§ 30. Энергетическое обеспечение зданий. Энергосбережение в быту

        Как вы уже знаете, электрическая энергия вырабатывается её источником под действием каких-либо внешних сил (в электромеханическом генераторе такой внешней силой является механическая сила, которая вращает его турбину). При этом в результате действия внешней силы каждый единичный электрический заряд при движении внутри источника приобретает некоторое количество энергии.

         Опасным в электротехнике является короткое замыкание. Если соединить электроды источника тока проводом, получим то, что называется режимом короткого замыкания.

Рис. 1. Короткое замыкание

        Сила тока в режиме короткого замыкания источника становится непомерно большой, что приводит к выделению большого количества тепла внутри электромеханического генератора и разрушению в нём обмоток. (В гальванических источниках тока это ведёт к разрушению электродов.) Сила тока бывает настолько велика, что провод, замыкающий электроды источника, раскаляется докрасна и даже плавится.

          Ток короткого замыкания опасен как для источника электрической энергии, так и для нагрузки и может привести к возгоранию проводов электрической цепи и пожару.

      Для предохранения от короткого замыкания между источником и нагрузкой в разрыв проводов устанавливают защитные устройства в виде плавких предохранителей и автоматов защиты.

        Эти устройства предохраняют от повреждения станки, двигатели, генераторы, линии электропередачи, бытовые электроприборы и т. д. При отклонениях в работе электрической цепи они отключают потребители электроэнергии, предотвращая пожары, аварии, травматизм.

          Примером защитного устройства электрической цепи служат плавкие предохранители, устанавливаемые для защиты квартирной электропроводки и электробытовых приборов (телевизоров, радиоприёмников и др.). Предохранитель представляет собой тонкую проволоку из легкоплавкого металла, вставленную в стеклянную или керамическую трубку (рис. 2).

Рис. 2. Плавкий предохранитель: а — внешний вид, б — устройство; 1 — изоляционный материал, 2 — плавкая вставка, 3 — окно, 4 — винтовой контакт, 5 — центральный контакт

       При неисправностях в электрической цепи, связанных с увеличением тока выше допустимого (при перегрузке или коротком замыкании), проволока нагревается и расплавляется. При этом происходит размыкание электрической цепи. 

        Параметром предохранителя является максимально допустимая мощность, которая в этом случае задается в виде допустимой силы рабочего тока. Величина этого тока указана на корпусе или контактах предохранителя. Перегоревшую плавкую вставку предохранителя заменяют на аналогичную с той же самой величиной допустимого тока.

       Заменять плавкую вставку на вставку с большей силой тока, на «жучка» или заглушку в виде металлической фольги опасно, так как это может привести к перегрузке и возгоранию проводов и других элементов электрической цепи.

        Нагрузка электрической цепи будет исправно выполнять положенную работу только в том случае, если её электрические параметры соответствуют параметрам источника и другим элементам цепи. Это означает, что рабочее напряжение нагрузки должно соответствовать рабочему напряжению источника, а мощность, потребляемая нагрузкой, не должна превышать его допустимой мощности.

      Так, все электроприборы, рассчитанные на напряжение 220 В, в электрической сети с напряжением 127 В практически работать не смогут из-за недостатка энергии. Поэтому нить накала лампы будет едва светиться, излучающая поверхность электрокамина станет лишь слегка тёплой, а вода в электрочайнике не вскипит.

      И наоборот, в электрической сети с напряжением 220 В все электроприборы, рассчитанные на 127 В, также работать не смогут, но уже по другой причине: они будут получать от источника слишком большую энергию. Нить накала лампы ярко вспыхнет и сразу расплавится, нагревательные элементы будут некоторое время работать, но затем их постигнет та же участь. Если потребляемая приборами мощность электрической энергии превысит допустимую мощность источника, то сработают предохранители, защищающие его от возникшей перегрузки, однако нагревательные приборы при этом работать не смогут.

Правила безопасности

    Известно, что электрический ток может быть не только полезен для человека, но и представлять для него серьёзную опасность. Тело человека способно проводить электрический ток. И если оно оказывается под напряжением, то фактически становится элементом электрической цепи. Поражающее действие электрического тока зависит от величины тока, пути его прохождения через организм и времени прохождения. При этом сила тока зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела.

         Доказано, что разные ткани организма имеют разное сопротивление. Кожа, кости и жировая ткань оказывают большое сопротивление, мышечная ткань, кровь, спинной и головной мозг — малое. Наибольшим сопротивлением обладает кожа человека, особенно её верхний слой.

           Электрическое сопротивление тела человека с сухой и чистой кожей при напряжении 15-20 В может меняться от 3000 до 100 000 Ом. Повреждения кожи в виде царапин, порезов, ушибов, а также потовыделение снижают сопротивление до 300-500 Ом. При длительном протекании тока сопротивление кожи также уменьшается.

       Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него электричества при переменном токе 0,001-0,0015 А. Этот ток называется порогово-ощутимым.

      При токе 0,010-0,015 А (неотпускающий ток) человек не может самостоятельно оторвать руки от электродов. В этом состоянии он нуждается в посторонней помощи. Исход зависит от длительности воздействия тока. При продолжительном действии сила тока, возрастая, может привести к поражению органов дыхания и сердца. Наилучшая помощь в этой ситуации — отключить источник электроэнергии, страхуя при этом пострадавшего от падения на пол. Если выключатель источника питания находится далеко (вне класса), то пострадавшего необходимо оторвать от электродов — с помощью изолятора в виде палки, доски, ремня, шарфа или схватив за одежду. Дотрагиваться до тела человека, находящегося под напряжением, опасно, так как спасатель сам может оказаться в положении пострадавшего.

         Ток в 0,05 А опасен для жизни. При длительном протекании через: а) руки человека,  б) руку и ноги  в) ноги ток приводит к поражению сердца и его остановке. В этом состоянии пострадавшего необходимо быстро отключить от источника электроэнергии и экстренно оказать ему помощь (массаж сердца, искусственное дыхание), так как через 5-7 минут может наступить смерть.

       Опасное для жизни напряжение — 50 В.

        В большинстве практических работ по электротехнике школьники используют источники постоянного тока с напряжением 4-4,5 В, которое совершенно безопасно для человека, если только речь идёт о гальванических источниках постоянного тока в виде батареи от карманного фонаря.

        Со вторичными источниками постоянного тока, которые включаются в сеть переменного тока с напряжением 36 или 42 В, следует вести себя более осторожно. Особенная бдительность требуется при работе с напряжением 42 В. Переменное напряжение 42 В существенно уменьшает, но не ликвидирует опасность поражения электрическим током. В теле человека при таком напряжении может возникнуть эффект неотпускающего тока со всеми опасными для жизни последствиями.

Правила безопасности при работе с источниками переменного тока с напряжением 42 В

1. Монтаж и разборка всех электрических цепей должны проводиться при отключенном источнике электроэнергии.
2. Источник переменного тока можно включать только после того, как учитель или лаборант проверит электрическую цепь, собранную школьником.
3. Запрещается дотрагиваться руками до элементов собранной электрической цепи после включения источника тока, особенно до электродов, подключаемых к выходам источника.

Экономия электроэнергии

       Каждый человек прежде всего должен осознать: необходимо экономить энергию.

    Экономия энергии позволит:

• уменьшить выделение углекислого газа в атмосферу (для ослабления парникового эффекта);
• экономить топливо;
• сократить число электростанций (для снижения опасности кислотных дождей и загрязнения воздуха);
• благодаря меньшей добыче полезных ископаемых сохранить дикую природу.

Экономия электроэнергии.

В настоящее время в каждом доме имеется большое количество бытовых электроприборов, которые помогают людям сделать жизнь комфортной и интересной. Использование этих приборов связано с потреблением большого количества электроэнергии. При правильном использовании электроприборов можно достичь экономии электроэнергии в размере 20–25%

В современной городской квартире больше всего потребляет электроэнергии электрическая плита. Соблюдение следующих несложных правил и приёмов позволит сэкономить большее количество электроэнергии.

При варке в кастрюле супа или картошки нужно включать конфорку на полную мощность только до закипания воды. Как только вода начинает закипать, переключайте нагрев конфорки на первое или второе положение регулятора мощности. Кастрюля обязательно должна быть плотно закрыта крышкой, так как при варке в открытой посуде расход электроэнергии увеличивается в 2,5 раза.

Донышки у кастрюль и сковородок должны быть чистые и ровные, чтобы обеспечить плотное прилегание к конфоркам. Посуда с искривлённым дном или с нагаром требует электроэнергии до 60% больше. При покупке посуды отдавайте предпочтение сковородкам и кастрюлям со стеклянной крышкой и с толстым массивным дном. Такая посуда быстрее прогревается и долго держит температуру. При использовании посуды, которая не соответствует размерам конфорки, теряется 5–10% электроэнергии.

Плита должна быть исправна. Полопавшиеся, со сколами и вздутиями, грязные нагревательные элементы тратят на 60% больше электроэнергии. Кроме того, для приготовления пищи необязательно всякий раз пользоваться электроплитой. Можно использовать специальные приборы для приготовления пищи – электрочайник, электрокастрюлю, электросковороду, кофеварку, тостер, электрогриль. Чайник экономит электроэнергию, автоматически выключаясь при закипании в нём воды, а если кипятить воды ровно столько, сколько требуется сейчас, без запаса, чайник будет являться самым бережливым электроприбором в вашем доме.

После электроплиты самый необходимый на кухне электроприбор – это холодильник. Холодильник включён в сеть всегда, он потребляет электроэнергии лишь в 2 раза меньше, чем электроплита. Приведённые ниже правила позволят экономить электроэнергию, потребляемую холодильником.

Устанавливать холодильник следует у самой холодной стены, лучше всего у наружной. Ни в коем случае нельзя ставить холодильник у батарей отопления или рядом с плитой. Чтобы влага из продуктов не намерзала на испарителях в морозилке, следует хранить продукты в закрытых коробках, банках, завёрнутыми в фольгу или в полиэтиленовую плёнку.

Холодильник лучше постоянно держать наполненным продуктами. Высокая теплоёмкость хранящихся продуктов будет поддерживать в нём ровную температуру, и намного реже будет включаться компрессор. При отключении электроэнергии это может сберечь продукты от оттаивания. Ставить в холодильник неостывшие кастрюльки с едой недопустимо.

Резиновое уплотнение на дверце должно быть герметичным. При пользовании холодильником старайтесь не оставлять дверцу надолго открытой. Самым главным мероприятием по уходу за холодильником, способствующим экономному потреблению электроэнергии, является регулярное оттаивание снежной «шубы» и просушка холодильника.

Очень экономно потребляют электроэнергию автоматические стиральные машины, которые работают по заданной программе. При боре неправильной программы стирки перерасход электроэнергии может достигать 30%.

При использовании пылесоса на треть заполненный мешок для сбора пыли ухудшает всасывание воздуха на 40%. Соответственно на эту же величину возрастает расход потребления электроэнергии, поэтому чаще опорожняйте пылесборник вашего пылесоса.

Настройте свой домашний компьютер на экономичный режим работы (отключение монитора, переход в спящий режим, отключение жёстких дисков и т. д.). Это также позволит вам сэкономить заметное количество электроэнергии.

Не оставляйте надолго оборудование в режиме ожидания – выключайте его из розетки. Телевизор с экраном среднего размера потребляет за месяц в режиме ожидания почти 9 кВт/ч энергии, музыкальный центр – 8 кВт/ч, видеомагнитофон – 4 кВт/ч. Зарядное устройство для мобильного телефона, оставленное включённым в розетку, нагревается, даже если там нет телефона. Это происходит потому, что устройство всё равно потребляет электричество, поэтому, когда зарядное устройство подключено к розетке постоянно, 95% энергии расходуется впустую. Выключение неиспользуемых приборов из сети позволит снизить потребление электроэнергии в среднем до 300 кВт/ч в год.

Сегодня при выборе ламп для освещения дома люди всё чаще останавливают свой выбор на энергосберегающих лампах. Широкий ассортимент этих лампочек позволяет использовать их практически для всех типов светильников. Лампы отличаются друг от друга мощностью, габаритными размерами, формой исполнения, используемыми цоколями, характеристиками излучаемого света. Обилие моделей позволит вам заменить все обычные лампы накаливания в вашем доме на энергосберегающие.

Замена ламп накаливания компактными люминесцентными лампами обеспечит, по крайней мере, четырёхкратную экономию электроэнергии. Современная энергосберегающая лампа служит 10 тыс. ч, в то время как лампа накаливания – в среднем 1,5 тыс. ч, т. е. в  6–7 раз меньше. Стоимость люминесцентной лампы примерно вдвое больше. Однако компактная люминесцентная лампа мощностью 11 Вт заменяет лампу накаливания мощностью 60 Вт. Таким образом, затраты окупаются менее чем за год, а служит она 3–4 года.

И, наконец, самое простое правило: не забывайте, выходя из дома, выключать свет и электроприборы.

Способы экономии электроэнергии

Полезная информация

Для создания и использования электротехнических устройств необходимы высококвалифицированные специалисты – рабочие, техники и инженеры, которые получают соответствующие знания и навыки в начальных профессиональных училищах, средних специальных (колледжах) и высших учебных заведениях. Среди таких специалистов электромонтажники, электромонтёры, электромеханики.

Новые слова и понятия

Режим короткого замыкания, электродвижущая сила, плавкие предохранители, устройства защиты; правила электробезопасности, порогово-ощутимый ток. Электроосветительные и электронагревательные приборы, источник света, лампы накаливания, люминесцентные лампы, светильники, экономия электроэнергии, электромонтажники, электромонтёры, электромеханики.

Проверяем свои знания

1. Какие элементы электрической цепи относятся к устройствам защиты?
2. Как работает плавкий предохранитель?
3. Назовите основные параметры плавкого предохранителя.
4. Назовите основные правила электробезопасности при работе в мастерской электротехнологии.
5. Вспомните основные правила выполнения электротехнических работ.
6. Какие виды бытовых электроприборов вы знаете? Какие электронагревательные приборы имеются у вас дома?
7. Почему в быту предпочтительно использовать энергосберегающие источники света?
8. Перечислите основные правила безопасной работы с электрооборудованием.
9. Рабочий какой профессии обслуживает электрооборудование и  электроустановки в домах, школах, детских садах?

Задание 1

Используя дополнительную информацию, найденную в Интернете, подготовьте сообщения об электробытовых приборах, позволяющих осуществлять энергосбережение.

Задание 2

Найдите в Интернете информацию о способах охраны окружающей среды путём утилизации элементов бытовой техники, содержащих тяжёлые металлы, кислоты и щёлочи. Подготовьте презентацию на эту тему.

Задание 3

Найдите в Интернете информацию о предприятиях вашего региона, занимающихся выпуском бытовых электроприборов. Систематизируйте эту информацию и сохраните в виде составленной вами таблицы.

Задание 4

Используя информацию из дополнительных источников, подготовьте доклад с презентацией на тему «История создания электрической лампочки».