного транзистора. В транзисторе с управляющим р-n-переходом есть диодное соединение. При положительном заряде на затворе наблюдается обычная диодная проводимость.

В транзисторах с изолированным затвором между материалами с различными проводимостями находится пленка изолятора. Затвор действительно изолирован от истока и стока и действует на ток только своим электрическим полем. Конструктивно транзистор выполняется на полупроводниковой подложке, которая имеет проводимость, противоположную проводимости канала. Основной является схема включения с общим истоком (рис. 6.9, а).

Стоковые характеристики полевого транзистора с изолированным затвором, включенного по схеме с общим истоком, напоминают выходные характеристики биполярного транзистора (рис. 6.9, б).

Режим обеднения I характеризуется отрицательным потенциалом на затворе, режим обогащения II – положительным. Положительный потенциал на затворе способствует расширению канала, уменьшает его сопротивление и повышает стоковый ток.

а б

Рис. 6.9

Тиристоры

Тиристор –это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями. В простейшем случае тиристор имеет три р-n-перехода (рис. 6.10). Тиристор переключается с закрытого состояния в открытое (тиро – открыто).

Первые промышленные образцы тиристоров появились в конце пятидесятых годов ХХ в. В настоящее время эти приборы получили широкое распространение. Преимущества тиристоров следующие: малые масса и габариты, большой срок службы, высокий КПД (0,9 и более), малая чувствительность к вибрации и механическим перегрузкам, способность работать при низких (прямых) и высоких (обратных) напряжениях, а также при очень больших токах (до 5000 А). номинальные значения напряжения в закрытом состоянии достигают 5000 В.

Различают управляемые и неуправляемые тиристоры. Неуправляемые тиристоры – это динисторы или диодные тиристоры (рис. 6.10, а) – это тиристоры с двумя электродами (выводами). Переход из одного состояния в другое в динисторах осуществляется изменением значения или полярности напряжения на выводах.

а б в

Рис. 6.10

Управляемые тиристоры (рис. 6.10, б) – тринисторы – имеют три электрода (анод, катод, управляющий электрод). Вольт-амперная характеристика тиристора (рис. 6.10, в) имеет три участка: I участок – тиристор закрыт; II участок – неустойчивый режим работы; III участок – тиристор открыт. Используются также симметричные тиристоры, тиристоры с пятислойной структурой (p-n-p-n-p). На рис. 6.11 показаны стандартные обозначения тиристоров.

Рис. 6.11

lektsia.com