Как начать разбираться в электрике: самоучитель с нуля для начинающих электромонтеров

Что изучает электрика

Наука начала стремительно развиваться в XIX в. В то время были открыты первые законы, позволившие понять, что такое электричество. Теоретические основы проверялись на практике. Стали появляться первые электрические приборы, улучшаться средства передачи электроэнергии от источников к потребителям.

Наука электрика основывалась на открытиях в области математики, физики, химии. Она изучала природу, свойства тока, электромагнитных полей.

Современная наука помогает узнавать все о приборах, работающих с использованием электричества. Благодаря исследованиям создаются более совершенные устройства. Электротехника — наука, ставшая основным двигателем прогресса.

Пару слов про самоучек

Следует отметить, что самоучка вовсе не означает плохой электрик – отсутствие образования, увы, не является определяющим фактором. На практике многие специалисты, выполняющие электромонтажные работы, не имеют вообще никаких корочек, но качеству их работы могут позавидовать даже лицензированные компании и организации. В то же время, даже электротехнический персонал с высшим и среднетехническим образованием могут показывать недопустимо низкий уровень знаний и навыков.

Поэтому если вы решили начать свой путь к освоению такой профессии самостоятельно, можете смело приступать к изучению сайта и технической литературы. Затем, при желании, вы можете поступить на дневное или заочное обучение для получения специальности или повышения разряда.

Главное, подходите ответственно к изучению всех нюансов – электричество не прощает ошибок, запомните, приоритет вашей безопасности и сохранения здоровья окружающих должен быть на первом месте.

С чего начать обучение

Пособия по электрике «для чайников» присутствуют на информационных порталах. Дефицита таких материалов не наблюдается, поэтому каждый желающий может начать изучать дисциплину с нуля. Однако если человек планирует получить профессию электрика, ему придется поступать на соответствующий факультет высшего или средне-специального учебного заведения.

Вуз, техникум, колледж

Многие учебные учреждения предлагают получить профессиональное образование электрика. Стоит рассмотреть особенности обучения в каждом из них:

1. Полный курс в ВУЗе длится 4-5 лет. Здесь дается минимальная практическая база. Однако ВУЗы готовят специалистов с хорошими теоретическими знаниями. Учебные заведения принимают выпускников 11-х классов или ССУЗов.
2. Техникумы дают равное количество теоретических и практических навыков. Обучение направлено на получение рабочей специальности. Поэтому теория изучается менее детально, чем в ВУЗе. Техникумы принимают выпускников 9-х или 11-х классов школы. Обучение длится 4 или 3 года соответственно.
3. Училище или колледж. Такие заведения подготавливают рабочих, поэтому теоретическая часть сведена к минимуму. Профессию электрика в училище можно получить за 1-3 года.

Курсы

Такие программы помогают освоить базовые навыки за 2-8 недель. Уроки проходят как в стандартном, так и в онлайн-режиме. Недостатком курсов считается малый объем получаемых знаний. Начинающий электрик изучает азы электротехники, осваивает некоторые навыки. Практические занятия обучающийся проводит самостоятельно.

Все курсы ведутся на платной основе, проходить их можно, не оставляя другой работы.

Самообучение

Если описанные способы обучения не подходят, человек может осваивать электротехнику самостоятельно с помощью специальной литературы. Выполнять сложные задачи в таком случае электрик не сможет, однако смонтировать проводку в квартире ему будет под силу. Чтобы стать опытным специалистом с помощью самоучителей, необходимо проходить практику помощником электрика. Ученик должен внимательно следить за действиями наставника, выполнять несложные задания.

Схемы электрических соединений

Существует 2 основных вида цепей, в которых компоненты соединяются параллельно или последовательно. Начинающему электрику стоит изучить принципы их построения и работы.

Параллельное и последовательное

В первом случае электричество разветвляется на все цепи, соединенные друг с другом. Общий ток равен сумме значений в каждой ветке. На соединенные параллельно цепи поступает одинаковое напряжение.

При последовательном построении схемы ток из одной ветки переходит в другую. Через все цепи проходит заряд одинаковой силы.

Системы автоматической защиты

Электросеть несет 2 вида угроз:

1. Мощность бытовой проводки достаточна для возгорания материалов, используемых при отделке помещений. Замыкание в сети приводит к неконтролируемому повышению силы тока и воспламенению. Свести вероятность возникновения такой ситуации к нулю невозможно, однако ее снижают путем введения в цепь автоматического выключателя. При повышении параметров тока пластина устройства деформируется, высвобождается пружина, которая размыкает контакты. Автомат не реагирует на импульсы пускового тока.
2. Нулевой провод связан с землей, фазовый находится под напряжением по отношению к ней. Между таким проводником и заземленными предметами возникает ток. Поражение человека электричеством, образующимся между 2 сетевыми кабелями, практически не опасно. Однако при некоторых условиях прохождения тока электротравма становится смертельной. Автоматические системы защиты следят, чтобы ток входил в один провод и уходил по другому. При появлении напряжения между фазой и заземленным предметом, например, телом человека, УЗО обесточивает сеть.

Понятие электричества

Все вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. У атома есть ядро и движущиеся вокруг него положительно и отрицательно заряженные частицы (протоны и электроны). При нахождении двух материалов рядом друг с другом между ними возникает разность потенциалов (у атомов одного вещества электронов всегда меньше, чем у другого), что приводит к появлению электрического заряда – электроны начинают перемещаться от одного материала к другому. Так возникает электричество. Другими словами, электричество – это энергия, возникающая в результате перемещения отрицательно заряженных частиц из одного вещества в другое.
Скорость перемещения может быть разной. Чтобы движение было в нужном направлении и с нужной скоростью, используются проводники. Если движение электронов по проводнику осуществляется только в одном направлении, такой ток называется постоянным. Если же направление перемещения с определенной частотой меняется, то ток будет переменным. Самым известным и простым источником постоянного тока является батарейка или автомобильный аккумулятор. Переменный ток активно используется в бытовом хозяйстве и в промышленности. На нем работают практически все устройства и оборудование.

К сведению. Движением электрической энергии можно управлять. Способы такого управления изучает курс «Основы электротехники», который необходим всем электрикам, чтобы правильно проложить проводку в доме, не допустить пожара или травм в период работ.

Постоянный ток

Так называется ток, не меняющий вектора движения на каком-либо временном отрезке и направленный строго от положительного полюса к отрицательному. Постоянный электроток отличается способностью к аккумуляции – на ней базируется принцип действия аккумуляторных источников питания.

Кроме того, такой ток может получаться в батарейках посредством химической реакции. Аккумуляторы и гальванические батарейки обеспечивают работу большого числа портативных приборов. На схемах данный вид тока показывают, обозначая плюсовой и минусовой полюса. Если какой-то электроприбор рассчитан на эксплуатацию только при постоянном токе, на корпус ставят соответствующую маркировку в виде одиночной черты или пары параллельных горизонтальных линий.

Электромагнетизм

Это явление входит в число основных понятий электротехники. Оно является продуктом взаимодействия магнитного эффекта и электротока. Первым его зафиксировал Х. Эрстед при приближении компаса к кабелю, по которому проходил ток: стрелка устройства в это время сместилась, что иллюстрировало присутствие магнитного поля поблизости от кабеля.

Электромагнитами называются материалы, в которых магнитные свойства обнаруживаются только при пропускании тока по намотке. Чтобы сила магнитного поля возросла, намотку делают состоящей из большого числа витков. Металлическая основа с магнитными свойствами, которую обматывают, называется сердечником. Вектор линий поля определяется направлением течения электротока в проводе обмотки. Если у магнита присущие ему свойства обнаруживаются константно, а не только при наличии тока и обмотки, его называют постоянным. Часто он имеет кольцевую или подковообразную форму.

Переменный ток

Это один из первых терминов, с которым знакомятся изучающие теорию электричества. Одновременно с этим узнают о его отличиях от постоянного тока.

Этот вид тока характеризуется тем, что циклически меняет свои величину и направление (в отличие от постоянного, у которого эти параметры неизменны на любом временном отрезке). При этом характер изменений можно отразить на графике в виде синусоиды. Когда лампа подключается в электросеть с таким током, минус и плюс на ее контактах будут периодически меняться места.

Применение такого тока дает возможность передачи электрической энергии на очень большие расстояния. Поскольку генераторы создают огромное напряжение, которое опасно подавать в жилые помещения, ток от них направляется в подстанции, где трансформируется.

К сведению. Из этого тока можно получать постоянный с помощью выпрямляющего устройства – диодного моста. Он распрямляет синусоидальную кривую, что заставляет электроны двигаться в одном векторе, не меняя его с течением времени.

Единицы измерения

Одной из основных характеристик такого тока является частота – величина, показывающая число инцидентов изменения параметров за единицу времени. Ее обозначают как f и измеряют в герцах (Гц). Чаще всего для бытовых и промышленных нужд используют частоту 50 Гц. Это означает, что на двух зажимах розетки полюса меняются позициями 50 раз в секунду.

Период – это время, за которое происходит одиночный инцидент изменения. Если в секунду их 50, то период будет равен 0,02 с.

Эффективное значение тока – создающее для некоторого сопротивления выделение тепла, равное определенному переменному току за заданное время.

Трансформаторы

Это приборы, преобразующие переменный электроток с заданными параметрами в ток с иным показателем напряжения, но идентичной исходному частотой. Их действие основано на принципе взаимоиндукции. Устройство является статичным, не снабжено подвижными элементами, потому не является машиной, но учащиеся знакомятся с его действием одновременно с принципами работы электрических машин.

В прибор вмонтированы две катушки с неодинаковым количеством витков (это сделано для обеспечения разницы напряжений). По магнитному полю электроэнергия передается между катушками.

Электрические машины (электродвигатели и генераторы)

Данные механизмы широко используются в автоматике, промышленности, являются главными элементами электроустановок. Два основных типа, различающиеся по назначению и способу действия, – генераторы и двигатели. Любая машина включает в себя устойчивую часть (статор) и подвижную (ротор).

Выполнение электромонтажных работ

Создание электрических сетей состоит из нескольких этапов:

• проектирования;
• подготовки материалов и инструментов;
• прокладки проводки.

Необходимые инструменты

Для работы потребуются:

• фазоискатель;
• плоскогубцы;
• кусачки;
• ножи;
• изоляционная лента;
• отвертки;
• мультиметр для проверки сетей.

Удаление виниловой изоляции с проводов (зачистка)

Процедура сопряжена с некоторыми сложностями. Ее нужно проводить так, чтобы не повреждалась токопроводящая жила. Иногда каждый проводник защищается виниловой изоляцией. Набор таких шин помещается в еще одну оплетку. В таком случае нужно разрезать верхний слой, не повреждая внутренней изоляции. Для снятия оплетки используют тупой нож, для зачистки медных или алюминиевых жил — острый.

При разрезании изоляции лезвие вводят на половину толщины материала. После этого жилы разводят в стороны плоскогубцами. Внешняя изоляция рвется по линии надреза.

Изоляция

Места соединения или повреждения оплетки тщательно изолируют. При электромонтаже для этого используют специальную ленту. Для начала жилы изолируют раздельно, затем вместе. Нанесенный на изоленту клей должен обеспечивать прочную фиксацию. Материал надежно приклеивают к виниловой оплетке на ширину, препятствующую отслаиванию или сползанию.

Немного практики – ремонтируем старый удлинитель

Если дома завалялся старый неработающий удлинитель, выкидывать его не стоит. То есть просто не стоило раньше, а теперь после прочтения этого материала уже и поздно. Надо ведь теперь применить полученные знания, отдохнуть от скучной теории, да и просто руки размять. В первую очередь разбирается корпус вилки и самого удлинителя и проверяются контакты. Они могут отгореть, окислиться, может быть переломлен провод на сгибе. Если обнаружилась одна из этих причин, провод аккуратно обрезается ножом, зачищается и прикручивается на место, после чего все собираем как было и проверяем. Заработало? Поздравляю с первым, пусть простым, но все-таки ремонтом электротехники! Нет? Тогда где-то поврежден провод. Иногда встречаюсь с рекомендациями вроде “осмотри провод, посади на скрутку и замотай изолентой”. Можно, конечно сделать и так, но… Начнем с того, что удлинитель сразу теряет первоначальный внешний вид. Потом надежность контакта. Да, скрутку нередко используют в электрике, но в основно в тех местах, где провода неподвижны (например в распределительных коробках). Но провод на наличие повреждений осмотреть все же стоит – если оно находится недалеко от вилки или блока розеток, то его можно просто обрезать, зачистить концы и прикрутить на свое место. Если же повреждение где-то ближе к средине провода, то намного разумнее заменить его новым, желаемой длины и сечения. В итоге удлинитель будет отремонтирован в любом случае, но при замене провода станет более удобным, так как длина и сечение подбирались исходя из потребностей.

Видео – Как починить удлинитель в домашних условиях

Выбор электрического провода

Кабели бывают одно- или многожильными. В первом случае имеется единственная токопроводящая жила. В многожильном кабеле шина состоит из сплетенных проводников. Провода различают и по количеству токопроводящих элементов. Для создания 3-фазной проводки применяют 4-жильный кабель. Состоящие из 3 проводников изделия используются при создании бытовых электросетей. Жилы изготавливают из серебра, алюминия или меди.

Первый вариант применяется в промышленных условиях, что объясняется высокой электропроводностью. В быту используют медь или алюминий.

Электротехника и электрическая механика

Эти науки являются взаимосвязанными. Электрическая механика изучает базовые схемы оборудования, потребляющего электроэнергию. Курс теории и практики помогает научиться ремонту бытовых приборов. Основные положения электрической механики позволяют понять, как работают двигатель и генератор, в чем заключаются различия между стабилизатором и трансформатором.

Техника безопасности

При работе с электрическими сетями или приборами соблюдают такие правила:

1. Перед началом эксплуатации или ремонта оборудования изучают инструкцию. В разделе безопасности прописаны недопустимые действия, приводящие к замыканию и поражению током.
2. Устройства необходимо обесточивать. После этого оценивают состояние изоляции проводов. При выявлении повреждений оголенные места закрывают изолентой.
3. При невозможности обесточивания электрической сети работают в диэлектрических перчатках, обуви на резиновой подошве и специальных очках.
4. Доступ к распределительным щитам и электроустановкам начинающим специалистам запрещен.
5. Нельзя касаться лишенных изоляции проводов руками. Для поиска фазы используют мультиметры, индикаторные отвертки и другие инструменты.

Разновидности профессии

Специальность электрика предусматривает довольно широкий спектр обязанностей и выполняемых работ в самых различных отраслях.

Среди таких направлений стоит выделить:

• Электромонтажники – выполняют монтаж электропроводки и другого электрооборудования как в низковольтных, так и в высоковольтных сетях.

• Эксплуатационный персонал – осуществляет контроль состояния, режимов работы электрического оборудования, осуществляет взаимодействие между различными электроустановками и даже частями энергосистемы.
• Электрики, осуществляющие наладку, испытание оборудования перед вводом в работу и в процессе электроснабжения.

• Электронщики – работают с электронными схемами, включая современное оборудование (компьютеры, сервера и т.д.), выполняют пайку радиодеталей.

• Аудиторы – анализируют потребление и расход электроэнергии, разрабатывают эффективные меры по снижению потерь и т.д.

Данный перечень определяет только основные направления, на практике существует прикладное применение в зависимости от соответствующей отрасли: автоэлектрики, сетевики, подстанционники, железнодорожные электрики, электрики, обслуживающие системы автоматики и телемеханики, релейных защит, специализирующиеся на бытовых сетях и т.д.

Применительно к каждому конкретному производству или работе обязанности электрика и объем требуемых от него знаний определяется местными инструкциями и положениями.

Рекомендации начинающим

Электрик-новичок должен следовать таким советам:

1. При выборе сечения кабеля учитывают простой закон: мощность равна напряжению, умноженному на силу тока. По этой формуле рассчитывают главные токовые параметры. С помощью таблиц выбирают сечение проводников и характеристики других элементов электрической сети.
2. Провода прокладывают строго горизонтально или под прямым углом. Расстояние от потолка до кабеля должно составлять не менее 20 см. При наличии в помещении труб от них отступают не менее 40 см.
3. Распределительные щиты устанавливают на высоте 1,2 м. Между отдельными модулями оставляют расстояние, обеспечивающее циркуляцию воздуха.
4. Электрические цепи защищают автоматическими выключателями, срабатывающими при утечке тока.

Чтобы стать опытным электриком, нужно постоянно выполнять практические задания и совершенствовать навыки.

Законы Кирхгофа

Электрика любого помещения выполняется в виде замкнутых, рабочих электрических цепей. Два главных закона, которые определяют процессы в электрических сетях, являются законы Кирхгофа. Их два. Оба из них применяются и для постоянных и для переменных токов.

Первый закон Кирхгофа утверждает:

Суммарная величина токов направленная к узлу электрической сети равна суммарной величине токов направленных от узла.

В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети.

Второй закон Кирхгофа гласит:

Любой замкнутый контур переменной электрической сети имеет равные значения комплексных напряжений и ЭДС (электродвижущих сил) на всех пассивных элементах сети.

Примечание: Комплексное напряжение это значение напряжение в сети переменного тока.

Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.

Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.