PRAWO OHMA

Prawo Ohma opisuje sytuację, najprostszego przypadku związku między napięciem przyłożonym do przewodnika (opornika), a natężeniem prądu przez ten przewodnik płynącego.

Sformułowanie prawa Ohma

Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest stały.

Wzór na prawo Ohma - postać 1

 

I  - natężenie prądu (w układzie SI w amperach - A)
U  - napięcie między końcami przewodnika (w układzie SI w woltach - V)

I PRAWO KIRCHHOFFA

Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natężeń prądów wypływających z tego rozgałęzienia.

Powyższe prawo można zapisać wzorem:

Σ Iwpływające = Σ Iwypływające

II PRAWO KIRCHHOFFA

W obwodzie zamkniętym suma spadków napięć na wszystkich odbiornikach prądu musi być równa sumie napięć na źródłach napięcia.

REZYSTENCJA - OPÓR

Opór przewodnika

odwrotność przewodnictwa, czyli stosunek napięcia do natężenia prądu. Jest on oznaczany literą R 

R - opór elektryczny (w omach - Ω )
I  - natężenie prądu (w układzie SI w amperach - A)
U - napięcie między końcami przewodnika (w układzie SI w woltach - V)

Jednostką oporu jest 1 om. Om oznaczany jest grecką literą „duże omega” - Ω.

[R] = Ω = V/A

Opór elektryczny a prawidłowo sformułowane prawo Ohma

Prawidłowo sformułowane prawo Ohma wykorzystujące pojęcie oporu miałoby postać, że opór przewodnika jest stały (opór ten nie zmienia się mimo zmian przyłożonego napięcia), co sprawdza się tylko w odniesieniu do części materiałów.

Mamy więc:

Dla przewodników spełniających prawo Ohma opór elektryczny jest stały.

R = const

Reaktancja (opór bierny, sprzeciwność) wielkość charakteryzująca obwód elektryczny zawierający kondensator lub cewkę . Jednostką reaktancji jest om.

Reaktancję oznacza się na ogół symbolem X.

opór bierny powodujący przesunięcie fazowe pomiędzy natężeniem a napięciem prądu elektr. w obwodzie prądu zmiennego, wyrażana w omach

IMPEDANCJA - opór całkowity, zawada ozn. Z) - wielkość opisująca elementy w obwodach prądu przemiennego.

Impedancja jest rozszerzeniem pojęcia rezystancja z obwodów elektrycznych prądu stałego, umożliwia rozszerzenie prawa Ohma na obwody prądu przemiennego.

Impedancja Z elementu obwodu prądu przemiennego jest definiowana jako

gdzie:

Ur - napięcie elektryczne,

Ir - natężenie prądu przemiennego.

Jest wypadkową oporu czynnego (rezystancji) R i biernego (reaktancji) X.

Prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu.

Zaletą prądu stałego jest to, że w przypadku zasilania takim prądem wartość chwilowa dostarczanej mocy jest stała, co ma duże znaczenie dla wszelkich układów wzmacniania i przetwarzania sygnałów. Większość półprzewodnikowych układów elektronicznych zasilana jest prądem stałym (a przynajmniej napięciem stałym). Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że urządzenia zawierające układy elektroniczne mogą być zasilane bezpośrednio z przenośnych źródeł energii (baterii lub akumulatorów).

Prąd zmienny - prąd elektryczny, którego wartość natężenia jest funkcją czasu. Prąd zmienny jest pojęciem, którym można opisać każdy rodzaj prądu - nawet prąd stały jest bowiem funkcją czasu.

W zależności od charakteru tych zmian można wyróżnić następujące rodzaje prądu:

• prąd okresowo zmienny

• prąd tętniący

• prąd przemienny

• prąd nieokresowy

Prąd przemienny - charakterystyczny przypadek prądu elektrycznego okresowo zmiennego, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób, z określoną częstotliwością. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartość średnia całookresowa (tzn. składowa stała) wynosiła zero.

UKŁADANIE KABLI

Układanie jednożyłowych przewodów w rurkach- umożliwia łatwą wymianę przewodów w razie ich uszkodzenia, a nawet wymianę przewodów o większym przekroju w razie zmiany obciążenia. Są one chronione od uszkodzeń mechanicznych. Wady: duże wahania temperatury wewnątrz rurek, kondensacja pary wodnej, duży koszt, duża powierzchnia zajmowania przez trasę przewodów. Przewodu w rurkach nie powinny być okładane w miejscach o dużej wilgotności (rosienie).

Układanie wielożyłowych przewodów kablowych po wierzchu- wykonane szczelnie pozwalają do układania ich w miejscu o dużej wilgotności. W innych warunkach są one chętnie układane gdyż zajmują mniej miejsca niż w rurkach i układanie ich jest łatwiejsze. Wady: brak estetyki (piwnice, garaże).
Te dwa sposoby układania kabli z czasem przestały wystarczać. Dzięki postępowi kultury rewolucjonizuje się budownictwo powstał nowy sposób montażu instalacji elektrycznych instalacje wtynkowe polegający na układaniu przewodów bezpośrednio na ścianach, bez bruzd i wgłębień, i przykrywania ich warstwą tynku.

Układanie przewodów kablowych po wierzchu

Przewody kablowe układa się w pomieszczeniach niemieszkalnych (piwnice, garaże). W pomieszczenia suchych układa się płaskie przewody kablowe (YDYp) bezpośrednio na ścianie lub suficie, przymocowując je opaskami. Są to przewody o przekroju nie przekraczającym 2,5mm2, przewody z powłoki metalowej można układać bezpośrednio na drewnianej płaszczyźnie (z bezpiecznikiem lub wyłącznikiem nadprądowym).
W pomieszczeniach wilgotnych, mokrych, zapylonych i z wydzielinami chemicznymi przewody kablowe układa się na uchwytach odległościowych (brak styku z podłożem), co najmniej 5mm od niego.

Układanie przewodów w rurkach pod tynkiem

Do układania pod tynkiem wystarczają elastyczne rurki winidurowe karbowane RKLG, tańsze od sztywnych. Złączki nie są potrzebne, bo tnie się odcinki wystarczające do połączenia sąsiednich puszek. Nie ma, więc kłopotów z gięciem. W porównaniu z montażem na tynku są pewne zmiany:

• rurki układa się w bruzdach zawczasu przewidzianych w konstrukcji budowlanej

• puszki mocuje się przy użyciu wzorników tak, aby po tynkowaniu góra znalazła się nad tynkiem.

• na czas tynkowania puszki i otwory w ciągach zakrywa się

dopiero po wyschnięciu tynku wciąga się do rurek przewody, mocuje się pierścieniami rozgałęzienia, gniazda, łączniki oraz inny osprzęt. Najpierw wciąga się do rurek taśmę stalową albo sztywny drut zakończony kulką by łatwo przesuwał się wewnątrz.

• wszelkie łączenia wykonać w puszkach

• między puszkami mogą być max dwa zgięcia lub 6m prostego odcinka.

Układanie przewodów w rurkach po wierzchu

Układa się je w suchych pomieszczeniach. Jednożyłowe przewody izolowane wciąga się do rurek winidurowych sztywnych lub (czasami) do rurek stalowych. Stosuje się zwykle rurki winidurowe sztywne RL, czyli rurki z polichlorku winylu.
Zalety:

• ochrona przed uszkodzeniami mechanicznymi

• nie zagrażają porażeniem

• nie wymagają ochrony przed korozją

• łatwe cięcie i zginanie

Wady:

• słabe odprowadzanie ciepła

• szkodliwe związki chemiczne przy nagrzewaniu

Dopiero po ułożeniu rurek wciąga się do nich przewody. Aby to ułatwić ich wymiary w trakcie eksploatacji:

• wszelkie łączenia wykonać w puszkach

• między puszkami mogą być max dwa zgięcia lub 6m prostego odcinka.

ODBIORNIKI

Kategoria	Wymagania dotyczące niezawodności	Możliwe rozwiązanie	Przykładowi odbiorcy
I - podstawowa	Dopuszczalne stosunkowo długie przerwy w zasilaniu, rzędu wielu minut.	Zasilanie pojedynczą linią promieniową z sieci elektroenergetycznej. Brak wymogu zasilania rezerwowego	Domy jednorodzinne na terenach wiejskich i w rzadkiej zabudowie miejskiej, nieduże bloki mieszkalne.
II - średnia	Przerwy w zasilaniu nie powinny przekraczać kilku dziesiątek sekund	Agregat prądotwórczy. Oświetlenie awaryjne.	Wysokie budynki mieszkalne.
III - wysoka	Przerwy w zasilaniu nie powinny przekraczać 1 sekundy.	Dwie niezależne linie zasilające z systemu elektroenergetycznego i system zasilania rezerwowego z pełną automatyką sterowania zasilania rezerwowego.	Duże hotele, szpitale, stacje radiowe i telewizyjne, dworce kolejowe i porty lotnicze.
IV - najwyższa	Zasilanie bezprzerwowe. Niedopuszczalna jest przerwa w zasilaniu wybranych urządzeń	Zasilanie bezprzerwowe ze źródła rezerwowego. Agregat prądotwórczy przystosowany do długotrwałego zasilania.	Wybrane odbiory w obiektach kategorii III, np. sale operacyjne szpitali, systemy komputerowe banków, giełdy.

 

PODSTAWOWA OCHRONA PRZECIW PORAŻENIOWA -ma zapobiegać:

- zetknięciu się człowieka z przewodzącymi częściami obw elektrycznego.

- przedostaniu się napięcia na części przewodzące nie należące do obw elektrycznego.

UZIEMIENIE OCHRONNE polega na metalicznym połączeniu z uziomem elementów urządzeń podlegających ochronie. Uziemienie ochronne stosuje się w sieciach zarówno prądu stałego jak i przemiennego. Celem uziemienia ochronnego, w przypadku pojawienia się na uziemionych elementach napięcia niebezpiecznego, jest dostatecznie szybkie przerwanie obwodu lub ograniczenie napięcia dotykowego do wartości bezpiecznej.Ochronę uważa się za skuteczną gdy pod działaniem napięcia fazowego U_f w pętli zwarcia doziemnego o impedancji Z_p popłynie prąd wystarczający by nastąpiło dostatecznie szybkie wyłączenie obwodu.

ZEROWANIE jest to środek ochrony, polegający na metalicznym połączeniu elementów urządzeń podlegających ochronie, z uziemionym przewodem zerowym (neutralnym). Zerowanie stosuje się w sieciach o uziemionym punkcie zerowym i napięciu znamionowym do 500 V włącznie. Jeżeli na elemencie podlegającym zerowaniu pojawi się napięcie niebezpieczne, wówczas zostanie zamknięty obwód prądowy (tzw. pętla zwarciowa) przez przewód zerujący i zerowy. Ze względu na małą impedancję pętli popłynie duży prąd zwarciowy, który spowoduje w krótkim czasie odłączenia urządzenia spod napięcia przez zabezpieczenie. Aby zerowanie spełniało swoją rolę, konieczne jest utrzymanie ciągłości przewodu zerowego, z tego powodu nie wolno w nim instalować bezpieczników i przerywać go łącznikami.

OCHRONA PODSTAWOWA

ochrona przed dotykiem bezpośrednim czyli dotknięciem części czynnych (elementów instalacji, które w warunkach normalnej pracy są pod napięciem)
* zastosowanie izolacji, która powinna pokrywać całkowicie części czynne i być trwale odporna na występujące w czasie eksploatacji oddziaływania mechaniczne, chemiczne, elektryczne i cieplne. Usunięcie jej może być możliwe tylko poprzez zniszczenie,
* umieszczenie części czynnych w obudowach, osłonach, ogrodzeniach, które powinny zapewniać odpowiedni stopień ochrony.

* zastosowanie barier utrudniających niezamierzone zbliżenie ciała do części czynnych, lub niezamierzone dotknięcie części czynnych w trakcie obsługi urządzeń. Bariery mogą być usuwane bez użycia klucza lub narzędzi, lecz powinny być zabezpieczone przed niezamierzonym usunięciem,
* umieszczenie części czynnych poza zasięgiem ręki.

OCHRONA DODATKOWA

ochronę przed dotykiem pośrednim najczęściej realizuje się poprzez samoczynne wyłączenie zasilania oraz stosowanie urządzeń drugiej klasy ochronności lub o izolacji równoważnej, a w przypadku niemożliwości spełnienia warunków skutecznej ochrony stawianych przez normy także przez izolowanie stanowiska pracy, stosowanie nieuziemionych, miejscowych połączeń wyrównawczych lub separację elektryczną.

Ochronę poprzez samoczynne wyłączenie zasilania realizuje się głównie poprzez zastosowanie bezpieczników lub wyłączników nadprądowych. Zabezpieczenia te powinny samoczynnie wyłączyć zasilanie chronionego obwodu lub urządzenia w przypadku zwarcia między przewodami fazowymi lub przewodem fazowym i ochronnym. Wyłączenie to musi nastąpić w taki sposób, aby napięcie przekraczające dopuszczalne wartości zostało wyłączone tak szybko, aby nie wystąpiły niebezpieczne skutki patofizjologiczne dla organizmu człowieka dotykającego części jednocześnie dostępne.

OCHRONNE OBNIŻENIE NAPIĘCIA polega na obniżeniu napięcia roboczego do poziomu napięć bezpiecznych za pomocą transformatorów bezpieczeństwa, generatorów, przetwornic lub akumulatorów. Napięcie obniżone nie może przekraczać 42 V dla prądu przemiennego, a 80 V dla prądu stałego. Dla odbiorników ręcznych używanych w szczególnie niebezpiecznych warunkach napięcia te powinny wynosić maksymalnie odpowiednio: 24 V i 48 V. Transformatory bezpieczeństwa i przetwornice muszą mieć oddzielone uzwojenia pierwotne i wtórne, aby uniemożliwić przerzut napięcia.

SEPARACJA ODBIORNIKA polega na odizolowaniu jego obwodu od obwodu sieci zasilającej. Stosuje się w tym celu transformatory lub przetwornice separacyjne o oddzielonych od siebie uzwojeniach, pierwotnym i wtórnym. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo doziemień obwodu odseparowanego, stosuje się ograniczenie jego długości (do 30 m) oraz liczby odbiorników (jeden przemysłowy lub pięć nieprzemysłowych). Ponadto stosuje się ograniczenia: - prąd pobierany przez odbiorniki nie może przekroczyć 16 A; - napięcie obwodu odseparowanego nie może przekroczyć 380 V; - napięcie zasilania nie może przekroczyć 500 V (napięcie przemienne) i 750 V (napięcie stałe). Separację obwodu stosuje się głównie przy zasilaniu odbiorników ręcznych.

IZOLOWANIE STANOWSIKA polega ono na odizolowaniu człowieka od podłoża w obrębie obsługiwanego urządzenia elektrycznego. Izolowanie stanowiska stosowane może być w instalacjach napięcia stałego i przemiennego do 1 kV, a w pomieszczeniach suchych, do urządzeń zainstalowanych na stałe. Do urządzeń tych nie wolno przyłączać przewodów zerujących i uziemiających, aby napięcia niebezpieczne mogące pojawić się na urządzeniu nie było przenoszone na inne urządzenia. Szerokość pasa izolacyjnego powinna wynosić minimum 1,25 m.

IZOLACJA OCHRONNA środek ochrony stosowany jest nie w instalacjach, lecz w samych urządzeniach elektrycznych. Polega na polepszeniu własności izolacyjnych przez dodatkowe warstwy izolacji lub osłonę izolacyjna całego urządzenia, a tym samym zmniejszenie prawdopodobieństwa pojawienia się na elementach chronionych niebezpiecznego napięcia dotykowego.

Moc czynna - moc średnia w obwodzie gradu zmiennego. Moc czynna za okres zwana mota średnia jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i gradu oraz kosinusa kata przesunięcia fazowego między napięciem i gradem, zwanego współczynnikiem mocy (cos j).

Moc czynna jest równa składowej stałej mocy chwilowej. Przyjmuje ona wartości nieujemne.

Moc bierna - moc, która układ pobiera ze źródła w ciągu okresu przebiegu zmiennego, magazynuje w postaci energii potencjalnej lub dynamicznej, a następnie w ciągu tego samego okresu oddaje z powrotem do źródła. W przypadku przebiegów elektrycznych sinusoidalnie zmiennych m.b. stanowi iloczyn wartości skutecznej napięcia i składowej biernej wartości skutecznej gradu.

Moc czynna, bierna i pozorna

Moc w obwodach prądu zmiennego rozpatruje się biorąc pod uwagę składowe zwane mocą czynną i bierną. Moc czynna związana jest ściśle z pojęciem pracy prądu zmiennego. Obliczana jest z zależności:

Moc czynna jest zawsze dodatnia. Jej jednostką jest wat (W). Pobór mocy czynnej wynika z obecności w obwodzie rezystancji R. Idealna cewka, a także idealny kondensator nie pobierają mocy czynnej. Przyrządem służącym do pomiaru mocy czynnej jest watomierz.

Moc bierna związana jest z obecnością w obwodzie elementów indukcyjnych lub/i pojemnościowych. Elementy rezystancyjne nie pobierają mocy biernej. Moc bierną wyznacza się z następującej zależności:

i wyraża się za pomocą jednostki woltoamper reaktancyjny (VAr). Moc bierna może być dodatnia (charakter indukcyjny obwodu) lub ujemna (charakter pojemnościowy). Przyrządem służącym do pomiaru mocy biernej jest waromierz.

Sumę geometryczną mocy czynnej i biernej nazywamy mocą pozorną, której jednostką jest woltoamper (VA). Zależność miedzy mocą czynną, bierną i pozorną wygodnie jest przedstawić graficznie rysując tzw. trójkąt mocy.

Rys. 12. Trójkąt mocy

Kąt  jest kątem przesunięcia fazowego, tym samym, który występuje między napięciem i prądem. Moc pozorną oblicza się z twierdzenia Pitagorasa:

lub korzystając z funkcji trygonometrycznych kąta :

P

Q

S



---