§ 31. Электрическая схема. Сборка электрических цепей

Организация рабочего места для электротехнических работ

        Для выполнения электротехнических работ применяется электромонтажный инструмент и различные электротехнические материалы (монтажные провода, шнуры, изоляционные ленты, трубки и др.). Электромонтажный инструмент при неумелом и неправильном использовании может стать источником механических травм.

        Рассмотрим назначение и устройство основных электромонтажных инструментов (рис. 1).

Рис. 1. Электромонтажные инструменты: а — кусачки боковые, б — нож, в — круглогубцы, г — плоскогубцы, д — пассатижи, е — щипцы, ж — отвёртка

     Кусачки боковые — инструмент, которым перерезают (откусывают) провод и снимают изоляцию. Кусачки имеют острые режущие кромки.

      Нож используется для зачистки проводов.

      Круглогубцы применяют, когда нужно загнуть проволоку, сделать из неё кольцо.

      Плоскогубцы — инструмент, которым сгибают, скручивают провода и обжимают места их соединения. Плоскогубцы имеют насечку на внутренней стороне губок.

        Пассатижи — это комбинированные плоскогубцы. Ими можно как откусывать, так и сгибать, скручивать провода, а также обжимать соединяемые жилы проводов.

      Щипцы служат для снятия изоляции.

       Отвёртки разных размеров применяют для отвинчивания и завинчивания винтов. Металлические части отвёрток изготовляют из твёрдой стали, а ручки — из древесины или пластмассы (они не должны иметь трещин и сколов).

        Монтаж электрических цепей производят на столах, покрытых изоляционным материалом (рис. 2).

Рис. 2. Организация рабочего места при электромонтажных работах

       Для удобства работы электромонтажник должен слева от себя иметь материалы, подготовленные к монтажу (провода, выключатели, лампы, патроны, винты, гайки, шайбы и др.), перед собой — монтажную панель и электрическую схему цепи, справа — электромонтажные инструменты. Ближе к себе надо располагать те инструменты, которые используются чаще (кусачки, плоскогубцы, отвёртка).

Правила безопасности при электротехнических работах

1. Во время работы на монтажной панели должны находиться только те материалы или детали, которые монтируются.
2. Электромонтажные инструменты должны иметь изолированные ручки.
3. Работать можно только исправным инструментом. Подавать инструмент надо ручкой от себя, а класть на стол — ручкой к себе.
4. Необходимо бережно обращаться с инструментом и материалами, не ронять их на пол. Использовать электромонтажные инструменты следует только по назначению.
5. Лезвие отвёртки должно плотно входить в шлиц винта. Работать отвёрткой на весу запрещается.
6. На рабочем месте надо соблюдать порядок. Инструменты и материалы должны находиться в отведённых для них местах.

Электрические провода

     Большое преимущество электрической энергии — возможность передачи её от источника к потребителям на большие расстояния. Эта передача осуществляется с помощью проводов.

      Электрические провода бывают без изоляции (голые) и с изоляционным покрытием.

       Участок провода, по которому проходит электрический ток, называется токоведущей жилой. Жилы бывают однопроволочными и многопроволочными (рис. 3). Их делают из меди и алюминия — металлов, обладающих хорошей электропроводностью. Для изготовления особо прочных проводов применяют стальную проволоку.

Рис. 3. Электрические провода: а, б — с однопроволочной жилой; в — с многопроволочной жилой

       Наряду с проводами в электротехнике находят широкое применение всевозможные электроизоляционные материалы. К ним относятся сухая древесина, стекло, пластмассы, фарфор, бумага, картон, сухая ткань, резина, дистиллированная вода, воздух, минеральное масло, краски, лаки, окислы металлов и др.

            Изоляторы в электротехнике нужны так же, как и проводники, поскольку нельзя использовать электрический ток без надёжной изоляции. Изоляторы ограждают человека от действия электрического тока при случайном прикосновении к оголённым проводам и другим токоведущим элементам электрической цепи. Кроме того, они защищают провода от коррозии и предотвращают соприкосновение токоведущих жил разных проводов, ведущее к короткому замыканию. При коротком замыкании электрический ток в цепи идёт по короткому пути — от клеммы к клемме источника, в обход потребителя. В этом случае в цепи возникает ток большой силы, что может вывести из строя соединительные провода и источник. Например, батарейка карманного фонарика быстро разрядится, а провод может сгореть. Вот почему так важно изолировать электрические провода.

          При выполнении электротехнических работ для изоляции мест соединения проводов друг с другом и их оголённых участков используют изоляционную ленту и изолирующие трубки — кембрики.

        Провода имеют самое разное назначение и устройство, поэтому каждому из них присвоена своя марка. Для выбора нужного провода пользуются специальными справочниками, в которых даётся расшифровка марки и область её применения.

         Марки проводов имеют буквенно-цифровое обозначение, указывающее на основное назначение провода, конструктивное исполнение, материал исполнения и размер сечения жилы. Буквенные обозначения расшифровываются следующим образом: Ш — шнур, П — провод, Б — бытовой, Р — резиновая изоляция, В - изоляция полихлорвиниловая, Г — гибкий, Д — двойной, О — изолированные жилы заключены в общую оплётку из хлопчатобумажной нити или оболочку. Буква А в начале марки означает, что жила алюминиевая. Отсутствие буквы А указывает на то, что жила - медная.

          Шнуром называется провод с особо гибкими изолированными жилами, заключёнными в хлопчатобумажную или лавсановую оплётку.

        Число жил, площадь их поперечного сечения указываются цифрами после буквенного обозначения марки провода. Например, ПР 2x1,5, где цифра 2 обозначает число жил, а 1,5 — площадь поперечного сечения жилы в квадратных миллиметрах.

        По назначению провода разделяют на установочные, монтажные и обмоточные.

          Установочные провода используют для выполнения различных электропроводок. Например, для выполнения проводки по потолку и стенам здания открытым способом или под штукатуркой скрытой проводки. Установочные провода имеют разную конструкцию и площадь поперечного сечения жил, чаще всего от 1 до 4 изолированных друг от друга медных или алюминиевых жил площадью поперечного сечения от 0,5 до 500 мм². В качестве изоляции для проводов используют резину, полиэтилен, полихлорвинил, шёлк, лак и другие материалы.

        Для бытовых нужд выпускают шнуры с двумя или тремя медными жилами в полихлоридной изоляции.

        Шнур марки ШБПВ используют для присоединения к электрической сети светильников, радиоаппаратуры, холодильников и других электроприборов, не потребляющих электроэнергию большой мощности.

          В электронагревательных приборах используют шнуры марки ШБРО, ШБВВП с прочной оболочкой из резины или полихлорвинила. Шнуры для утюгов имеют тканевую оплётку, которая предотвращает оплавление изоляции проводов при соприкосновении с нагретой частью (ШР).

           Монтажные провода применяют для внутреннего монтажа электрических приборов и аппаратов. Жила таких проводов должна обладать повышенной гибкостью, так как при выполнении монтажных работ провода приходится сильно изгибать. По этой причине жилы монтажных проводов выполняются из мягкой медной проволоки площадью поперечного сечения от 0,05 до 6 мм². Количество жил в монтажном проводе обычно не более трёх. Эти жилы легко паяются.

             В качестве изоляции в монтажных проводах применяют капроновые, лавсановые, стекловолоконные нити, которые покрывают полиэтиленовой или поливинилхлоридной оболочкой.

          Обмоточные провода применяются для изготовления компактных обмоток электрических машин, аппаратов, электроприборов и поэтому имеют малую толщину изоляционного слоя. Жилы таких проводов делают из меди, алюминия и материалов с большим удельным сопротивлением, таких как манганин, константан, нихром.

           При создании электрических цепей важно правильно выбрать соединительные провода. В бытовых условиях нельзя использовать первый попавшийся провод, так как его электрическое сопротивление может оказаться чрезмерно большим. Изоляция каждого провода должна соответствовать напряжению, под которым будет находиться провод, а сечение жилы провода должно соответствовать проходящему по ней току. Все необходимые данные можно найти в электротехнических справочниках. В таблице 1 приведены значения допустимых токов нагрузки для нескольких широко применяемых марок установочных изолированных проводов.

Таблица 1.
Величина допустимого тока для проводов разного сечения

       Расшифруем некоторые марки проводов: МГСП 3x0,05 — монтажный провод с гибкой многопроволочной жилой поперечным сечением 0,05 мм², с обмоткой из стеклянных нитей и изоляцией из полиэтилена; МШДЛ 1x6 — монтажный провод с однопроволочной жилой сечением 6 мм², с двойной обмоткой из полиамидного шёлка, лакированный.

       В марках обмоточных проводов с медной жилой на первом месте стоит буква П. Если жила алюминиевая, в конце маркировки стоит буква А: ПЭЛ — провод медный, изолированный лакостойкой эмалью; ПЭВА — провод алюминиевый, эмалированный в винипластовой изоляции. В марках проводов с большим удельным сопротивлением применяют буквенные обозначения: М — манганин, К — константан, НХ — нихром.

         Рассмотрим устройство проводов, применяемых при сборке электрических цепей с напряжением до 12 В, и шнуров для присоединения к источнику электроэнергии бытовых и осветительных электроприборов:

• провода марки ПГВ (рис.4, а) имеют жилу 1, состоящую из тонких медных проволочек. Жила покрыта полихлорвиниловой изоляцией 2;
• шнур марки ШБПВ (рис. 4, б) представляет собой две медные жилы 1, покрытые общей полихлорвиниловой изоляцией 2;
• шнур марки ШБРО (рис. 4, в) состоит из двух медных многопроволочных жил 1, покрытых резиновой изоляцией 2. Жилы заключены в общую оболочку 3 из хлопчатобумажной или шёлковой пряжи.

Рис. 4. Провода и шнуры для низковольтных цепей и бытовых электроприборов: 1 — токоведущие жилы, 2 — изоляционные оболочки, 3 — хлопчатобумажная или шёлковая оплётка

     Для проверки исправности провода или шнура используется «пробник», или тестер проводимости (рис. 5). Концы провода присоединяют к штырям вилки «пробника». Зажжённая лампочка указывает на отсутствие разрыва в электрической цепи. Если лампочка не горит, значит, есть разрыв в цепи и провод необходимо заменить на новый или отремонтировать.

Рис. 5. Проверка шнура «пробником»

Виды соединения проводов

       При монтаже электроустановок жилы проводов приходится соединять (сращивать) между собой, делать от них ответвление или присоединять к зажимам, клеммам различных устройств. При этом различают разъёмные и неразъёмные соединения проводов.

        Разъёмные соединения выполняются с помощью болтов и винтов в специальных ответвительных коробках. В этих коробках установлены зажимы, к которым и присоединяют провода (рис. 6). Если коробка не имеет зажимов, то она используется для соединения проводов пайкой или опрессовкой.

Рис. 6. Ответвительная коробка

       Неразъёмные соединения - это сращивание, ответвление и пайка.

      Сращивание - соединение между собой двух и более проводов с последующей изоляцией места соединения. В инструкционной карте № 1 подробно описывается выполнение этих операций.

     Чтобы соединить провода между собой, их нужно предварительно зачистить от изоляции. Это делают ножом на деревянной подставке. Нож нужно держать так, чтобы его плоскость была почти параллельна проводу.

       Это предотвратит подрезание жилы и возможность её надлома. Концы проводов очищают шкуркой от окиси, накладывают друг на друга и концом первого провода несколько раз обвивают второй. Место скрутки проводов обматывают изоляционной лентой. При этом липкая сторона ленты должна быть обращена к проводу, а первый её виток следует наложить на изоляцию провода.

         Аналогичные операции проводят и при выполнении другого вида неразъёмных соединений — ответвлений.

        Ответвление — это присоединение путём сращивания дополнительных проводов к главной электрической линии без нарушения её целостности. Ответвление применяется, в частности, для подключения бытовой арматуры (электрических выключателей, штепсельных розеток и т. д.).

        Если соединяют многопроволочные жилы, то после зачистки проводов их надо расплести и надвинуть друг на друга, а затем плотно обвить концы одного провода вокруг другого с последующим наложением изоляции. В случае медного провода скрутку желательно пропаять. Но если провода разные (один медный, а другой алюминиевый), то их соединение скруткой недопустимо. Из-за окисной плёнки контакт между проводами будет плохой, скрутка начнёт сильно нагреваться и станет возможным воспламенение изоляции. На производстве алюминиевые провода соединяют специальной пайкой, либо сваркой, либо опрессовкой. При опрессовке на зачищённые провода, смазанные пастой для защиты от окисления, надевают алюминиевую трубочку и обжимают её в нескольких местах мощными клещами (рис. 7).

Рис. 7. Опрессовка алюминиевых проводов: 1 - клещи, 2 - алюминиевая трубка

         Паяние, или, выражаясь профессиональным языком, пайка, — это процесс соединения деталей или частей расплавленным металлом — припоем. Его применяют для получения надёжных неразъёмных электрических контактов.

         В качестве припоя используют сплав свинца с оловом. Температура плавления такого припоя около 200 °С. В расплавленном состоянии припой наносят на место соединения деталей. Он проникает в зазор между деталями и после затвердевания образует паяный шов.

Инструкционная карта № 1.
Сращивание одно- и многожильных проводов

Монтаж электрической цепи

        Монтаж электрической цепи состоит из двух основных операций: оконцевания проводов и присоединения их к электроарматуре (зарядка электроарматуры).

    Чтобы подсоединить провода к электроарматуре, их предварительно нужно зачистить и оконцевать.

       Оконцевание проводов — это освобождение их от изоляционной оболочки и оформление петелькой (кольцом) или прямым концом (тычком), в зависимости от конструкции электроарматуры (рис. 8).

Рис. 8. Способы оконцевания проводов: а — кольцом, б — тычком

      При монтаже электроцепи оконцованный в форме кольца (рис. 8, а) провод прижимается винтом к контакту арматуры. Если монтаж предусматривает втыкание провода в отверстие контакта и прижатие его сбоку винтом (рис. 8, б), применяют оконцевание тычком. Однако первый способ получил большее распространение. В инструкционной карте № 3 подробно описан ход этих операций.

       При подсоединении проводов к деталям на винт 1 (рис. 9) последовательно надевают пружинную шайбу 2, плоскую шайбу 3, потом колечко провода 4. Затем винт вставляют в резьбовое отверстие и закручивают отвёрткой. Надо обратить внимание на то, чтобы направление закрутки колечка совпадало с направлением вращения винта. Это предотвратит выдавливание провода из-под винта. Пружинная шайба необходима для поддержания постоянного давления в месте контакта провода с изделием (рис. 9, а).

Рис. 9. Подключение провода к контакту: а — колечком, б — тычком; 1 — винт, 2 — пружинная шайба, 3 — плоская шайба, 4 — колечко провода, 5 — скоба, 6 — тычок

       Некоторые винтовые зажимы имеют скобы (рис. 9, б), которые предотвращают выбрасывание провода при закручивании винта. Такая конструкция позволяет не делать колечка на конце провода и упрощает крепление его в зажиме.

        Надо помнить, что все винтовые зажимы требуют периодического контроля плотности затяжки винтов, которая со временем ослабевает.

         На практике эл.мастер самостоятельно сращивает провода, места их соединения изолирует и подключает провода к электроарматуре. Работа проводится по инструкционным картам.

       Раскладывая материалы и инструменты на верстаке, помните, что материалы, детали, электроарматуру следует положить слева от себя, подкладную доску — перед собой на крышку верстака, инструкционные карты — так, чтобы их удобно было читать, укладку с инструментами - справа.

Инструкционная карта № 2.
Оконцевание проводов

Правила безопасной работы

1. Работать только исправным инструментом.
2. Соблюдать особую осторожность при работе с монтёрским ножом.
3. Снятие изоляционной оболочки и зачистку токоведущей жилы выполнять только на подкладной доске, нож держать наклонно, резать от себя.
4. Ручки кусачек, плоскогубцев, пассатижей, круглогубцев и щипцов держать в обхват, не закладывая пальцы между ними.
5. Изоляцию проводов выполнять надёжно.
6. Соединительные винты затягивать туго.
7. Не работать отвёрткой на весу.
8. Не производить подключение электроарматуры на весу.
9. Включение цепи после сборки производить только с разрешения учителя — в сеть с напряжением не более 42 В.

Правила безопасной работы с электромонтажным инструментом

1. На рабочем столе должны находиться только те материалы, детали и инструменты, которые используются в работе.
2. Срезать изоляцию с проводов следует на подкладной доске, перемещая монтажный нож от себя, чтобы избежать порезов.
3. Работать нужно только исправным инструментом. Ручки кусачек, плоскогубцев, пассатижей держать в обхват. Подавать инструмент ручкой от себя, а класть на стол — ручкой к себе.
4. Использовать электромонтажные инструменты следует только по назначению.
5. С инструментом и материалами необходимо обращаться бережно, не ронять их.
6. По окончании работы электромонтажный инструмент нужно сложить в укладку.

Это интересно

В начале XIX века академик В.В. Петров предложил изолировать электрические провода. Он рекомендовал использовать для этого сургуч и воск. Впервые для передачи электроэнергии металлические провода с резиновой изоляцией применили русские инженеры П.Л. Шиллинг (1786-1837) и Б.С. Якоби (1801-1874).

Новые слова и понятия

Электроизоляционные материалы; изолента; кембрик; оплётка; установочные, монтажные, обмоточные провода; шнур; токоведущая жила; марка провода. Разъёмные и неразъёмные соединения проводов, сращивание, ответвление; правила электробезопасности, порогово-ощутимый ток, электромонтажные инструменты, организация рабочего места для электромонтажных работ, электрический «пробник».

Проверяем свои знания

1. Чем отличаются изоляторы от проводников?
2. Зачем изолируют электрические провода?
3. Какой провод называют шнуром? Где он используется?
4. Как обозначаются марки проводов и шнуров? Приведите примеры.
5. Чем отличается шнур марки ШБПВ от шнура марки ШБРО?
6. Провода каких марок применяют для подключения к источнику тока бытовых электроприборов?
7. С помощью какого прибора можно проверить исправность провода или шнура?
8. Почему нельзя использовать телефонный провод для подключения электрических приборов (например, настольной лампы)? Возможен ли случай, когда при исправных проводах лампочка вообще гореть не будет? Почему?

Проверяем свои знания

1. Рассмотрите и назовите электромонтажные инструменты и материалы на вашем рабочем столе. Каково назначение каждого из них?
2. Какие общие требования предъявляются к электромонтажным инструментам?
3. Подумайте: зачем изолируют ручки инструментов для электротехнических работ, токопроводящие жилы электрического провода?
4. Назовите основные правила электробезопасности при работе в мастерской электротехнологии.
5. Вспомните основные правила выполнения электротехнических работ.
6. При оконцевании и сращивании проводов после снятия изоляционной оболочки жилы зачищают до блеска. Зачем?
7. Для чего, чем и как нужно изолировать провода?
8. Какие вещества и материалы используют при пайке? Для чего?

      По возможности можно выполнить практические работы, представленные ниже.

Практическая работа № 1

          Инструменты и материалы: комплект электромонтажных инструментов, подкладная доска, изоляционная лента, отрезки одно- и многожильных изолированных монтажных проводов и шнура, инструкционная карта № 1 «Сращивание одно- и многожильных проводов».

         Задание 1. Рассмотреть выданный электромонтажный инструмент и заполнить таблицу:

            Задание 2. Выполнить неразъёмные соединения (сращивания) медных одно- и многожильных проводов и их изоляцию.

1. Изучите инструкционную карту № 1.
2. Подготовьте необходимые провода, выровняйте их.
3. Соедините провода (два провода с одной токопроводящей жилой, два многожильных провода и два отрезка шнура) согласно указаниям инструкционной карты.
4. Заизолируйте места соединения проводов.

Практическая работа № 2

Задание. Изготовить гальванический элемент.

1. На кусочек алюминиевой фольги положите смоченную солёной водой или слюной бумагу. Поверх бумаги положите любую монету.
2. К фольге и монете подключите щупы от вольтметра с пределом измерения напряжения менее 1 В и измерьте ЭДС полученного гальванического элемента.
3. Такой же гальванический элемент можно изготовить, взяв картошку или яблоко. Надо воткнуть в какой-нибудь из корнеплодов на некотором расстоянии друг от друга куски стального и медного (алюминиевого) провода и измерить ЭДС между проводами.

Практическая работа № 3

         Задание 1. Собрать электрическую цепь с элементами управления и защиты. Проверить исправность электрической цепи.

      Инструменты и материалы: источник тока, плавкий предохранитель, выключатель, электролампа и реостат.

1. Начертите принципиальную электрическую схему цепи, состоящей из последовательно соединённых источника тока, предохранителя, выключателя, электрической лампочки и реостата.
2. Соберите электрическую цепь по разработанной схеме.
3. С разрешения учителя подключите собранную схему к источнику питания.
4. Понаблюдайте за нитью накаливания лампы, перемещая ползунок реостата.
5. Поясните: почему накал нити электролампы меняется при изменении положения ползунка реостата?
6. Сделайте выводы по работе и занесите их в тетрадь.
7. Отключите цепь от источника питания и разберите схему.

        Задание 2. Изготовить «пробник» (рис. 10). Проверить исправность проводов и элементов электрической цепи.

Рис. 10. Электрический «пробник»: 1 — лампочка, 2 — патрон, 3 — батарейка, 4 — провода, 5 — зажимы типа «крокодил»

        Инструменты и материалы: электролампочка на 6 В, электропатрон, батарейка на 4,5 В, три куска гибкого тонкого электропровода, две толстые резинки, два зажима типа «крокодил», два кусочка электроизоляционной трубки.

1. Электрическую лампочку закрепите в патроне.
2. Два куска тонкого гибкого монтажного провода присоедините к каждой клемме патрона.
3. Используя тугую бельевую резинку или другой материал, прикрепите патрон с лампочкой к корпусу батарейки.
4. Соедините гибким проводом одну из клемм патрона с положительным полюсом батарейки при помощи изоляционной трубки.
5. Присоедините свободный конец другого гибкого провода к зажиму типа «крокодил».
6. Отведите третий кусок провода от отрицательного полюса батарейки ко второму зажиму типа «крокодил».
7. При проверке исправности элемента электрической цепи к нему присоединяют оба зажима «крокодил».
8. Проверьте исправность проводов, предохранителей и электролампы из предложенного набора.

         Предложите свою конструкцию «пробника». Опишите его работу при проверке исправности проводов и других элементов цепи.

Практическая работа № 4

           Задание. Собрать разветвленную электрическую цепь.

          Инструменты и материалы: монтажная панель, пакет с крепежом, вилка штепсельная, электропатрон (2 шт.), предохранитель (2 шт.), электролампа МО-36-25 (2 шт.), двухполюсный выключатель, розетка штепсельная, провода, набор электромонтажных инструментов, источник питания типа ИПТ.

1. Начертите принципиальную электрическую схему цепи, состоящей из источника тока, двух предохранителей, двухполюсного выключателя, розетки, двух ламп.
2. После проверки схемы учителем получите комплект арматуры для электромонтажных работ.
3. Согласно монтажной схеме, изображённой на рисунке 11, разместите установочные изделия на монтажной панели и закрепите с помощью винтов М4х16, гаек и зажимов.

Рис. 11. Схема разветвлённой электрической цепи: 1 — плавкие предохранители, 2 — штепсельная розетка, 3 — лампы накаливания, 4 — выключатель

4. Зажимы соедините проводами с контактами на панели.
5. Произведите монтаж электрической цепи.
6. После проверки цепи учителем подключите цепь к источнику питания с напряжением 36 (42) В.
7. Исследуйте особенности работы цепи.
8. Сделайте выводы и занесите их в рабочую тетрадь.
9. С разрешения учителя отключите цепь от источника питания, разберите цепь и упакуйте комплект арматуры в коробку.