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.

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:

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:

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.

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:

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:

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

Определение ёмкости последовательно или параллельно соединённых конденсаторов — формула

Как измерить ёмкость конденсатора мультиметром?

Что такое конденсатор, где применяется и для чего нужен

Как проверить конденсатор на работоспособность мультиметром?

Как определить полярность электролитических конденсаторов, где плюс и минус?

Как расшифровать маркировку конденсатора и узнать его ёмкость?

Радиоэлементы из старой аппаратуры: конденсаторы

Вторым незаменимым элементом в электрических схемах является конденсатор. Они бывают полярные и неполярные. Различия их в том, что одни применяются в цепях постоянного напряжения, а другие в цепях переменного. Возможно, применение постоянных конденсаторов в цепях переменного напряжения при включении их последовательно одноименными полюсами, но они при этом показывают не лучшие параметры.

Конденсаторы неполярные

Неполярные, так же как и резисторы бывают постоянные, переменные и подстроечные.

Подстроечные конденсаторы применяются для настройки резонансных цепей в приемо-передающей аппаратуре.


Рис. 1. Конденсаторы КПК

Тип КПК. Представляют из себя посеребренные обкладки и керамический изолятор. Имеют емкость в несколько десятков пикофарад. Встретить можно в любых приемниках, радиолах и телевизионных модуляторах. Подстроечные конденсаторы также обозначаются буквами КТ. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика:

1 – вакуумные; 2 – воздушные; 3 – газонаполненные; 4 – твердый диэлектрик; 5 – жидкий диэлектрик. Например, обозначение КП2 означает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 – подстроечный конденсатор с твердым диэлектриком.




Рис. 2 Современные подстроечные чип-конденсаторы

Для настройки радиоприемников на нужную частоту применяют конденсаторы переменной емкости (КПЕ)


Рис. 3 Конденсаторы КПЕ

Их можно встретить только в приемо-передающей аппаратуре

1- КПЕ с воздушным диэлектриком, найти можно в любом радиоприемнике 60- 80-х годов.
2 – переменный конденсатор для УКВ блоков с верньером
3 – переменный конденсатор, применяется в приемной технике 90-х годов и по сей день, можно встретить в любом музыкальном центре, магнитофоне, кассетном плеере с приемником. В основном китайского производства.

Типов постоянных конденсаторов существует великое множество, в рамках этой статьи невозможно описать все их разнообразие, опишу лишь те, что в бытовой аппаратуре чаще всего встречаются.


Рис. 4 Конденсатор КСО

Конденсаторы КСО – Конденсатор слюдяной опресованный. Диэлектрик – слюда, обкладки – алюминиевое напыление. Залит в корпус из коричневого компаунда. Встречаются в аппаратуре 30-70-х годов, емкость не превышает несколько десятков нанофарад, на корпусе указывается в пикофарадах нанофарадах и микрофарадах. Благодаря применению слюды в качестве диэлектрика, эти конденсаторы способны работать на высоких частотах, поскольку имеют малые потери и имеют большое сопротивление утечки около 10^10 Ом.


Рис. 5 Конденсаторы КТК

Конденсаторы КТК – Конденсатор трубчатый керамический В качестве диэлектрика используется керамическая трубка, обкладки из серебра. Широко применялись в колебательных контурах ламповой аппаратуры с 40-х по начало восьмидесятых годов. Цвет конденсатора означает ТКЕ(температурный коэффициент изменения емкости). Рядом с емкостью, как правило прописывается группа ТКЕ, которая имеет буквенное или цифровое обозначение (Таблица1.) Как видно из таблицы, самые термостабильные – голубые и серые. Вообще этот тип очень хорош для ВЧ техники.

Таблица 1. Маркировка ТКЕ керамических конденсаторов

При настройке приемников часто приходится подбирать конденсаторы гетеродинных и входных контуров. Если в приемнике используются конденсаторы КТК, то подбор емкости конденсаторов в этих контурах можно упростить. Для этого на корпус конденсатора рядом с выводом наматывают плотно несколько витков провода ПЭЛ 0,3 и один из концов этой спиральки подпаивают к выводу конденсаторов. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора. Может случиться, что, подключив конец спиральки к одному из выводов конденсатора, добиться изменения емкости не удается. В этом случае спираль следует подпаять к другому выводу.


Рис. 6 Керамические конденсаторы. Вверху советские, внизу импортные.

Керамические конденсаторы, их обычно называют «красные флажки», также иногда встречается название «глиняные». Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Обычно эти конденсаторы не котируются и редко применяются любителями, поскольку конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики и имеют различные характеристики. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности. На корпусе обозначается емкость и ТКЕ (таблица 2.)

Достаточно взглянуть на допустимое изменение емкости у конденсаторов с ТКЕ Н90 емкость может изменяться почти в два раза! Для многих целей это не приемлемо, но все же не стоит отвергать этот тип, при небольшом перепаде температур и не жестких требованиях ими вполне можно пользоваться. Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости. Встретить их можно в любой аппаратуре, особенно любят китайцы в своих поделках.

Имеют на корпусе обозначение емкости в пикофарадах или нанофарадах, импортные маркируются числовой кодировкой. Первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах (пФ), последняя – количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть “9”. При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра “0”. Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 – 0.5 пФ. Несколько примеров собраны в таблице:

Маркировка цифробуквенная:
22р-22 пикофарада
2n2- 2.2 нанофарада
n10 – 100 пикофарад

Хотелось бы особо отметить керамические конденсаторы типа КМ, применяются в промышленном оборудовании и военных аппаратах, имеют высокую стабильность, найти весьма сложно, потому как содержат редкоземельные металлы, и если вы нашли плату, где применяется данный тип конденсаторов, то в 70 % случаев их вырезали до вас).

Читайте также:  Таблица и расчет тепловой мощности радиаторов отопления

В последнее десятилетие очень часто стали применяться радиодетали для поверхностного монтажа, вот основные типоразмеры корпусов для керамических чип-конденсаторов

Конденсаторы МБМ – металлобумажный конденсатор(рис 6.), применялся как правило в ламповой звукоусилительной аппаратуре. Сейчас весьма ценятся некоторыми аудиофилами. Также к данному типу относятся конденсаторы К42У-2 военной приемки, но их иногда можно встретить и в бытовой вппаратуре.


Рис. 7 Конденсатор МБМ и К42У-2

Следует отметить отдельно такие типы конденсаторов как МБГО и МБГЧ(рис.8), любителями зачастую используются как пусковые конденсаторы для запуска электродвигателей. Как пример, мой запас на двигатель на 7кВт (рис 9.). Рассчитаны на высокое напряжение от 160 до 1000в, что им дает много различных применений в быту и промышленности. Следует помнить, что для использования в домашней сети, нужно брать конденсаторы, с рабочим напряжением не менее 350в. Найти такие конденсаторы можно в старых бытовых стиральных машинах, различных устройствах с электродвигателями и в промышленных установках. Часто применяются в качестве фильтров для акустических систем, имея для этого неплохие параметры.


Рис. 8. МБГО, МБГЧ


Рис. 9

Кроме обозначения, указывающего конструктивные особенности (КСО – конденсатор слюдяной спрессованный, КТК -керамический трубчатый и т. д.), существует система обозначений конденсаторов постоянной емкости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте -двухзначное число, первая цифра которого характеризует тип диэлектрика, а вторая – особенности диэлектрика или эксплуатации, затем через дефис ставится порядковый номер разработки.

Например, обозначение К73-17 означает пленочный полиэтилен-терефталатный конденсатор с 17 порядковым номером разработки.


Рис. 10. Различные типы конденсаторов



Рис. 11. Конденсатор типа К73-15

Основные типы конденсаторов, в скобочках импортные аналоги.

К10 -Керамический, низковольтный (Upa6 1600B)
К51 -Электролитический, фольговый, танталовый,ниобиевый и др.
К20 -Кварцевый
К52 -Электролитический, объемно-пористый
К21 -Стеклянный
К53 -Оксидо-полупроводниковый
К22 -Стеклокерамический
К54 -Оксидно-металлический
К23 -Стеклоэмалевый
К60- С воздушным диэлектриком
К31- Слюдяной малой мощности (Mica)
К61 -Вакуумный
К32 -Слюдяной большой мощности
К71 -Пленочный полистирольный(KS или FKS)
К40 -Бумажный низковольтный(ираб 2 kB) с фольговыми обкладками
К75 -Пленочный комбинированный
К76 –Лакопленочный (MKL)
К42 -Бумажный с металлизированными Обкладками (MP)
К77 -Пленочный, Поликарбонатный (KC, MKC или FKC)
К78 – Пленочный полипропилен (KP, MKP или FKP)

Конденсаторы с пленочным диэлектриком в простонародье называют слюдяными, различные применяемые диэлектрики дают хорошие показатели ТКЕ. В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Они имеют достаточно стабильные параметры и применяются для любых целей (не для всех типов). Встречаются в бытовой аппаратуре повсеместно. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пластмассовым и иметь цилиндрическую или прямоугольную форму(рис. 10.) Импортные слюдяные конденсаторы(рис.12)


Рис. 12. Импортные слюдяные конденсаторы

На конденсаторах указывается номинальное отклонение от емкости, может быть показано в процентах или иметь буквенный код. В основном в бытовой аппаратуре широко применяются конденсаторы с допуском H, M, J, K. Буква, обозначающая допуск указывается после значения номинальной ёмкости конденсатора, вот так 22nK, 220nM, 470nJ.

Таблица для расшифровки условного буквенного кода допустимого отклонения ёмкости конденсаторов. Допуск в %

Буквенное обозначение

лат.

рус.

Важным является значение допустимого рабочего напряжения конденсатора, указывается после номинальной ёмкости и допуска. Обозначается в вольтах с буквы В (старая маркировка), и V (новая маркировка). Например, так: 250В, 400В, 1600V, 200V. В некоторых случаях, буква V опускается.

Иногда применяется кодирование латинской буквой. Для расшифровки следует пользоваться таблицей буквенного кодирования рабочего напряжения конденсаторов.

Номинальное напряжение, В

Буква обозначения

Поклонники Николы Тесла имеют частую потребность в высоковольтных конденсаторах, вот некоторые которые можно встретить, в основном в телевизорах в блоках строчной развертки.


Рис. 13. Высоковольтные конденсаторы

Конденсаторы полярные

К полярным конденсаторам относятся все электролитические, которые бывают:

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают высокой емкостью, низкой стоимостью и доступностью. Такие конденсаторы широко применяются в радиоприборостроении, но имеют существенный недостаток. Со временем электролит внутри конденсатора высыхает и они теряют емкость. Вместе с емкостью увеличивается эквивалентное последовательное сопротивление и такие конденсаторы уже не справляются с поставленными задачами. Это как правило служит причиной неисправности многих бытовых приборов. Использование б/у конденсаторов не желательно, но все же если возникло желание их использовать, нужно тщательно измерить емкость и esr, чтоб потом не искать причину неработоспособности прибора. Перечислять типы алюминиевых конденсаторов не вижу смысла, поскольку особых отличий в них нет, кроме геометрических параметров. Конденсаторы бывают радиальные(с выводами с одного торца цилиндра)и аксиальные(с выводами с противоположных торцов), встречаются конденсаторы с одним выводом, в качестве второго-используется корпус с резьбовым наконечником(он же и является крепежом), такие конденсаторы можно встретить в старой ламповой радиотелевизионной технике. Также стоит заметить, что на материнских платах компьютеров, в импульсных блоках питания часто встречаются конденсаторы с низким эквивалентным сопротивлением, так называемые LOW ESR, так вот они имеют улучшенные параметры и заменяются только на подобные, иначе при первом включении будет взрыв.


Рис. 14. Электролитические конденсаторы. Снизу – для поверхностного монтажа.

Танталовые конденсаторы, лучше чем алюминиевые, за счет использования более дорогой технологии. В них применяется сухой электролит, поэтому им не свойственно «высыхание» алюминиевых конденсаторов. Кроме того, танталовые конденсаторы имеют более низкое активное сопротивление на высоких частотах (100 кГц), что важно при использовании в импульсных источниках питания. Недостатком танталовых конденсаторов является относительно большое уменьшение емкости с увеличением частоты и повышенная чувствительность к переполюсовке и перегрузкам. К сожалению, этот тип конденсаторов характеризуется невысокими значениями емкости (как правило, не более 100 мкФ). Высокая чувствительность к напряжению заставляет разработчиков делать запас по напряжению Увеличенным в два и более раз.


Рис. 14. Танталовые конденсаторы. Первые три отечественные, предпоследний импортный, последний импортный для поверхностного монтажа.

Основные размеры танталовых чип-конденсаторов:

К одной из разновидностей конденсаторов (на самом деле это полупроводники и с обычными конденсаторами имеют мало общего, но упомянуть их все же имеет смысл) относятся варикапы. Это особый вид диодо-конденсатора, который изменяет свою емкость в зависимости от приложенного напряжения. Применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.


Рис. 15 Варикапы кв106б, кв102

Также весьма интересны «суперконденсаторы» или ионисторы. При малых размерах они обладают колоссальной емкостью и часто используются для питания микросхем памяти, и иногда ими подменяют электрохимические батареи. Ионисторы могут работать и в буфере с батареями в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает суперконденсатор, и если ток резко возрастет, ионистор отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком варианте использования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторной батареи, либо внутри ее корпуса. Их можно встретить в ноутбуках в качестве элемента питания для CMOS.

К недостаткам можно отнести:
Удельная энергия меньше, чем у аккумуляторов (5-12 Вт·ч/кг при 200 Вт·ч/кг для литий-ионных аккумуляторов).
Напряжение зависит от степени заряженности.
Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
Большое внутреннее сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (10. 100 Ом у ионистора 1 Ф × 5,5 В).
Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд: порядка 1 мкА у ионистора 2 Ф × 2,5 В[4].


Рис. 16. Ионисторы

Что такое конденсатор и как он работает?

Если вы рассмотрите печатную плату даже самого простого электронного устройства, то обязательно увидите конденсатор, а чаще всего встретите множество этих элементов. Присутствие этих изделий на различных электронных схемах объясняется свойствами данных радиоэлементов, широким диапазоном функций, которые они выполняют.

В настоящее время промышленность поставляет на рынок конденсаторную продукцию различных видов (рис. 1). Параметры изделий варьируются в широких пределах, что позволяет легко подобрать радиодеталь для конкретной цели.

Рис. 1. Распространённые типы конденсаторов

Рассмотрим более подробно конструкции и основные параметры этих вездесущих радиоэлементов.

Что такое конденсатор?

В классическом понимании конденсатором является радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления энергии электрического поля, обладающее способностью накапливать в себе электрический заряд, с последующей передачей накопленной энергии другим элементам электрической цепи. Устройства очень часто используют в различных электрических схемах.

Конденсаторы способны очень быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать всю накопленную энергию. Для их работы характерна цикличность данного процесса. Величина накапливаемого электричества и периоды циклов заряда-разряда определяется характеристиками изделий, которые в свою очередь зависят от типа модели. Параметры этих величин можно определить по маркировке изделий.

Конструкция и принцип работы

Простейшим конденсатором являются две металлические пластины, разделённые диэлектриком. Выступать в качестве диэлектрика может воздушное пространство между пластинами. Модель такого устройства изображена на рис. 2.

Рис. 2. Модель простейшего конденсаторного устройства

Если на конструкцию подать постоянное напряжение, то образуется кратковременная замкнутая электрическая цепь. На каждой металлической пластине сконцентрируются заряды, полярность которых будет соответствоать полярности приложенного тока. По мере накопления зарядов ток будет ослабевать, и в определенный момент цепь разорвётся. В нашем случае это произойдёт молниеносно.

При подключении нагрузки накопленная энергия устремится через нагрузочный элемент в обратном направлении. Произойдёт кратковременный всплеск электрического тока в образованной цепи. Количество накапливаемых зарядов (ёмкость, C) прямо зависит от размеров пластин.

Единицу измерения ёмкости принятоназывать фарадой (Ф). 1 F – очень большая величина, поэтому на практике часто применяют кратные величины: микрофарады (1 мкФ = 10 -6 F ), нанофарады ( 1 нФ = 10 -9 F = 10 -3 мкФ), пикофарады (1 пкФ = 10 -12 F = 10 -6 мкФ). Очень редко применяют величину милифараду (1 мФ = 10 -3 Ф).

Конструкции современных конденсаторов отличаются от рассматриваемой нами модели. С целью увеличения ёмкости вместо пластин используют обкладки из алюминиевой, ниобиевой либо танталовой фольги, разделённой диэлектриками. Эти слоеные ленты туго сворачивают в цилиндр и помещают в цилиндрический корпус. Принцип работы не отличается от описанного выше.

Существуют также плоские конденсаторы, конструктивно состоящие из множества тонких обкладок, спрессованных между слоями диэлектрика в форме параллелепипеда. Такие модели можно представить себе в виде стопки пластин, образующих множество пар обкладок, соединённых параллельно.

В качестве диэлектриков применяют:

Отдельную группу составляют изделия, у которых одна обкладка выполнена из металла, а в качестве второй выступает электролит. Это класс электролитических конденсаторов (пример на рисунке 3 ниже). Они отличаются от других типов изделий большой удельной ёмкостью. Похожими свойствами обладают оксидно-полупроводниковые модели. Второй анод у них – это слой полупроводника, нанесённый на изолирующий оксидный слой.

Рис. 3. Конструкция радиального электролитического конденсатора

Электролитические модели, а также большинство оксидно-полупроводниковых конденсаторов имеют униполярную проводимость. Их эксплуатация допустима лишь при наличии положительного потенциала на аноде и при номинальных напряжениях. Поэтому следует строго соблюдать полярность подключения упомянутых радиоэлектронных элементов.

На корпусе такого прибора обязательно указывается полярность (светлая полоска со значками «–», см. рис. 4) или значок «+» со стороны положительного электрода на корпусах старых отечественных конденсаторов.

Рисунок 4. Обозначение полярности выводов

Срок службы электролитического конденсатора ограничен. Эти приборы очень чувствительны к высоким напряжениям. Поэтому при выборе радиоэлемента старайтесь, чтобы его рабочее напряжение было значительно выше номинального.

Свойства

Из описания понятно, что для постоянного тока конденсатор является непреодолимым барьером, за исключением случаев пробоя диэлектрика. В таких электрических цепях радиоэлемент используется для накопления и сохранения электричества на его электродах. Изменение напряжения происходит лишь в случаях изменений параметров тока в цепи. Эти изменения могут считывать другие элементы схемы и реагировать на них.

В цепях синусоидального тока конденсатор ведёт себя подобно катушке индуктивности. Он пропускает переменный ток, но отсекает постоянную составляющую, а значит, может служить отличным фильтром. Такие радиоэлектронные элементы применяются в цепях обратной связи, входят в схемы колебательных контуров и т. п.

Ещё одно свойство состоит в том, что переменную емкость можно использовать для сдвига фаз. Существуют специальные пусковые конденсаторы (рис.5), применяемые для запусков трёхфазных электромоторов в однофазных электросетях.

Рис. 5. Пусковой конденсатор с проводами

Основные параметры и характеристики

Ёмкость.

Важным параметром конденсатора является его номинальная ёмкость. Для плоского конденсатора справедлива формула:

С = (ε*ε*S) / d,

где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S – размеры обкладок (площадь пластин), d – расстояние между пластинами (обкладками).

Реальная емкость отдельных элементов обычно невелика, но можно получить конструкцию ёмкостью в несколько фарад, если параллельно соединить огромное число обкладок. В этом случае реальная ёмкость равняется сумме всех ёмкостей обкладок.

Максимальные емкости некоторых конденсаторов могут достигать нескольких фарад.

Удельная ёмкость.

Величина, характеризующая отношение ёмкости к объёму или к массе радиодетали. Данный параметр важен в микроэлектронике, где размеры деталей очень важны.

Номинальное напряжение.

Одной из важных электрических характеристик является номинальное напряжение – значение максимальных напряжений, при которых конденсатор может работать без потери значений других его параметров. При превышении критической величины равной напряжению пробоя происходит разрушение диэлектрика. Поэтому номинальное напряжение подбирают заведомо большее любых возможных максимальных амплитуд синусоидального тока в цепи конденсатора.

Существуют характеристики, такие как тангенс угла потерь, температурный коэффициент ёмкости, сопротивление утечки, диэлектрическая абсорбция и др., которые интересны только узким специалистам, а их параметры можно узнать из специальных справочников.

Классификация

Основные параметры конденсаторных изделий определяются типом диэлектрика. От материала зависит стабильность ёмкости, тангенс диэлектрических потерь, пьезоэффект и другие. Исходя из этого, классификацию моделей целесообразно осуществлять именно по виду диэлектрика.

По данному признаку различают следующие типы изделий:

В твёрдотельных моделях срок службы больший, чем у жидко-электролитических и составляет около 50 000 часов. У них меньшее внутренне сопротивление, то есть ЭПС почти не зависит от температуры, они не взрываются.

Классифицируют изделия и по другому важному параметру – изменению ёмкости. По данному признаку различают:

Все существующие конденсаторы можно условно разделить на общие и специальные. К изделиям общего назначения относятся самые распространённые низковольтные конденсаторы (см. рис. 6). К ним не предъявляют особых требований.

Рис. 6. Конденсаторы общего назначения

Все остальные ёмкостные радиоэлементы принадлежат к классу специального назначения:

Читайте также:  Устройство фундамента под дом из пеноблоков

Рис. 7. Высоковольтные конденсаторы

Изображённые на фото устройства могут работать в высоковольтных цепях сравнительно низкой частоты.

Маркировка

Для маркировки отечественных изделий применялась буквенная система. Сегодня распространена цифровая маркировка. В буквенной системе применялись символы:

В данной системе маркировки иногда первую букву опускали.

В новой системе маркировки на первом месте может стоять буква К, а после неё идёт буквенно-цифровой код. Для обозначения номинала, вида диэлектрика и номера разработки используют цифры. Пример такой маркировки показан на рисунке 8. Обратите внимание на то, что на корпусе электролитического конденсатора обозначена полярность включения.

Рис. 8. Маркировка конденсаторов

Обозначение на схемах

Каждое семейство конденсаторов имеет своё обозначение, позволяющее визуально определить его тип (см. рис. 9).

Рис. 9. Обозначение на схемах

Соединение конденсаторов

Существует два способа соединения: параллельное и последовательное. При параллельном соединении общая ёмкость равна сумме ёмкостей отдельных элементов: Собщ. = С1 + С2 + … + Сn.

Для последовательного соединения расчёт ёмкости рассчитывается по формуле: Cобщ. = ( C1* C2 *…* Cm ) / ( C1 + C2+…+Cn )

Чтобы быстро посчитать общую емкость соединенных конденсаторов лучше воспользоваться нашими калькуляторами:

Применение

Конденсаторы применяются почти во всех областях электротехники. Перечислим лишь некоторые из них:

С помощью этого радиоэлектронного элемента можно получать импульсы большой мощности, что используется, например, в фотовспышках, в системах зажигания карбюраторных двигателей.

Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.


Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.


Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.


Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Что такое заземление? Как сделать и для чего нужно заземление

Заземление и приземление. Слова однокоренные. Приземление обозначает стыковку с поверхностью. Заземление – термин из сферы электроприборов и связанного с ними. Остается проанализировать какова связь с землей.

Что такое заземление

Если обсуждается связь электрооборудования с почвой, возможно, речь о заземлении. Иногда, на поверхности приборов скапливается разряд. Среди причин – нарушение поверхности проводов. Сквозь прохудившуюся изоляцию ток с техники переходит на тела прикасающихся к нему людей, животных.

Плоть становится проводником на пути электронов к земле. Зная сие, люди предлагают напряжению иной путь. Провожатым делают провод, уходящий от аппаратуры в почву. Сопротивление кожи току выше, чем у металла.

Получив выбор, высвободившийся ток переходит на сплавы. Почва, куда они ведут, отлично поглощает энергию. Особенно хорошо ток «растекается» в водоносных слоях земли.

Придумал, как сделать заземление Бенджамин Франклин. Ему принадлежит идея громоотвода. Изначально, американец прикрепил металлический прут к машинному кондуктору.

Заряд с последнего начал плавно стекать по шпилю, подобно тому, как перед грозой ток спускается по мачтам судов и шпилям церквей. Франклин был уверен в электрической природе молнии и догадался, что при высоком потенциале поля, часть электронов из него могут оттягивать на себя проводники.

Общий заряд уменьшается. Вместо искровой молнии рождается коронный разряд, тот самый стекающий и лишь слегка лучащийся. Такой не способен воспламенить окружающие предметы и опалить плоть.

Получается, с практической точки зрения контур заземления – это защита здоровья и материального имущества. Подробнее о роли отвода тока в почву расскажем в следующей главе.

Зачем нужно заземление

Если описывать ток, то это субстанция без запаха, вкуса и цвета. Прикасаясь к предмету под напряжением, человек может не знать об опасности. Искрить начинает лишь в случае короткого замыкания. Оно происходит при соединении точек электрической цепи с разными электронными потенциалами.

«Молчаливое» заземление призвано уберегать от столь же незаметного напряжения. Потенциал земли уравнивается с потенциалом корпуса электрического прибора. Однако, полностью отвести ток в землю удается лишь при низком сопротивлении на участке цепи.

Альтернативой заземлению служит зануление. Его провод подводится к трансформаторной нейтрали подстанции. При попадании фазы на прибор, происходит замыкание. Оно служит толчком к срабатыванию в сети предохранителей.

Прибор автоматически отключается. То есть, зануление дает людям сигнал о неисправностях, но напряжение остается на корпусах приборов. Нужно починить сеть, лишь потом возвращаться к эксплуатации оборудования. Актуально для промышленных объектов. Дома заземление лучше.

Зануление еще именуют рабочим заземлением. Руководствуются не столько вопросами безопасного труда, сколько подстраховкой на случай аварии. Нужно обеспечить возможность работы оборудования в экстремальных условиях.

Обычное же заземление именуют защитным. Его главная роль – спасти жизни и здоровье людей. Для удара током, кстати, мало прикоснуться к аппарату под напряжением. Нужна электрическая цепь.

В ней 3 участника – прибор, тело и земля. Если человек, к примеру, зависнет в воздухе, цепь не сложится и удар током минует. Но, как сетовала героиня повести Островского «Гроза»: — «Почему люди не летают?»

В первой главе указывалось, что еще лучше земли ток вбирает вода. Смертельными, обычно, становятся электрические дуги, формирующиеся через тело человека в мокрую почву, лужу.

Достаточно вспомнить сцены из фильмов с опусканием в воду руки с включенным феном. В общем, заземление приборов особенно важно во влажных помещениях, площадях с риском затопления.

Способность разных грунтов столь же по-разному «воспринимать» ток – это сопротивление заземления. Земля противодействует растеканию по ней электронов. Есть рамки этого противодействия. Для частных коттеджей и дач рекомендовано сопротивление в 30 Ом. На газопроводах и молниеотводах достаточно 10-ти Ом, а на телекоммуникациях – 2-4-ех.

Третьим типом заземления признан тот самый громоотвод, созданный Бенджамином Франклином. Отсутствие защиты на бытовых и промышленных приборах редко приводит к пожарам.

Температура в месте напряжения невысока. Дабы началось возгорание, нужна искра и легковоспламеняющиеся газы в воздухе. Совпадают факторы редко. При ударе же молнии точка взаимодействия с ней раскаляется до 30000 градусов. 1/5 пожаров на личных усадьбах – итог попадания небесного разряда.

Такова статистика. Поэтому, заземление в частном доме необходимо и на приборах, и на крыше в виде металлического шпиля. Как установить его, и сделать защиту на электроаппаратуре, поведаем далее.

Как сделать заземление своими руками

Шпиль громоотвода, обычно, представляет стальной стержень шириной сантиметр и длиной около 2,5 метров. Это приемник тока. Устанавливают его в верхней точке крыши. Известно, что молнии притягивают именно высотные объекты.

От приемника по стенам дома спускают катанку. Это провод заземления с круглым и широким сечением. Ведут катанку поодаль от окон и дверей. Сам заземлитель делают общим с бытовыми приборами жилища.

Иначе говоря, провода-проводники из дома и с крыши ведут к одному контуру, зарытому в грунт. Достаточно рамы из 3-ех электродов. Так называют проводники 1-го типа в контакте с ионным проводником.

Электроды для контура заземления должны быть «голыми», то есть без антикоррозийными диэлектриками. Ограничиваются лаком в местах сварки.

Нужно учесть постепенное истончение стали под действием коррозии. Поэтому, электроды берут с запасом в сечении. Есть минимальные требования. Так, ширина оцинкованного прута должна быть 6 миллиметров и больше. Минимум для прутов из черного металла – сантиметр.

Электроды в заземляющем контуре соединяют лентой из стали. Такую именуют трипсом. С электродами его сваривают. Можно сделать заземление своими руками. Важно увести контур на метр от стен и на 5 метров от пешеходных тропинок и крыльца дома.

Соответственно, удобно уводить проводники на задние стены строения и скаты крыши. Впрочем, бывают дома с несколькими входами. Важно удалить контур на 5 метров от каждого.

В частных домах удобно делать систему естественного заземления. Оно заключается в использовании для проведения тока уже имеющихся в строении элементов. По фундаменту, к примеру, напряжение может провести арматура. В общем, можно сэкономить на покупке провода и сохранить естественный вид здания. Провод, кстати, именуют искусственным заземлителем.

В многоквартирном доме система заземления подводится к щиткам. Они должны входит в контур системы. Соединение с ним происходит через шину заземления. К ней подведено много проводников. Шина позволяет выровнять потенциалы сети.

Делают элемент из железа. По сути, медь и алюминий подойдут лучше, но дороги и есть риск вырезания металла с целью сдачи в пункты приема. Сделать шину можно даже из золота, что тоже нелогично при наличии дешевого и не интересующего сборщиков сплавов железа.

Заземляющий провод, хоть в квартире, хоть в доме, должен входит в основную проводку совпадать по сечению с фазной жилой в разводке по дому. Таков стандарт. Соответственно, проводка делается трехжильной.

Одна «жила» в ней – ноль, вторая – фаза, а третья – заземление. Розетка с ним снабжена контактами. Они подведены к корпусу. Его включение автоматически «запускает» не только бег тока, но и работу заземлителя.

Читайте также:  Что делать, если вздулся ламинат: советы

Износ изоляции ведет не только к коротким замыканиям. На них реагируют автоматы защиты. Чаще из системы «утекают» малые токи. На них настроено УЗО. Аббревиатура расшифровывается как «устройство защитного отключения». Однако, направляют излишки тока оба прибора в заземляющий провод, а тот уводит напряжение в грунт.

Кроме стационарного заземления бывает переносное. Его используют, как правило, на предприятиях во время отключения от тока участков сети вблизи электроустановок. Есть риск ошибочной подачи напряжения или появления наведенного тока. Под последним понимается некое перекидывание электронов с соседней линии, которая остается проводящей.

Переносное заземление – это таскаемый с собой проводник, желательно, из меди. У нее сопротивление минимально. Провод подсоединяется к токоведущей линии. Предварительно ее обесточивают. Второй конец переносного проводника подсоединяется к заземлителям. Речь хоть об естественных, хоть об искусственных отводах потока электронов.

Какой инструмент пригодится

Для искусственных заземлителей берут стальные пруты, уголки и трубы. Последние могут быть как круглого, так и прямоугольного сечения. Подойдет и бетон. У него есть электропроводный тип. Использование бетона выгодно с точки зрения устойчивости материала к коррозии.

В землю электроды загоняются кувалдой. С заводскими наборами работают отбойниками. Для соединения штырей берут латунные резьбовые муфты. Соединение проводящего провода с электродом идет через зажим. Берут стальной.

Снизить сопротивление на стыках помогает специальная паста. Она есть в электротехнических магазинах. Сваривают конструкцию, естественно, сварочным аппаратом или по старинке паяльником. Стремянка во время монтажа тоже пригождается.

Не забываем и про стальную, медную муфту, если делаем заземление в многоквартирном доме. В общем, точный набор инвентаря зависит от типа строения, его этажности, мощности сети.

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…

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.

Про заземление и зануление для “чайников”

Мой горький опыт электрика позволяет мне утверждать: Если у Вас “заземление” сделано как надо – то есть в щитке есть место присоединения “заземляющих” проводников, и все вилки и розетки имеют “заземляющие” контакты – я вам завидую, и вам не о чем беспокоиться.

Правила подключения заземления

В чем же состоит проблема, почему нельзя подключать провод заземления на трубы отопления или водоснабжения?

Реально в городских условиях блуждающие токи и пр. мешающие факторы столь велики, что на батарее отопления может оказаться что угодно. Однако основная проблема, в том, что ток срабатывания автоматов защиты достаточно велик. Соответственно один из вариантов возможной аварии – пробой накоротко фазы на корпус с током утечки как раз где-то на границе срабатывания автомата, то есть, в лучшем случае 16 ампер. Итого, делим 220в на 16А – получаем 15 ом. Всего каких-то тридцать метров труб, и получите 15 ом. И потек ток куда-то, в сторону не пиленого леса. Но это уже не важно. Важно то, что в соседней квартире (до которой 3 метра, а не 30, напряжение на кране почти те же 220.), а вот на, скажем, канализационной трубе – реальный ноль, или около того.

А теперь вопрос – что будет с соседом, если он, сидя в ванной (соединившись с канализацией посредством открывания пробки) коснется крана? Угадали?

Приз – тюрьма. По статье о нарушении правил электробезопасности повлекшем жертвы.

Не надо забывать, что нельзя делать имитацию схемы “заземления” , соединяя в евророзетке “нулевой рабочий” и “нулевой защитный” проводники, как иногда практикуют некоторые “умельцы”. Такая замена крайне опасна. Не редки случаи отгорания “рабочего нуля” в щите. После этого на корпусе Вашего холодильника, компьютера и т.д. очень прочно размещается 220В.

Последствия будут примерно такими же, как и с соседом, с той разницей, что за это ни кто ответственности нести не будет, кроме того, кто сделал такое соединение. А как показывает практика, это делают сами же хозяева, т.к. считают себя достаточными специалистами, чтобы не вызывать электриков.

“Заземление” и “зануление”

Одним из вариантов “заземления” является “зануление”. Но только не как в случае описанном выше. Дело в том, что на корпусе распределительного щита, на Вашем этаже имеется нулевой потенциал, а если точнее, нулевой провод, проходящий через этот самый щиток, просто-напросто имеет контакт с корпусом щита посредством болтового соединения. Нулевые проводники с расположенных на этом этаже квартир, тоже присоединяются к корпусу щита. Давайте рассмотрим этот момент поподробнее. Что мы видим, каждый из этих концов заведен под свой болт (на практике правда часто встречается по парное соединение этих концов). Вот как раз туда и надо подсоединять наш новоиспеченный проводник, который в последствии будет называться “заземлением”.

В этой ситуации тоже есть свои нюансы. Что мешает “нулю” отгореть на входе в дом. Собственно говоря, ни чего. Остается лишь надеяться, что домов в городе меньше чем квартир, а значит и процент возникновения такой проблемы значительно меньше. Но это опять же русский “авось”, который проблему не решает.

Единственно правильное решение, в этой ситуации. Взять металлический уголок 40х40 или 50х50, длинной метра 3, забить его в землю, чтобы за него не запинались, а именно, копаем яму на два штыка лопаты в глубину и максимально забиваем туда наш уголок, а от него провести провод ПВ-3 (гибкий, многожильный), сечением не менее 6 мм. кв. до, Вашего распределительного щита.

В идеале “контур заземления” должен состоять из 3х – 4х уголков, которые свариваются металлической полосой той же ширины. Расстояние между уголками должно составлять 2 м.

Только не надо сверлить в земле дыру метровым буром и опускать туда штырь. Это не правильно. Да и КПД такого заземления близко к нулю.

Но, как и в любом способе здесь есть свои минусы. Вам, конечно, повезло, если Вы живете в частном доме, или хотя бы, на первом этаже. А как быть тем, кто живет этаже на 7-8? Запастись 30-ти метровым проводом?

Так как же найти выход из создавшейся ситуации? Боюсь, что ответ на этот вопрос Вам не дадут даже самые опытные электромонтажники.

Что требуется для разводки по дому

Для разводки по дому Вам понадобится медный провод заземления, соответствующей длины, и сечением не менее 1,5 мм. кв. и, конечно, розетка с “заземляющим” контактом. Короб, плинтус, скоба – дело эстетики. Идеальный вариант, это когда Вы делаете ремонт. В этом случае я рекомендую выбрать кабель с тремя жилами в двойной изоляции, лучше ВВГ. Один конец провода заводится под свободный болт шины распределительного щита, соединенной с корпусом щита, а второй – на “заземляющий” контакт розетки. При наличии в щите УЗО заземляющий проводник не должен нигде на линии иметь контакта с N проводником (в противном случае будет срабатывать УЗО).

Не надо так же забывать, что “земля” не имеет права разрываться, посредством каких либо выключателей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *