Наводящие токи что это такое

причины возникновения и меры защиты

Ремонтные бригады довольно часто сталкиваются с проблемой наличия напряжения в разорванной цепи. Такое явление случается на воздушных линиях, нередко в бытовой электросети. Это так называемое наведенное напряжение, появляющееся на отключенных проводах вследствие воздействия электромагнитного поля, от работающих рядом электролиний.

Для лучшего понимания эффективности защитных мер при ремонте воздушных линий электропередач (ВЛ) рассмотрим более подробно физическую сущность наводки. Это поможет лучше понять механизмы защиты от поражения током, образовавшимся на отключенных проводах.

Определение наведенного напряжения

Официальная терминология наведённым напряжением называет потенциал, опасный для жизни, возникающий в результате электромагнитных воздействий параллельной воздушной линии или электричества циркулирующего в контактных сетях. Этот потенциал является паразитным, порождённым влиянием функционирующей параллельной линией электрической сети и прямо не относится к транспортируемому току. Отсюда и название – наведённое напряжение.

В чем опасность явления?

Наличие в проводах потенциала, наведённого переменным током или статическим электричеством часто невозможно предсказать. В этом кроется главная опасность наводки. На наведённое напряжение не реагируют штатные защитные приборы. На электромеханика, попавшего под действие наводки, будет действовать ток, пока он самостоятельно, либо с помощью напарника не высвободит руку или другую часть тела, соприкоснувшуюся с оголенным проводом.

Если в результате короткого замыкания на ВЛ произойдёт срабатывание защиты, отключающее рабочее напряжение, провода могут оказаться под наведённым током. Опасность также возникает при появлении грозовых разрядов, в т. ч. и междуоблачных.

Обратите внимание: штатная защита не реагирует на напряжения срабатывания, возникшие в результате наводки. Поэтому при отключенной ВЛ – следует применять особые схемы заземления, позволяющие создавать точки нулевого потенциала в конкретной зоне, при обслуживании линий.

Опасность обусловлена поведением наведённого тока. Дело в том, что источником тока является наводка от соседних ВЛ, распространяющаяся по всей длине провода не одинаково. Поэтому поведение таких токов отличается от привычного для нас рабочего электричества.

Наличие штатного линейного заземления не гарантируют безопасности, а наоборот, сопутствует появлению электрического тока в отсоединённых проводах. Как видно на рисунке 1, максимальный ток находится в точках заземления, то есть на заземляющих ножах.

Рис. 1. Значение напряжений между заземляющими ножами

В некоторых случаях целесообразно отключить заземления ВЛ, а для защиты использовать переносные заземления, которые устанавливают с каждой стороны от места повреждения, как можно ближе к точке проведения работ.

Причины возникновения

Для начала рассмотрим физическую картину возникновение наводки, а потом выясним причины явления в различных ситуациях:

• на воздушной линии;
• электроустановках;
• в квартире;
• электропроводке.

Если расположить параллельно два длинных проводника и по одному из них пропустить переменный ток, то на втором возникнет напряжение. Причём проявится электромагнитное влияние и действие электростатической составляющей. Величины электрических потенциалов на неподключённом проводнике зависят от длины, расстояния между проводами, а также от тока нагрузки. Подобные явления происходят и в реально действующих линиях энергоснабжения.

На воздушной линии (ВЛ)

Ток, который создаёт электростатическая составляющая, имеет одинаковый потенциал по всему проводнику: U_э = k×U_в, где U_э – наведённое электростатическое напряжение, k является коэффициентом ёмкостной связи, а U_в – рабочее влияющее напряжение. Очевидно, что наведённое напряжение зависит от разницы потенциалов на проводах параллельно расположенной влияющей линии.

Заметим, что электростатическое напряжение является результатом не только действия расположенных поблизости электромагнитных полей фазных проводов. Любое статическое электричество вызывает такой же эффект. Например, в северных широтах статическую наводку может вызвать полярное сияние, а также, упомянутые выше грозовые разряды (показано на рисунке ниже).

Рис. 2. Статическое напряжение от полярного сияния

Для устранения электростатического потенциала достаточно заземлить провод в любом месте.

Компонент напряжения электромагнитной составляющей, сильно отличается от статического. Потенциал возникает вследствие действия электромагнитных полей, образованных токами проводов фазы. На рисунке 3 показана схема образования наведённого напряжения.

Электромагнитная составляющая наведённого напряжения

Важные особенности электромагнитной составляющей:

• её величина пропорциональна рабочем току ВЛ;
• зависит от расстояния до влияющей воздушной линии;
• на наведённый потенциал влияет протяжённость взаимодействующих проводов;
• выраженная зависимость от схемы переносного заземления ВЛ и от сопротивления заземления.

Наведённая ЭДС в этом случае вычисляется по формуле:

E = M × L× I, 

Здесь M – коэффициент индуктивной связи, L – протяжённость параллельного участка, I – сила тока влияющей линии.

Как видно из формулы, величина напряжения провода фазы не влияет на ЭДС.

В конкретной точке x наведённое напряжение можно вычислить по формуле:

U = – (E*x)/L+ E/2 , где E – ЭДС, L – длина параллельного следования, x – расстояние от точки вычисления напряжения до начала линии.

Очевидно, что напряжение в точке отсечения (где x  = 0) принимает значение: U = + E/2 , в середине линии (x равняется условной единице) U = 0, а в конечной точке U = – E/2. Понятно, что напряжение уже не является константой на всём участке проводов линии. Оно линейно изменяется между заземлениями, образуя нулевой потенциал в определённой точке. Если заземление одно, тогда положение нулевой точки находится в месте входа заземляющего ножа.

На схемах, приведённых ниже (рисунок 4), видно как распределяется наведённое напряжение. Обратите внимание, как перемещается точка нулевого потенциала и как она зависит от выбранного способа заземления.

Рис. 4. Схемы распределения наводимого напряжения в зависимости от расположения точек заземления

Из схематических изображений видно, как работа обслуживающего персонала одновременно в нескольких местах отключённой ВЛ может представлять опасность. Ввиду несимметрии токов наведённое напряжение может распределиться таким образом, что нулевые потенциалы сдвинутся за пределы рабочего пространства людей. Вследствие этого ремонтники могут оказаться под опасным воздействием наведённого напряжения.

В электроустановках

Ввиду того, что стационарные электроустановки неразрывно связаны с ВЛ, существует вероятность попадания наведённого напряжения на токоведущие части оборудования. Чаще всего это случается при обрыве нуля.

Особенность электроустановок в том, что там используются изолированные кабели, в которых плотно уложены провода. Хотя длина такой проводки обычно незначительна, однако, наводка в кабеле может иметь существенный потенциал (из-за плотного размещения проводов). Поэтому при работе с электроустановками необходимо обеспечивать защитные меры по снятию опасного наведённого напряжения, использовать средства индивидуальной защиты, отвечающие классу напряжения. Необходимо придерживаться ПУЭ, выставлять ограждения для соблюдения безопасных расстояний к токоведущим частям электроприборов.

В квартире

Наводка в обычной бытовой сети наблюдается при обрыве нулевого провода на входе или на участке воздушной линии. Если поискать индикатором фазу в розетке – он покажет напряжение на каждом из выходов. В действительности же, рабочее напряжение существует на проводе фазы, а на нулевом – наблюдается ток наводки. При устранении неисправности всё становится на свои места.

Поскольку поиск и ликвидация неисправности в квартире проводится при отключенных предохранителях, то тем самым обеспечивается необходимая защита.

В электропроводке

Электропроводка в доме монтируется с использованием двух-, а иногда трёхжильных проводов. Обычно кабели укладываются в короба, откуда выходят разветвления. Если выключатель разъединяет нулевой провод, то при такой укладке в нём неизбежно появится наводка. Возникает напряжение безопасной величины, однако его достаточно для зажигания диодного освещения (выключенные диодные лампы тускло светятся). Проблема решается просто – необходимо на выключателе поменять местами провода фазы и нуля.

Известны случаи, когда для заземления розетки использовался провод трёхжильного кабеля. На этом проводнике всегда присутствует довольно ощутимое наведённое напряжение. Поэтому для заземления используйте отдельный одножильный кабель большого сечения и прокладывайте его как можно далее от проводки с номинальными напряжениями.

Меры защиты

Учитывая то, что наведённые токи могут достигать предельно опасных значений, особенно на участках ВЛ или в электроустановках, при их обслуживании следует применять меры защиты [ 2 ]:

• использовать сигнализаторы напряжения;
• обеспечивать безопасный уровень напряжения на участках, где предстоит работа;
• использовать защитную одежду, диэлектрические коврики и т.п.;
• пользоваться указателями напряжения, универсальными электроизолирующими штангами для оценки значений токов наводки.
• применять приспособления для снятия напряжений.

Перед проведением работ на линиях с наводкой устанавливайте переносные заземления с двух сторон повреждённого участка ВЛ на небольшом расстоянии. Заземляйте провода с поверхности земли, используя изоляционные штанги. Выдерживайте расстояния срабатывания защиты заземлений.

На рисунке 5 показано как влияет расстояние от заземления на снижение наведённого напряжения.

Рис. 5. Снижение наведённого напряжения

Измерение напряжения проводите в изолирующих перчатках и ботах, а измерительные приборы располагайте на ковриках или подставках. Используйте только те измерительные устройства, которые предназначены для указанных целей и рассчитаны на измерение в соответствующих пределах. Помните, что штатные защитные приспособления для наведённого тока не предназначены. Нельзя проводить измерения в условиях тумана, осадков, а также при сильном ветре.

Всегда проверяйте наличие фазного тока на всех проводах. Если с помощью прибора УПСФ-10 вы определили линейное рабочее напряжение, то использовать переносное заземление запрещается.

В целях безопасности всегда считайте нулевой кабель таким, что находится под напряжением.

Видео в тему

Наведенное напряжение, что это такое, как защитится

Наведенное напряжение — невидимый враг, который в электрических сетях с высоким U может привести к сильным ожогам, нарушению работы внутренних органов и даже смерти.

В бытовой сети такие риски отсутствуют из-за низкого потенциала, но игнорировать опасность все равно не стоит.

Ниже рассмотрим, что такое наведенное напряжение, и как от него защититься. Укажем причины появления такого фактора на ВЛ (высоковольтной линии), в проводке, квартире и электрических установках.

Знание этих особенностей позволит защититься от негативных воздействий и лучше понимать природу электрического тока в целом.

Что это такое?

Под термином «наведенное напряжение» скрывается потенциал, который возникает в зоне электромагнитного влияния действующих электроустановок или проводников электротока.

Такая наводка может возникать в зоне высоковольтных линий, электрических установок высокого U и даже бытовой сети. Явление наведенного напряжения состоит из 2-х составляющих, которые рассмотрим подробнее.

Электростатика

Создание потенциала объясняется распространением электрического поля от источника электричества, находящегося в непосредственной близости.

Наибольшее воздействие характерно для двух проводов, которые расположены рядом и находятся параллельно друг относительно друга. При этом один находится под U, а второй нет.

Величина наведенного напряжения зависит от следующих аспектов:

1. Размер разности потенциалов.
2. Расстояние от источника питания с напряжением до другого элемента.

Для лучшего понимания систему можно сравнить с одним или несколькими конденсаторами. Формально наводка формируется по всей длине проводника.

Во избежание накопления заряда необходимо заземлить отключенный проводник. В таком случае наведенное напряжение пойдет в землю, а работа будет безопасна для человека.

Для расчета статического напряжения необходимо перемножить два элемента:

1. Коэффициент емкостного воздействия. Его размер можно получить в справочнике, а сам параметр зависит от расстояния до источника U и типа проводника.
2. Рабочее напряжение.

Чем больше U и чем ближе находится проводник, тем выше наведенный параметр.

Для расчета максимального наведенного напряжения применяется формула:

Электромагнитная составляющая

Существует еще один тип наводки — ЭМ наведенное напряжение. Его суть состоит в распространении магнитного поля на определенной территории во все стороны от проводника.

Чем сильнее ЭМ поле, тем выше наведенное U в отключенном проводнике.

Наведенная ЭДС в отключенной линии электропередача будет равна:

При заземлении проводника в месте соединения с землей потенциал будет равен нулю, но по мере удаления от этого места он увеличится. Это означает, что максимальный параметр разницы потенциалов будет на наиболее удаленных концах линии (ВЛ или КЛ).

Напряжение в точке х относительно земли будет равно:

В чем опасность?

Наведенное напряжение имеет не меньшую опасность, чем обычный потенциал. Если при КЗ проводника работает релейная защита и отсекает аварийный участок, в случае с наведенным U все сложнее. Здесь защитные устройства не сработают, поэтому человек может оказаться под длительным воздействием негативных факторов.

При КЗ на рабочей линии, которая находится возле отключенного участка, на обесточенной ВЛ наведенное напряжение увеличивается в несколько раз. В результате ремонтный персонал оказывается под действием наведенного U, что может привести к ожогам и даже остановке сердца. Величина параметра может достигать 10-20 тысяч Вольт.

В ПУЭ прописано, что U выше 25 В уже опасно для здоровья человека. Вот почему важно внимательно подходить к этому обстоятельству и принимать меры, обеспечивающие дополнительную защиту. Как защититься от проводки, будет рассмотрено ниже в статье.

Причины появления

При рассмотрении вопроса, связанного с наводкой, важно понимать причины его появления. Для лучшего понимания рассмотрим несколько ситуаций — для квартиры, электрической проводки, электроустановок и ВЛ.

В квартире

Наводка в обычной сети 220 В появляется при обрыве 0-го проводника на ВЛ или до входа в квартиру (дом). Если проверить напряжение с помощью индикатора, лампочка будет светиться в любом из отверстий.

На самом деле, U присутствует только на одном из проводов (фазном), а второй принимает наведенный потенциал. Появляется такое явление, как две фазы в розетке.

После восстановления линии или возврата нуля ситуация нормализуется.

При выполнении ремонтных работ в квартире необходимо отключить входной автомат или достать предохранители, чтобы исключить попадание под напряжение.

В электропроводке

Одним из признаков наведенного напряжения является свечение экономки при отключенном свете. При этом напряжение может достигать 40-60 В.

Такая ситуация возникает при параллельной прокладке линий, питающих розетки и осветительные устройства в квартире.

Для устранения проблемы необходимо пересмотреть маршруты проводки и убедиться в правильности выполнения заземления или зануления.

Но существует еще одна причина. При создании проводки используются 2-х или 3-х жильные провода. Как правило, кабельная продукция укладывается в короба, откуда проводники направляются к своим потребителям.

Если выключатель разделяет не фазный, а нулевой провод, появляется наведенное U. Оно имеет небольшую величину, как отмечалось выше, но ее достаточно для зажигания диодного освещения.

Для решения проблемы необходимо поменять фазу и ноль местами. Сделать это не всегда удается, ведь один из проводов с коробки идет напрямую к источнику света и не проходит через выключатель.

В электроустановках

Выключатели, силовые трансформаторы, трансформаторы тока и напряжения, а также другие электроустановки неизбежно связаны с линией электропередач. Вот почему они часто попадают под наведенное напряжение и чаще всего это происходит при обрыве 0-го проводника.

Во многих электроустановках применяются изолированные кабели, внутри которых находятся плотно уложенные проводники.

Несмотря на небольшую длину участков, может появляться сильная наводка с большими рисками для персонала. Вот почему при выполнении таких работ важно принимать защитные меры, использовать СИЗ и следовать требованиям ПУЭ.

На линии электропередач

Выше мы отмечали, что электростатическая составляющая наводки имеет идентичный потенциал по всей длине проводника. Для расчета нужного значения коэффициент емкостной связи умножается на рабочее влияющее напряжение.

Для обеспечения защиты работников достаточно одного заземления в любой точке.

Отметим, что статическое U может возникнуть не только при наличии рядом ЭМ полей, но и других факторов — молнии или полярного сияния.

В случае с электромагнитной составляющей, ситуация обстоит по-иному. Этот параметр зависит от расстояния до ВЛ под напряжением, величины рабочего тока, длины линии и сопротивления заземления.

Для расчета наведенного U необходимо перемножить три элемента:

• коэффициент индуктивной связи;
• длина участка параллельно расположенной линии;
• сила тока ВЛ под напряжением.

В отличие от электростатической составляющей, заземления в одной точке недостаточно. Это связано с тем, что потенциал в заземленной точке будет нулевым, но при удалении от этого участка он увеличивается. Чем дальше провод от места заземления, тем выше наводка.

Вот почему при одновременной работе в разных местах персонал может оказаться под действием опасного U. Чтобы избежать проблем, необходимо установить заземление непосредственно в месте работы.

Как защититься, меры безопасности

Из сказанного видно, что наведенное напряжение несет большие риски, что требует ответственности реализации мероприятий по защите людей от попадания в опасную зону.

Организационные меры безопасности:

1. Работники, выполняющие работы в области наводки, должны иметь 3-ю группу по электробезопасности, а руководитель работ — 4-ю.
2. Наличие опыта работ по ремонту и обслуживанию силовых линий, а также элементов молниезащиты.
3. Организация параметра безопасности возле рабочего места, выполнение мероприятий, указанных в заявке и наряде-допуске.
4. Нулевой провод в измеряемой группе считается таковым, что находится под U.
5. Начало и завершение работ оформляется в письменном виде. Как правило, заполняется журнал допуска с подписью работников, заполняется наряд-допуск.

Измерения и работы нельзя проводить в условиях сильного тумана или ветра, осадков или плохой видимости. Если в процессе измерений работник выявляет поврежденный элемент ВЛ или КЛ, работы останавливаются до устранения неполадки.

При работе на линиях с наводкой необходимо учесть следующие нюансы:

1. Заземление должно находиться в зоне видимости рабочего места.
2. При наличии только статического напряжения достаточно одного заземления, но для надежности лучше установить заземлитель в двух местах. Если одно из устройств выйдет из строя, второе подстрахует.
3. В случае с электромагнитной проводкой принимаются более серьезные меры безопасности. В этом случае заземление ставится непосредственно на рабочем месте. В этом случае наведенный потенциал в месте выполнения работ будет равен нулю.

Заземление — надежный способ защититься от наведенного напряжения. Но даже в этом случае отключенная линия будет находиться под негативным воздействием.

Для работы можно выбрать один из вариантов:

1. Отключение электроустановок, которые находятся параллельно к рабочей линии. В таком случае ремонтные работы должны выполняться как можно быстрее, чтобы исключить простой потребителей без электричества или длительное снижение надежности сети.
2. Разделение ремонтируемой линии на несколько участков, которые не имеют электрической связи. Здесь работает принцип, который упоминался выше. Речь идет о том, что величина наводки напрямую зависит от длины участка.
3. Работы под напряжением или с его отключением, но с применением специальных средств персональной защиты. В таком случае действия работника несколько скованы, но зато удается избежать отключения или снижения надежности сети.

Для обеспечения личной безопасности применяются следующие изделия:

1. Сигнализаторы напряжения — показывают факт наличия U или наводки.
2. Применение защитной одежды и ковриков на диэлектрической основе во избежание прохождения тока через организм человека.
3. Использование указателей напряжения, а также электроизолирующих штанг для проверки уровня наведенного U.
4. Работа в ботах и изолирующих перчатках.

При использовании измерительных устройств и СИЗ необходимо ориентироваться на класс U, для которого они предусмотрены.

Итоги

Опасность наведенного напряжения нельзя недооценивать. При отсутствии необходимой защиты и нахождении отключенной линии в зоне влияния проводника под напряжением наводка может оказаться опасной для жизни.

Осознание возможных рисков, установка заземлений, следованием правилам ПУЭ и применение СИЗ позволяет свести опасность к минимуму.

Эти правила обязательны к выполнению в электроустановках, на КЛ и ВЛ, а также должны приниматься во внимание при выполнении работы в бытовой сети 220 В.

Наведенное напряжение и защита от него

Возникновение наводки на воздушных линиях электропередачи и в электроустановках, связанных с ними, представляет опасность не меньшую, чем присутствие рабочего напряжения на них. Также данное явление возникает в бытовых условиях в сети 220 В, поэтому необходимо понимать природу возникновения и меры защиты от наведенного напряжения, о чем мы и поговорим далее.

Причины возникновения

Наведенное напряжение возникает на выведенной в ремонт и обесточенной воздушной линии электропередач (ВЛ), вследствие влияния на нее электромагнитного поля расположенной в непосредственной близости работающей электроустановки или другой ВЛ, которая находится под напряжением. Таким образом, ВЛ, которая проходит параллельно отключенной линии, наводит сторонний потенциал, который представляет существенную опасность для обслуживающей ремонтной бригады. Значение наведенного напряжения в проводе изменяется в зависимости от протяженности участка, на котором ВЛ идут параллельно, тока нагрузки и величины рабочего напряжения, отдаленности фазных проводов, метеорологических условий. Потенциал, который наведен на ВЛ, объединяет в себе два вида воздействия – электромагнитную и электростатическую составляющую:

• Электромагнитная часть появляется под действием магнитного поля, возникающего от протекания тока по работающей рядом ВЛ. Отличительной особенностью данной составляющей является то, что при заземлении даже в нескольких местах линии, она не изменяет свою величину. Единственное, что можно изменить с помощью заземлений – это расположение точки нулевого потенциала.
• Электростатическая часть, в отличие от электромагнитной, устраняется путем заземления линии в ее концах и в месте ведения работ. Снизить же величину наведенного напряжения возможно установив заземление хотя бы в единственной точке ВЛ.

Давайте рассмотрим подробнее, что это такое – наведенное напряжение и природу его возникновения. Чтобы понять, как оно появляется, обратимся к фото, на котором изображен проводник:

Имеется проводник, обозначенный на картинке как А-А. При протекании по нему переменного тока создается электромагнитное поле, интенсивность которого уменьшается по мере отдаления от проводника (на изображении можно заметить снижение яркости окраски). Также изменяются пульсации электромагнитного поля с изменением направления и величины тока. При попадании в поле любого другого проводника в нем индуцируется наведенное напряжение. Ниже на картинке показаны проводники с подключенными измерительными приборами для определения величины напряжения:

Какое значение считается опасным для персонала? Считается, что если на отключенной ВЛ присутствует наведенное напряжение и его значение не превышает 25 В, то ремонтные мероприятия производятся с применением обычных средств защиты. В случае превышения безопасной величины следует пользоваться специальными средствами защиты и выполнять технические мероприятия, обеспечивающие требуемую степень защиты от опасного воздействия наведенного потенциала. Такими мерами безопасности могут быть разземление вначале и конце линии, разрез провода, установка заземления на участках ВЛ.

Узнать о том, какие электрозащитные средства используют в установках выше 1000 Вольт, вы можете из нашей статьи!

В чем опасность явления?

Наведенное напряжение можно считать более опасным и коварным в отличие от рабочего в силу того, что на него никак не реагирует защитная аппаратура. Например, при попадании под него ремонтного персонала, работник будет находиться под опасным воздействием до момента освобождения от его влияния. А вот если на человека воздействует рабочее напряжение, то срабатывает защита и происходит автоматическое отключение, вследствие короткого замыкания.

Кстати, о коротком замыкании (КЗ). При КЗ в рабочей линии происходит наводка на отключенную ВЛ и многократное превышение тока, что, естественно, отражается на персонале, занятом ремонтом на отключенной ВЛ. Последствия могут быть весьма плачевными – от сильных ожогов, до протекания тока по жизненно важным органам с их поражением, вплоть до летального исхода. Поэтому не нужно пренебрегать правилами безопасности при проведении работ на отключенных ВЛ.

Что же делать в случае попадания человека под наведенное напряжение? Как избавиться от его воздействия? Необходимо устранить протекание тока через тело человека. Для этого понадобится соединить опасную часть электроустановки с «землей», набросив на нее заземление.

Наводка в квартире

Не считая ВЛ и электроустановок, наведенное напряжение может также возникать в квартире и в частном доме в сети 220 В. Так называемая «наводка» появляется в кабеле, проложенном опять же рядом с проводом, по которому протекает ток. Для примера приведем ситуацию, когда при выключенном выключателе на диодных лампочках появляется еле заметное свечение. Происходит это из-за того, что рядом с проводом, питающим лампы, проложен проводник с фазной жилой. А действие электромагнитного поля никто не отменял. Отсюда и возникает небольшая наводка, величины которой достаточно для того, чтобы «подсветить» светодиоды.

Еще один случай – это наводка в розетке. Возникает она, если произошел обрыв нулевого провода. Тогда при измерении индикатором на клеммах розетки получим две фазы. Но на самом деле, фазный провод как был один, так и останется, а «вторая фаза» пропадет, как только нулевой провод будет заново подключен.

С примером опасного влияния наводки вы можете ознакомиться на видео:

Реальный пример

Вот мы и рассмотрели, что такое наведенное напряжение, чем опасно это явление и какие меры защиты нужно предпринимать для того, чтобы обезопасить персонал от поражения электрическим током. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Наверняка вы не знаете:

Вихревые токи — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Иллюстрация возникновения токов Фуко в движущейся в постоянном магнитном поле проводящей (металлической) пластине C. Вектор магнитной индукции B показан зелеными стрелками, вектор V скорости движения пластин — черными стрелками, силовые линии вектора плотности электрического тока I — красным цветом (эти линии замкнутые, "вихревые").
Источником магнитного поля является постоянный магнит, его фрагмент показан вверху рисунка серым цветом. Вектор магнитной индукции B направлен от северного (N) полюса магнита, магнитное поле пронизывает пластину. В материале пластины, входящем под магнит, т.е. слева, магнитная индукция изменяется во времени, возрастает (dB_n/dt > 0), и в соответствии с законами Фарадея и Ома в материале пластины возникает (наводится, "индуцируется") замкнутый (вихревой) электрический ток. Этот ток течет против часовой стрелки и, по закону Ампера, создает свое собственное магнитное поле, вектор магнитной индукции которого показан синей стрелкой, направленной перпендикулярно плоскости протекания тока, вверх.
Справа, в материале пластины, удаляющемся от магнита, магнитное поле тоже меняется во времени, однако оно ослабевает, и силовые линии возникающего справа еще одного электрического тока направлены по часовой стрелке.
Точно под магнитом "левый" и "правый" вихри токов направлены в одну и ту же сторону, плотность суммарного электрического тока максимальна. На движущиеся в этой области электрические заряды, поток которых образует электрический ток, в сильном магнитном поле действует сила Лоренца, направленная (по правилу левой руки) против вектора скорости V. Эта сила Лоренца тормозит пластину C. Взаимодействие магнитного поля магнита и магнитного поля индуцированных токов приводит к тому, что результирующее распределение потока магнитного поля в окрестности полюса N магнита отличается от случая неподвижной пластины C (и зависит от скорости V), хотя суммарный поток вектора магнитной индукции остается неизменным (при условии, что материал магнита и пластины C не входит в насыщение). У этого термина существуют и другие значения, см. Ток.

Вихревые токи, или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревой^[1] индукционный^[2] объёмный электрический ток^[3], возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Фуко также открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под действием изменяющегося во времени (переменного) магнитного поля^[4] и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов.

Поскольку электрическое сопротивление массивного^[5] проводника может быть мало, то сила индукционного электрического тока, обусловленного токами Фуко, может достигать чрезвычайно больших значений. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко в объеме проводника выбирают такой путь, чтобы в наибольшей мере противодействовать причине, вызывающей их протекание. Поэтому, в частности, движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с внешним магнитным полем. Этот эффект используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов без использования силы трения, а также в некоторых конструкциях тормозных систем железнодорожных поездов.

Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах, где в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в котором возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления. Подобным образом работают индукционные плиты, в которых металлическая посуда разогревается вихревыми токами, создаваемыми переменным магнитным полем катушки, расположенной внутри плиты.

С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок для их дегазации.

В соответствии с правилом Ленца вихревые токи протекают внутри проводника по таким путям и направлениям, чтобы своим действием возможно сильнее противиться причине, которая их вызывает. Вследствие этого при движении в магнитном поле на хорошие проводники действует тормозящая сила, вызываемая взаимодействием вихревых токов с магнитным полем. Этот эффект используется в ряде приборов для демпфирования колебаний их подвижных частей.

Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками (шихтовка). Появление ферритов сделало возможным изготовление этих сердечников сплошными.

Вихретоковый контроль — один из методов неразрушающего контроля изделий из токопроводящих материалов.

1. ↑ Термин вихревой означает, что силовые линии тока замкнуты.
2. ↑ Индукционным называют электрический ток, создаваемый (наводимый) в проводнике за счет взаимодействия проводника с переменным во времени магнитным (электромагнитным) полем, а не за счет действия включенных в разрыв цепи источников тока и ЭДС (гальванических элементов и т.п.).
3. ↑ Часто используется термин токи во множественном числе, поскольку токи Фуко представляют собой электрический ток в объеме проводника, и в отличие от индукционного тока во вторичной обмотке трансформатора затруднительно указать единственную "электрическую цепь" для тока, единственную замкнутую траекторию движения электрических зарядов в толще проводника.
4. ↑ Строго говоря — под действием переменного электромагнитного поля
5. ↑ То есть обладающего большой площадью поперечного току сечения

• Сивухин Д. В.: Общий курс физики, том 3. Электричество. 1977
• Савельев И. В.: Курс общей физики, том 2. Электричество. 1970
• Неразрушающий контроль: справочник: В 7т. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 2: В 2 кн.-М.:Машиностроение, 2003.-688 с.: ил.

Наведенное напряжение и меры защиты

Правилами техники безопасности (ПТБ) при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи , на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких ВЛ, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключённых проводах потенциала ниже 25 В.

Однако продолжают иметь место случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током наведенного напряжения, которые являются результатом недопонимания природы возникновения и механизма проявления этого напряжения. Особенность его проявления состоит в сохранении опасности поражения электрическим током при прикосновении даже к заземлённому по правилам проводу.

Известно, что на любой ВЛ, проходящей параллельно с другими ВЛ , непрерывно наводится сторонний потенциал , обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга. Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения.

Наведенный на каждой из таких линий потенциал (наведенное напряжение) можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной.

Электростатическая составляющая наведенного напряжения на проводах отключённой ВЛ обусловлена воздействием на них электрического поля остающейся в работе соседней (влияющей) линии и при сохранении определённых ПУЭ конструктивных параметров участка параллельного следования зависит только от уровня напряжения влияющей линии. Значение этой составляющей одинаково по всей длине отключённой ВЛ (рис. 1) и определяется по формуле:

Uэ = k Uр.в.

где  k   –  коэффициент ёмкостной связи линий ;

Uр.в. – рабочее напряжение влияющей линии.

Рис. 1. Диаграмма распределения электростатической  составляющей наведенного напряжения.

 

 

Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении её в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной ВЛ по концам (на подстанциях) и на месте производства работ согласно ПТБ.

Совсем иначе проявляет себя электромагнитная составляющая наведенного напряжения , возникновение которой обусловлено суммарным влиянием магнитных полей , создаваемых токами фазных проводов влияющей линии.

Наводимая на отключенной линии ЭДС определяется выражением:

E=MLI

где M  – коэффициент индуктивной связи фазных проводов линии при частоте 50 Гц ;

L   – длина участка параллельного следования линии ;

I  – ток нагрузки влияющей линии.

Коэффициент индуктивной связи для каждого конкретного «коридора» линий практически не меняется. В связи с этим значение наведенной ЭДС обусловлено только длинной участка параллельного следования линий и током нагрузки влияющей линии и не зависит от уровня рабочих напряжений каждой из ВЛ.

При этом потенциал (напряжение относительно земли) любой точки , например x , определяется выражением:

U=- E/L *x + E/2

где E  – наведенная на проводе ЭДС;

x – расстояние от начала линии до точки x.

Отсюда следует, что в начале линии (при x=0 ) электромагнитная составляющая наведенного напряжения Uн=+E/2, в конце линии Uк=-E/2 (при x= L) в середине линии Uср=0 (при x=L/2).

Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения  является неизменность её значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлён в одном или даже в нескольких местах.

При изменении числа точек заземления на ВЛ меняется лишь положение точки нулевого потенциала на ней. Специфичность именно этого проявления наведенного напряжения и обусловлены требования ПТБ.

Рис. 2. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения на отключённой ВЛ в зависимости от места установки на ней защитных заземлений.

На рис. 2 приведены характерные примеры распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения (потенциала) на отключённой ВЛ в зависимости от места установки защитных заземлений. Как видно из диаграмм , при однократном заземлении ВЛ точка нулевого потенциала совпадает с точкой заземления.

С учётом изложенного представлено графическое обоснование опасности организации одновременно двух и более рабочих мест на ВЛ , находящейся в зоне наведения электромагнитной составляющей напряжения. Например , бригада работает в точке С , линия согласно правилам заземлена только в одной этой точке , где напряжение равно нулю (рис.3а).

Если теперь для подготовки второго рабочего места установить защитное заземление в другой точке D , то нулевой потенциал переместится на участок между двумя этими заземлениями (рис. 3б). При этом напряжение в местах заземления (точки С и D) может превысить допустимый уровень , и работающие там люди подвергнутся опасности поражения электрическим током.

Аналогичный эффект  проявляется и при производстве работ на линейном разъединителе , находящемся под наведенным напряжением ВЛ. Заземление разъединителя со стороны линии в этом случае гарантирует электробезопасность только при условии , что эта линия нигде больше не заземлена (см. рис. 2б, д).

Если установить дополнительное заземление на каком-либо другом участке , например , включить заземляющие ножи на подстанции с другого конца линии , то уровень наведенного напряжения на линейном разъединителе в месте производства работ «подскочит» до максимума (см. рис. 2г).

 

Рис. 3. Примеры распределения электромагнитной составляющей напряжения на отключённой ВЛ при работе ремонтной бригады в различных условиях.

Проявления наведенного напряжения вынуждают эксплутационный персонал резко сокращать фронт работы на ВЛ (до одной бригады) , находящихся в зоне усиленного действия этого напряжения. Разделение линии на отдельные электрически несвязанные участки путём разрезания шлейфов также вызывает дополнительные затраты времени на поочерёдное разрезание и последующее их восстановление. Однако необходимость обеспечения безопасности линейного персонала обязывает считаться с этими фактами.

Вместе с тем одной из альтернативных мер, снимающих практически все ограничения в расширении фронта производства работ во всех случаях (при сохранении безопасности линейного персонала) , является выполнение работ под напряжением.

При подготовке рабочего места на ВЛ следует обращать особое внимание на надёжность контактов защитных заземлений с фазными проводами и заземлителем. Нельзя забывать, что при случайной потере контакта (разземлении линии) точка нулевого потенциала в то же мгновение может изменить своё местоположение , а напряжение на рабочем месте превысить допустимое значение  Uс  (рис 4). Следовательно, для гарантии безопасности в месте производства работ целесообразно устанавливать параллельно два заземления.

Рис. 4. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения при заземлении линии в точке С и при её разземлении

 

Итак, наибольшего значения электромагнитная составляющая наведенного напряжения достигает на границах участка взаимного влияния линий (в общем случае – на отключённых линейных разъединителях). Именно в этих точках, непосредственно на спуске шины заземления линейного разъединителя или на первой от подстанции опоре, следует производить измерения при включённых с обеих концов линии заземляющих ножах.

Класс напряжения используемых для этого вольтметров необходимо подбирать по ожидаемому уровню наведенного напряжения. В первом приближении можно использовать вольтметр с пределом измерения до 0,5í1,0 кВ.

Пересчёт результатов измерения на условия максимальных нагрузок влияющей линии можно провести по формуле , полученной из соотношения:

где   Uизм – измеренное наведенное напряжение ;

Iизм   – ток нагрузки влияющей ВЛ в момент измерения ;

Iмакс  – максимальный допустимый ток нагрузки влияющей линии.

Следует отметить, что включенные заземляющие ножи, рама разъединителя, соединительные провода и вольтметр во время измерений могут находиться под опасным напряжением. В целях обеспечения безопасности персонала, производящего измерения, соединять схему измерения с фазными проводами линии следует только после сборки схемы измерения. При необходимости переключения пределов шкалы или замены вольтметра предварительно необходимо отсоединить схему измерения от провода ВЛ.

Персонал должен пользоваться диэлектрическими ботами и перчатками. Используемые при измерениях провода должны иметь изоляцию, рассчитанную на напряжение 1 кВ.

 

Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность

Наводка напряжения на линиях воздушной электропередачи возникает не так уж редко. Это наведенное напряжение также возникает в бытовых условиях и в электроустановках, связанных с линиями электропередач. Это явление создает такую же опасность для жизни человека, как и рабочее напряжение. Для того, чтобы правильно защитить себя от такого опасного явления, необходимо рассмотреть природу его появления.

Причины возникновения

Наведенное напряжение может появиться на воздушной линии электропередач, которая выведена в ремонт и отключена от питания, из-за воздействия на нее находящейся рядом действующей электроустановки, либо другой линии под напряжением. Действие оказывает не сама линия или электроустановка, а их электромагнитное поле.

Поэтому, воздушная линия, параллельно протянутая возле обесточенной линии, наводит внешний потенциал, представляющий большую опасность для ремонтного и обслуживающего персонала. Величина такого наведенного напряжения не является постоянной, и меняется в зависимости от длины участка линии, параллельной действующей, а также значения рабочего напряжения, тока нагрузки, удаленности фазных проводников, погодных условий.

Наведенное напряжение на линии электропередач разделяется по видам воздействия:

• Электромагнитная часть. Возникает вследствие воздействия магнитного поля, появляющегося от течения электрического тока по действующей линии электропередач. Особенностью и отличием такой составляющей является фактор того, что при заземлении линии в разных нескольких местах, электромагнитное влияние не исчезает и ее величина остается прежней. Влияет разве что нахождение точки нулевого потенциала.
• Электростатическая составляющая. Она отличается от электромагнитной тем, что исчезает путем подключения заземления на краях линии и в месте производства работы. Уменьшить значение наведенного напряжения можно путем заземления одной точки линии.

Разберемся, отчего возникает наводка, и каков его принцип действия. На рисунке изображен проводник А-А. При прохождении по нему переменного тока образуется электромагнитное поле, действие которого снижается по мере удаления от провода (окраска менее яркая).

Пульсации электромагнитного поля также изменяются при изменении величины электрического тока и его направления. Если в это поле попадает другой проводник, то в нем возникает наводка. На рисунке показаны провода с подсоединенными приборами измерения для контроля значения напряжения.

Необходимо определить, какая величина напряжения будет опасной для человека, обслуживающего линию электропередач. Принято считать, что наличие на отключенной воздушной линии наведенного напряжения не более 25 вольт, предполагает применение защитных мер обычного использования.

Если это значение будет превышено, то требуются специальные средства безопасности и осуществление мероприятий, создающих необходимую степень защиты от опасного действия потенциала напряжения. Такими мерами являются отключение заземления по концам линии, подключение заземления на рабочем участке воздушной линии, а также возможен разрез проводника на отдельные части.

Опасность наведенного напряжения

Это явление считается более опасным и уникальным в отличие от действующего рабочего напряжения, ввиду того, что защитные устройства на него не действуют. Если электромонтер попадет под наводка, то под его действием он будет находиться, пока не освободится от него. А при воздействии рабочего напряжения срабатывает устройство защиты и электричество автоматически отключается.

При коротком замыкании на действующей линии осуществляется наводка на обесточенную линию, и ток возрастает в несколько раз. Это оказывает опасное воздействие на ремонтный персонал, работающий на обесточенной линии передач. Последствия таких наведений напряжения бывают очень серьезными: сильные ожоги тела, поражения током важных органов, летальные исходы. Поэтому необходимо соблюдать правила безопасности при работах на выключенных линиях электропередач.

Наведенное напряжение может достигать несколько десятков киловольт. Иногда приходится работать одновременно в нескольких местах. При работе с вышки, ее обязательно необходимо заземлить, при этом нельзя забывать о выравнивании потенциала провода заземления и корзины вышки, с которой производится работа. При заземлении линии по ее концам, на участке работы напряжение может превысить допустимую величину, так как нулевой потенциал сместится в точку между заземлениями. Если возникла необходимость работы на линии в нескольких местах, то вся линия должна быть разделена на отдельные участки, электрически не связанные между собой. На таком участке можно приступить к ремонту, заземлившись в одной лишь точке.

Для гарантии безопасности необходимо устанавливать на рабочем месте два заземления. Случится что-нибудь с одним заземлением – подстрахует второе. Это особенно необходимо, если предстоит разъединить провод. До разъединения провода заземление следует устанавливать с обеих сторон от места предполагаемого разрыва с обязательным подсоединением их к одному заземлению.

Теперь можно разъединить шлейф, не опасаясь, что замкнете на себя уравнительный ток между концами провода. Заземлив линию в единственной точке на участке только на месте работы, можете быть уверены, что вашей жизни ничто не угрожает.

Нельзя забывать об основных мерах безопасности при осуществлении различных измерений на линии. Соединительные провода, вольтметр и рама разъединителя могут быть под напряжением, поэтому для безопасности необходимо перед измерением собрать схему измерений, а потом уже подключать ее к проводникам фаз.

Соединительные проводники должны иметь изоляцию, которая рассчитана на минимальное напряжение 1 кВ. Работники должны находиться в диэлектрических перчатках и ботах. Если при измерении напряжения будет нужно изменить пределы шкалы прибора, то сначала отключают от напряжения всю схему измерений от воздушной линии.

Наведенное напряжение в квартире

Явление наводки напряжения кроме воздушных линий может возникать и в бытовых условиях в квартире, либо собственном доме в бытовой сети. Наводка возникает в кабеле, находящемся рядом с проводником, подключенным к бытовой сети. Рассмотрим это на примере.

При отключенном выключателе на лампах освещения, которые имеют в своей конструкции светодиоды, может появиться слабое свечение. Это явление образуется вследствие расположенного рядом проводника питания фазного напряжения. Поэтому при воздействии электромагнитного поля возникает наведенное напряжение, хотя и незначительное, но достаточное для слабого свечения светодиодов.

Другим примером может служить наведенное напряжение в розетке. Она появляется в том случае, если образовался обрыв провода ноля. При этом, измеряя индикатором в розетке напряжение, обнаруживаются две фазы. На самом деле фаза одна. Вторая фаза исчезнет после устранения обрыва нулевого проводника.

Похожие темы:

наведенный ток - это... Что такое наведенный ток?



наведенный ток

3.41 наведенный ток: Ток, возникающий в отключенных и заземленных линиях в результате емкостного и индуктивного взаимодействия с соседними линиями, находящимися под напряжением.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал
• навершие

Смотреть что такое "наведенный ток" в других словарях:

• наведенный ток — Ток, возникающий в отключенных и заземленных линиях в результате емкостного и индуктивного взаимодействия с соседними линиями, находящимися под напряжением [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование ... EN induced current …   Справочник технического переводчика

• наведенный ток электрода — Составляющая тока электрода, обусловленная движением всех заряженных частиц, находящихся в междуэлектродном промежутке …   Политехнический терминологический толковый словарь

• номинальный наведенный ток — Максимальный наведенный ток, который заземлители способны включать и отключать при номинальном наведенном напряжении [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование …   Справочник технического переводчика

• номинальный наведенный ток — 3.56 номинальный наведенный ток: Максимальный наведенный ток, который заземлители способны включать и отключать при номинальном наведенном напряжении. Источник: ГОСТ Р 52726 2007: Разъединител …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал — 3.5 наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал; наводка: Ток и напряжение в токопроводящих элементах, вызванные электромагнитным излучением, емкостными и индуктивными связями. Источник: ГОСТ Р 51275 2006: Защита… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• паразитный ток — Протекающий по кабелю наведенный ток, способный вызвать повреждение оборудования линии связи из за перегрева, и в то же время его уровень недостаточен для срабатывания системы защиты. Такой ток обычно возникает вследствие плохого заземления или… …   Справочник технического переводчика

• номинальный емкостной ток — IС, А Максимальный наведенный электростатическим полем ток в случае, когда один конец линии передачи отключен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование …   Справочник технического переводчика

• номинальный индуктивный ток — IL, А Максимальный наведенный электромагнитным полем ток в случае, когда один конец линии передачи заземлен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце [ГОСТ Р 52726 2007] EN FR Тематики высоковольтный аппарат, оборудование …   Справочник технического переводчика

• номинальный емкостной ток I_C — 3.53 номинальный емкостной ток IC , А: Максимальный наведенный электростатическим полем ток в случае, когда один конец линии передачи отключен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• номинальный индуктивный ток I_L, А — 3.54 номинальный индуктивный ток IL, А: Максимальный наведенный электромагнитным полем ток в случае, когда один конец линии передачи заземлен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Определение наведенного напряжения в электрике

Наведённым называют напряжение, возникающее в обесточенном проводнике, находящемся под воздействием располагающегося рядом высоковольтного оборудования или провода. Это явление уникально и представляет собой немалую опасность, по этой причине стоит узнать о нем более подробно.

Воздушная линия электропередачи

Для того чтобы разобраться в природе явления, придётся немного освежить в памяти уроки физики. Итак, что такое наведённое напряжение, и чем оно опасно?

Природа явления

Суть наведённого напряжения в том, что в обесточенном проводнике, который находится рядом с источником электромагнитного поля, возникает опасный потенциал. Источником излучения может стать находящаяся рядом с обесточенным проводом линия ВЛ или другое оборудование, создающее такое поле.

Наиболее ярким примером будет рассмотрение наведённого напряжения на ВЛ (воздушной линии электропередачи). При отключении одного провода от источника тока рядом находящийся провод электропередачи имеет электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт потенциал в обесточенном проводнике. Этот потенциал вполне может принимать опасные для здоровья и жизни значения, особенно при расположении рядом мощного источника магнитного поля.

Значение потенциала зависит лишь от рабочего напряжения, токов нагрузки и общего расположения относительно друг друга. Потенциал условно представлен суммой электромагнитной и электростатической частей:

1. Электростатическая составляющая наведённого потенциала обусловлена воздействием на проводник электрического поля рядом расположенного источника, в нашем случае это оставшийся в работе провод. Номинальное значение этого параметра зависит только от электрического потенциала влияющей ВЛ, это значение постоянно наводится действующим рядом источником поля. Наводка осуществляется на всем протяжении отключённого от источника тока проводника. Для снижения её до безопасного уровня достаточно заземлить её на любом участке сети;
2. Электромагнитная часть, она появляется от воздействия магнитных полей, которые создают токи фазных проводов. Отсюда её нестабильность, особенностью проявления этой составляющей служит то, что её значение неизменно на всем протяжении участка сети и не зависит от заземления или изоляции провода от земли. Наводка в этом случае не зависит от включённой линии, а только от параметров магнитного поля и отдаления. При изменении расположения или числе точек заземления на ВЛ меняется лишь расположение точки нулевого потенциала. Само же наведённое напряжение остаётся прежним.

Пикового значения электромагнитная часть достигает на концах взаимного влияния линий, на нашем примере это расположение отключённых линейных разъединителей. В этих точках и измеряется его значение. Стоит отметить, что даже в процессе определения значения обязательно заземление обоих концов ВЛ. Класс оборудования, применяемого для измерения значений и параметров тока, подбирается, исходя из расчётных параметров потенциала, чаще всего используются приборы с пределом измерения не менее 0,5-1 кВ.

В процессе измерения потенциала обязательно соблюдение правил техники безопасности, ввиду того что вольтаж может иметь значение намного выше расчётного. Нарушение правил техники безопасности чревато электротравмой или ожогами.

Понятно, что электростатическую составляющую можно легко исключить и тем самым обеспечить безопасность работы по обслуживанию или ремонту отключённого провода. Но с электромагнитной частью потенциала справиться не так легко. Одним из вариантов борьбы с ним служит процесс разделения линии на отдельные участки, электрически не связанные между собой, либо работы под воздействием напряжения. Согласно нормам ПУЭ, номинальное значение до 25В считается формально неопасным и позволяет проводить работу при строгом следовании правилам техники безопасности .

Тем не менее, на сегодняшний день существует мнение, что требования Правил охраны труда на электрообъектах несколько устарели. Ряд специалистов считает, что заземление воздушной линии электропередачи в одной точке и такелажная схема не обеспечивают безопасность монтажников. По этой причине требуются другие способы обеспечения защиты ремонтных бригад при работе.

Важно! Нужно отметить, что несмотря на приведённый пример, источником наводки тока может служить не только рядом расположенная ВЛ, это просто наиболее яркий случай возникновения этого потенциала. Наведённые токи могут возникнуть в любом проводнике при наличии рядом работающего оборудования, создающего электромагнитное поле, в том числе генератора или трансформатора.

Работа на ВЛ

Явление в быту

Несмотря на сравнительно небольшое напряжение, используемое для бытовых электросетей, наводка токов может возникнуть и внутри дома или квартиры. Достаточно часто это можно видеть на светодиодных лампах или лентах, чей провод включения проходит рядом с кабелем, который находится под напряжением, он и производит наводку напряжения на провод или сами лампы. Под влиянием наведённого тока лампочки начинают светиться.

Также в качестве примера можно рассмотреть розетку при обрыве провода ноля в ней. При использовании индикатора можно обнаружить в розетке две фазы, несмотря на то, что она подключена к однофазной домашней сети. Для исчезновения второй фазы достаточно устранить обрыв.

Схема

Основы безопасности

Явление возникновения напряжения в проводнике под воздействием электромагнитного поля и статического электричества уникально, но вместе с тем оно достаточно опасно. Привычные устройства, обеспечивающие защиту, действуют на него избирательно, либо не действуют вообще. Примером может служить замыкание цепи при попадании в неё человека, в этом случае автоматика просто отключит источник питания. Но при наведённом потенциале сети нет, а, значит, при отключении устройства безопасности не будет. Это служит причиной того, что к наводке тока нужно относится внимательно и осторожно.

Безопасность работы при возможности существования наведённого напряжения обеспечивается, в первую очередь, правилами безопасности. Если есть хоть небольшая возможность его возникновения, то следует измерить вольтаж отключённого провода. При наличии его обеспечить безопасность монтажников. Правила безопасности проведения работ на отключённых линиях электропередач написаны на печальном опыте предыдущих поколений и изучения работы с токами различных типов.

Стоит учитывать! Фактическое значение наведённого напряжения может достигать десятка и более киловольт. Неаккуратное обращение с таким потенциалом может привести к поражению электротоком, вследствие чего к ожогам и другим травмам.

Основными мерами безопасности в этом случае служат:

• работа в средствах индивидуальной защиты: резиновых перчатках, ботах с использованием диэлектрических ковриков и инструментов;
• заземление и выравнивание потенциалов провода заземления и рабочего места электрика;
• при необходимости проведения работ одновременно в нескольких местах обязательно разделение электросети на несколько не связанных между собой участков с последующим их заземлением;
• дублирование заземления, особенно при разъединении основной линии, в этом случае заземление устанавливается с обеих сторон места отреза провода.

Только в этом случае можно приступать к работе, уже не опасаясь замкнуть на себя ток, наводка которого в этом случае затруднена.

При проведении контрольно-измерительных операций также стоит озаботиться безопасностью. Все сборки схем измерений производятся перед подключением, а не в процессе или после него. При изменении контрольно-измерительной схемы её предварительно отключают от линии электропередачи.

Замер

Наведённое напряжение – уникальное физическое явление, в этом случае источником тока служит расположенный неподалёку объект-излучатель. Вполне возможно именно этот эффект и хотел использовать в своей работе Никола Тесла, создавая свою башню для воздушной передачи энергии. Но на настоящее время полезное использование наведённых токов невозможно, а вот борьба с ними продолжается с переменным успехом. Пока наука смогла обеспечить безопасную работу с ним. Но кто знает, что будет дальше. Вполне возможно, именно эффект наведённого напряжения в последующем послужит человечеству для передачи энергии на расстояния без использования линий проводников.

Видео

Оцените статью:

Наведенное напряжение: чем опасно для человека?

Возникновение наводки на воздушных линиях электропередачи и в электроустановках, которые связаны с ними могут представлять опасность. Именно поэтому, вам детально необходимо разобраться с тем, что представляет собою наведенное напряжение.

Также подобное явление может возникать в бытовых условиях в сети 220 Вольт. Именно поэтому, вам обязательно необходимо понимать природу возникновения и меры защиты от наведенного напряжения.

Причины возникновения

Наведенное напряжение в большинстве случаев будет возникать на выведенной в ремонт и обесточенной воздушной линии электропередач. Также возникновение может произойти в том случае если рядом с высоковольтной линией будет располагаться электромагнитное поле. Таким образом, ВЛ, которая приходит параллельно отключенной линии наводит сторонний потенциал, который в дальнейшем будет предоставлять опасность для ремонтной бригады.

На данный момент значение наведенного напряжения в проводе может меняться в зависимости от протяженности участка, на котором ВЛ будут идти параллельно. Также на изменение значения будет влиять отдаленность фазных проводов, метеорологических условий. Потенциал, который будет наведен на ВЛ может объединять в себе два вида воздействия – электромагнитную и электростатическую составляющую:

• Электромагнитная часть будет появляться под действием магнитного поля, которая возникает от протекания тока по работающей рядом ВЛ. Отличительной особенностью считается то, что при заземлении, даже в нескольких местах линии она не будет изменять свою величину. Единственное, что можно будет изменить с помощью заземления, так это то, что это расположение точки нулевого потенциала.
• Электростатическая часть в отличии электромагнитной устраняется путем заземления линии в ее концах и вместе ведения работ. Чтобы снизить величину наведенного напряжения необходимо установить хотя бы в одной точке ВЛ.

Узнайте, также про переносное заземление и его принцип работы.

Теперь необходимо более детально разобраться про наведенное напряжение и природу его возникновения. Чтобы понять, как оно появляется изучите фото, которое расположено ниже:

Если будет иметься проводник, который на картинке обозначен, как А-А. Если по нему будет протекать переменный ток, тогда будет создаваться электромагнитное поле интенсивность, которого будет уменьшаться по мере отдаления от проводника. Также могут изменяться пульсации электромагнитного поля с изменением направления и величины тока. Если в поле попадет любой другой в нем может индуцироваться наведенное напряжение. Ниже на картинке будут показаны проводники с подключенными измерительными приборами для определенной величины напряжения:

На данный момент многие не знают, какое значение будет опасным для персонала? Если на отключенной ВЛ будет присутствовать напряжение и его значение не будет превышать 25 В. Все ремонтные мероприятия будут проводиться с применением обычных средств защиты. Если величина будет превышена, тогда необходимо будет пользоваться специальными средствами защиты и выполнять разнообразные технические мероприятия. На данный момент такими мерами безопасности могут быть разземление вначале и конце линии, разрез провода.

В чем опасность явления?

Наведенное напряжение можно считать более опасным и коварным в отличии от рабочего в силу того, что на него не будет реагировать защитная аппаратура. Если под него попадет ремонтный персонал, тогда работник будет находиться под воздействием до момента освобождения от его влияния. Если на человека будет воздействовать рабочее напряжение, тогда будет срабатывать защита и будет происходить автоматическое отключение.

Также вам необходимо знать о коротком замыкании. Если короткое замыкание произойдет на рабочей линии будет происходить на отключенную ВЛ и многократное превышение тока. Естественно это может отражаться на персонале, который будет занят ремонтом на отключенной ВЛ. Последствия в большинстве случаев могут быть достаточно плачевные. Все может начаться от ожогов и дойти до смертельных случаев. Именно поэтому во время проведения разнообразных работ на отключенных ВЛ необходимо соблюдать все правила безопасности. Если будет интересно можете прочесть про электролитическое заземление.

Что же делать в случае попадания человека под наведенное напряжение? Этот вопрос на данный момент интересует многих и с ним следует разобраться более детально. Сначала вам потребуется предотвратить протекание тока через тело человека. Для этого вам может потребоваться соединить опасную часть электроустановки с «землей». Ниже вы можете увидеть видео, в котором будет рассказываться все правила безопасности при работе в зоне усиленного действия наводок.

Наводка в квартире

На данный момент многие специалисты утверждают, что наведенное напряжение также может возникать в квартире и в доме в сети 220 Вольт. «Наводка» в большинстве случаев будет проявляться в кабеле приложенным рядом с проводом, по которому будет протекать ток. Например, когда при включенном выключателе на диодных лампочках еле заметное свечение. Произойти подобная ситуация в большинстве случаев может из-за того, что рядом с проводом будет проложен проводник с фазной жилой.

В результате воздействия электромагнитного поля и будет возникать небольшая наводка. Ее величины будет вполне достаточно для того, чтобы осветить небольшие светодиоды. Иногда наводка также может возникать и в розетке. Возникает она в том случае, если происходит, обрыв нулевого провода. Чтобы более детально ознакомиться с примером влияния наводки, вам необходимо посмотреть видео.

Теперь вы точно знаете, что такое наведенное напряжение и чем оно опасно для жизни человека. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Читайте также: для чего нужно повторное заземление ВЛИ?

Закон электромагнитной индукции Фарадея — Википедия

Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов, дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов.^[1] Закон гласит:

или другими словами:

Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

При этом индукционный ток направлен таким образом, что его действие противоположно действию причины, вызвавшей этот ток (правило Ленца).^[2]

Электромагнитная индукция была обнаружена независимо друг от друга Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году, однако Фарадей первым опубликовал результаты своих экспериментов^[3][4].

В первой экспериментальной демонстрации электромагнитной индукции (август 1831) Фарадей обмотал двумя проводами противоположные стороны железного тора (конструкция похожа на современный трансформатор). Основываясь на своей оценке недавно обнаруженного свойства электромагнита, он ожидал, что при включении тока в одном проводе особого рода волна пройдёт сквозь тор и вызовет некоторое электрическое влияние на его противоположной стороне. Он подключил один провод к гальванометру и смотрел на него, когда другой провод подключал к батарее. В самом деле, он увидел кратковременный всплеск тока (который он назвал «волной электричества»), когда подключал провод к батарее, и другой такой же всплеск, когда отключал его.^[5] В течение двух месяцев Фарадей нашёл несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он увидел всплески тока, когда быстро вставлял магнит в катушку и вытаскивал его обратно, он генерировал постоянный ток во вращающемся вблизи магнита медном диске со скользящим электрическим проводом («диск Фарадея»)^[6].

Фарадей объяснил электромагнитную индукцию с использованием концепции так называемых силовых линий. Однако, большинство учёных того времени отклонили его теоретические идеи, в основном потому, что они не были сформулированы математически.^[7] Исключение составил Максвелл, который использовал идеи Фарадея в качестве основы для своей количественной электромагнитной теории.^[7][8][9] В работах Максвелла аспект изменения во времени электромагнитной индукции выражен в виде дифференциальных уравнений. Оливер Хевисайд назвал это законом Фарадея, хотя он несколько отличается по форме от первоначального варианта закона Фарадея и не учитывает индуцирование ЭДС при движении. Версия Хевисайда является формой признанной сегодня группы уравнений, известных как уравнения Максвелла.

Эмилий Христианович Ленц сформулировал в 1834 году закон (правило Ленца), который описывает «поток через цепь» и даёт направление индуцированной ЭДС и тока в результате электромагнитной индукции.

Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками провода: жидкостная батарея (справа) даёт ток, который протекает через небольшую катушку (A), создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда маленькая катушка вставляется или извлекается из большой катушки (B), магнитный поток через катушку изменяется, вызывая ток, который регистрируется гальванометром (G).^[10]

Закон Фарадея как два различных явления[править | править код]

Некоторые физики отмечают, что закон Фарадея в одном уравнении описывает два разных явления: двигательную ЭДС, генерируемую действием магнитной силы на движущийся провод, и трансформаторную ЭДС, генерируемую действием электрической силы вследствие изменения магнитного поля. Джеймс Клерк Максвелл обратил внимание на этот факт в своей работе О физических силовых линиях в 1861 году. Во второй половине части II этого труда Максвелл даёт отдельное физическое объяснение для каждого из этих двух явлений. Ссылка на эти два аспекта электромагнитной индукции имеется в некоторых современных учебниках.^[11] Как пишет Ричард Фейнман:^[12]

Таким образом, «правило потока» о том, что ЭДС в цепи равна скорости изменения магнитного потока через контур, применяется независимо от причины изменения потока: то ли потому что поле изменяется, то ли потому что цепь движется (или и то, и другое).... В нашем объяснении правила мы использовали два совершенно различных закона для двух случаев  –    v×B{\displaystyle {\stackrel {\mathbf {v\times B} }{}}}   для «движущейся цепи» и   ∇ x E = −∂ tB{\displaystyle {\stackrel {\mathbf {\nabla \ x\ E\ =\ -\partial _{\ t}B} }{}}}   для «меняющегося поля».

Мы не знаем никакого аналогичного положения в физике, когда такие простые и точные общие принципы требовали бы для своего реального понимания анализа с точки зрения двух различных явлений.

— Ричард Фейнман,   Фейнмановские лекции по физике

Отражение этой очевидной дихотомии было одним из основных путей, которые привели Эйнштейна к разработке специальной теории относительности:

Известно, что электродинамика Максвелла — как её обычно понимают в настоящее время — при применении к движущимся телам приводит к асимметрии, которая, как кажется, не присуща этому явлению. Возьмем, к примеру, электродинамическое взаимодействие магнита и проводника. Наблюдаемое явление зависит только от относительного движения проводника и магнита, тогда как обычное мнение рисует резкое различие между этими двумя случаями, в которых либо одно, либо другое тело находится в движении. Ибо, если магнит находится в движении, а проводник покоится, в окрестности магнита возникает электрическое поле с определенной плотностью энергии, создавая ток там, где расположен проводник. Но если магнит покоится, а проводник движется, то в окрестности магнита никакое электрическое поле не возникает. В проводнике, однако, мы находим электродвижущую силу, для которой не существует соответствующей энергии самой по себе, но которая вызывает — предполагая равенство относительного движения в двух обсуждаемых случаях — электрические токи по тому же направлению и той же интенсивности, как в первом случае.

Примеры подобного рода вместе с неудачной попыткой обнаружить какое-либо движение Земли относительно «светоносной среды» предполагают, что явления электродинамики, а также механики не обладают свойствами, соответствующими идее абсолютного покоя.

— Альберт Эйнштейн, К электродинамике движущихся тел^[13]

Поток через поверхность и ЭДС в контуре[править | править код]

Определение поверхностного интеграла предполагает, что поверхность Σ поделена на мелкие элементы. Каждый элемент связан с вектором dA, величина которого равна площади элемента, а направление — по нормали к элементу во внешнюю сторону. Векторное поле F(r, t) определено во всём пространстве, а поверхность Σ ограничена кривой ∂Σ, движущейся со скоростью v. По этой поверхности производится интегрирование поля.

Закон электромагнитной индукции Фарадея использует понятие магнитного потока Φ_B через замкнутую поверхность Σ, который определён через поверхностный интеграл:

Φ=∬SBn⋅dS,{\displaystyle \Phi =\iint \limits _{S}\mathbf {B_{n}} \cdot d\mathbf {S} ,}

где dS — площадь элемента поверхности Σ(t), B — магнитное поле, а B·dS — скалярное произведение B и dS. Предполагается, что поверхность имеет «устье», очерченное замкнутой кривой, обозначенной ∂Σ(t). Закон индукции Фарадея утверждает, что когда поток изменяется, то при перемещении единичного положительного пробного заряда по замкнутой кривой ∂Σ возникает ЭДС E{\displaystyle {\mathcal {E}}}, величина которой определяется по формуле:

|E|=|dΦdt| ,{\displaystyle |{\mathcal {E}}|=\left|{{d\Phi } \over dt}\right|\ ,}

где |E|{\displaystyle |{\mathcal {E}}|} — величина электродвижущей силы (ЭДС) в вольтах, а Φ_B — магнитный поток в веберах. Направление электродвижущей силы определяется законом Ленца.

Для плотно намотанной катушки индуктивности, содержащей N витков, каждый с одинаковым магнитным потоком Φ_B, закон индукции Фарадея утверждает, что:

|E|=N|dΦBdt|,{\displaystyle |{\mathcal {E}}|=N\left|{{d\Phi _{B}} \over dt}\right|,}

где N — число витков провода, Φ_B — магнитный поток в веберах на один виток.

При выборе пути ∂Σ(t) для нахождения ЭДС заметим, что путь должен удовлетворять двум основным требованиям: (i) путь должен быть замкнутым, и (ii) путь должен охватывать относительное движение частей контура (источник происхождения t-зависимости в ∂Σ(t)). К требованиям не относится то, что путь должен совпадать с линией тока, но, конечно, ЭДС, которая находится по закону потока, будет считаться по выбранному пути. Если путь не совпадает с линией тока, то подсчитанная ЭДС, возможно, будет не та ЭДС, которая вызывает ток.

Пример 1: пространственно меняющееся магнитное поле[править | править код]

Рис. 3. Замкнутый прямоугольный провод движется вдоль оси x со скоростью v в магнитном поле, которое изменяется вдоль x.

Рассмотрим случай на рисунке 3, на котором прямоугольная замкнутая проволочная петля, расположенная в плоскости xy, перемещается в направлении оси x со скоростью v. Центр петли x_C удовлетворяет условию v = dx_C / dt. Петля имеет длину ℓ в направлении оси y и ширину w в направлении оси x. Зависящее от времени пространственно меняющееся магнитное поле B(x) показано в направлении z. Магнитное поле на левой стороне равно B(x_C − w / 2), а на правой стороне B(x_C + w / 2). Электродвижущую силу можно найти либо с помощью закона Лоренца, либо, что эквивалентно, используя вышеизложенный закон индукции Фарадея.

Закон Лоренца[править | править код]

Заряд q в проводнике на левой стороне петли испытывает силу Лоренца q v × B k = −q v B(x_C − w / 2) j   (j, k — единичные векторы в направлениях y и z; см. векторное произведение векторов), что вызывает ЭДС (работу на единицу заряда) v ℓ B(x_C − w / 2) по всей длине левой стороны петли. На правой стороне петля аналогичное рассуждение показывает, что ЭДС равна v ℓ B(x_C + w / 2). Две противоположные друг другу ЭДС толкают положительный заряд по направлению к нижней части петли. В случае, когда поле B возрастает вдоль х, сила на правой стороне будет больше, а ток будет течь по часовой стрелке. Используя правило правой руки, мы получаем, что поле B, создаваемое током, противоположно приложенному полю.^[14] ЭДС, вызывающая ток, должна увеличиваться по направлению против часовой стрелки (в отличие от тока). Складывая ЭДС в направлении против часовой стрелки вдоль петли мы находим:

E=vℓ[B(xC+w/2)−B(xC−w/2)] .{\displaystyle {\mathcal {E}}=v\ell [B(x_{C}+w/2)-B(x_{C}-w/2)]\ .}

Закон Фарадея[править | править код]

В любой точке петли магнитный поток через неё равен:

ΦB=±∫0ℓdy∫xC−w/2xC+w/2B(x)dx{\displaystyle \Phi _{B}=\pm \int _{0}^{\ell }dy\int _{x_{C}-w/2}^{x_{C}+w/2}B(x)dx}

=±ℓ∫xC−w/2xC+w/2B(x)dx .{\displaystyle \qquad =\pm \ell \int _{x_{C}-w/2}^{x_{C}+w/2}B(x)dx\ .}

Выбор знака определяется по принципу, имеет ли нормаль к поверхности в данной точке то же направление, что и B, или противоположное. Если нормаль к поверхности имеет то же направление, что и поле B наведённого тока, этот знак отрицательный. Производная по времени от потока (найденная с помощью методов дифференцирования сложной функции или по правилу Лейбница дифференцирования интеграла) равна:

dΦBdt=(−)ddxC[∫0ℓdy ∫xC−w/2xC+w/2dxB(x)]dxCdt {\displaystyle {\frac {d\Phi _{B}}{dt}}=(-){\frac {d}{dx_{C}}}\left[\int _{0}^{\ell }dy\ \int _{x_{C}-w/2}^{x_{C}+w/2}dxB(x)\right]{\frac {dx_{C}}{dt}}\ }

=(−)vℓ[B(xC+w/2)−B(xC−w/2)] ,{\displaystyle \qquad =(-)v\ell [B(x_{C}+w/2)-B(x_{C}-w/2)]\ ,}

(где v = dx_C / dt является скоростью движения петли в направлении оси х), что приводит к:

E=−dΦBdt=vℓ[B(xC+w/2)−B(xC−w/2)] ,{\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {d\Phi _{B}}{dt}}=v\ell [B(x_{C}+w/2)-B(x_{C}-w/2)]\ ,}

как и в предыдущем случае.

Эквивалентность этих двух подходов является общеизвестной, и в зависимости от решаемой задачи более практичным может оказаться либо тот, либо другой метод.

Пример 2: проводник, движущийся в постоянном магнитном поле[править | править код]

Рис. 4. Два проводника замкнутые на проводящие обода образуют «рамку» вращающуюся с угловой скоростью ω в радиальном, направленном наружу магнитном поле B фиксированной величины. Ток подается щётками, касающимися верхнего и нижнего дисков с проводящими ободами.

На рис. 4 показан шпиндель, образованный двумя дисками с проводящими ободами, и проводники, расположенные вертикально между этими ободами. ток скользящими контактами подается на проводящие обода. Эта конструкция вращается в магнитном поле, которое направлено радиально наружу и имеет одно и то же значение в любом направлении. то есть мгновенная скорость проводников, ток в них и магнитная индукция, образуют правую тройку, что заставляет проводники вращаться.

Сила Лоренца[править | править код]

В этом случае на проводники действует Сила Ампера, а на единичный заряд в проводнике Сила Лоренца — поток вектора магнитной индукции B , ток в проводниках, соединяющих проводящие обода, направлен нормально к вектору магнитной индукции, тогда сила, действующая на заряд в проводнике, будет равна

F=qBv,{\displaystyle F=qBv\,,}

где v = скорости движущегося заряда^[15]

Следовательно, сила действующая на проводники

F=IBℓ,{\displaystyle {\mathcal {F}}=IB\ell ,}

где l — длина проводников

Здесь мы использовали B как некую данность, на самом деле она зависит от геометрических размеров ободов конструкции, и это значение можно вычислить, используя Закон Био — Савара — Лапласа . Данный эффект используется и в другом устройстве, называемом Рельсотрон

Закон Фарадея[править | править код]

Интуитивно привлекательный, но ошибочный подход к использованию правила потока выражает поток через цепь по формуле Φ_B = B w ℓ, где w — ширина движущейся петли.

Ошибочность такого подхода в том, что это не рамка в обычном понимании этого слова. Прямоугольник на рисунке образован отдельными проводниками, замкнутыми на обод. Как видно на рисунке, ток по обоим проводникам течет в одном направлении, то есть здесь отсутствует понятие «замкнутый контур»

Наиболее простое и понятное объяснение этому эффекту дает понятие сила Ампера. То есть вертикальный проводник может быть вообще один, чтобы не вводить в заблуждение. Или же проводник конечной толщины может быть расположен на оси, соединяющей обода. Диаметр проводника должен быть конечным и отличаться от нуля, чтобы момент силы Ампера был ненулевой.

Рис. 6. Иллюстрация теоремы Кельвина-Стокса с помощью поверхности Σ, её границы ∂Σ и ориентации n , установленной правилом правой руки.

Переменное магнитное поле создаёт электрическое поле, описываемое уравнением Фарадея — Максвелла:

∇×E=−∂B∂t,{\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}},}

где:

∇×{\displaystyle \nabla \times } обозначает ротор

E — электрическое поле

B — плотность магнитного потока.

Это уравнение присутствует в современной системе уравнений Максвелла, часто его называют законом Фарадея. Однако, поскольку оно содержит только частные производные по времени, его применение ограничено ситуациями, когда заряд покоится в переменном по времени магнитном поле. Оно не учитывает^{[уточнить]} электромагнитную индукцию в случаях, когда заряженная частица движется в магнитном поле.

В другом виде закон Фарадея может быть записан через интегральную форму теоремы Кельвина-Стокса:^[16]

∮∂Σ⁡E⋅dℓ=−∫Σ∂∂tB⋅dA.{\displaystyle \oint _{\partial \Sigma }\mathbf {E} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=-\int _{\Sigma }{\partial \over {\partial t}}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} .}

Для выполнения интегрирования требуется независимая от времени поверхность Σ (рассматриваемая в данном контексте как часть интерпретации частных производных). Как показано на рис. 6:

Σ — поверхность, ограниченная замкнутым контуром ∂Σ, причём, как Σ, так и ∂Σ являются фиксированными, не зависящими от времени,

E — электрическое поле,

dℓ — бесконечно малый элемент контура ∂Σ,

B — магнитное поле,

dA — бесконечно малый элемент вектора поверхности Σ.

Элементы dℓ и dA имеют неопределённые знаки. Чтобы установить правильные знаки, используется правило правой руки, как описано в статье о теореме Кельвина-Стокса. Для плоской поверхности Σ положительное направление элемента пути dℓ кривой ∂Σ определяется правилом правой руки, по которому на это направление указывают четыре пальца правой руки, когда большой палец указывает в направлении нормали n к поверхности Σ.

Интеграл по ∂Σ называется интеграл по пути или криволинейным интегралом. Поверхностный интеграл в правой части уравнения Фарадея-Максвелла является явным выражением для магнитного потока Φ_B через Σ. Обратите внимание, что ненулевой интеграл по пути для E отличается от поведения электрического поля, создаваемого зарядами. Генерируемое зарядом E-поле может быть выражено как градиент скалярного поля, которое является решением уравнения Пуассона и имеет нулевой интеграл по пути.

Интегральное уравнение справедливо для любого пути ∂Σ в пространстве и любой поверхности Σ, для которой этот путь является границей.

Рис. 7. Площадь заметания элемента вектора dℓ кривой ∂Σ за время dt при движении со скоростью v.

Используя^[17]

ddt∫AB dA=∫A(∂B∂t+v div B+rot(B×v))dA{\displaystyle {\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\int \limits _{A}{\mathbf {B} }{\text{ d}}\mathbf {A} =\int \limits _{A}{\left({\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}+\mathbf {v} \ {\text{div}}\ \mathbf {B} +{\text{rot}}\;(\mathbf {B} \times \mathbf {v} )\right)\;{\text{d}}}\mathbf {A} }

и принимая во внимание divB=0{\displaystyle {\text{div}}\mathbf {B} =0} (Ряд Гаусса), B×v=−v×B{\displaystyle \mathbf {B} \times \mathbf {v} =-\mathbf {v} \times \mathbf {B} } (Векторное произведение) и ∫ArotXdA=∮∂A⁡Xdℓ{\displaystyle \int _{A}{\text{rot}}\;\mathbf {X} \;\mathrm {d} \mathbf {A} =\oint _{\partial A}\mathbf {X} \;{\text{d}}{\boldsymbol {\ell }}} (теорема Кельвина — Стокса), мы находим, что полная производная магнитного потока может быть выражена

∫Σ∂B∂tdA=ddt∫ΣB dA+∮∂Σ⁡v×Bdℓ.{\displaystyle \int \limits _{\Sigma }{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}{\textrm {d}}\mathbf {A} ={\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\int \limits _{\Sigma }{\mathbf {B} }{\text{ d}}\mathbf {A} +\oint _{\partial \Sigma }\mathbf {v} \times \mathbf {B} \,{\text{d}}{\boldsymbol {\ell }}.}

Добавляя член ∮⁡v×Bdℓ{\displaystyle \oint \mathbf {v} \times \mathbf {B} \mathrm {d} \mathbf {\ell } } к обеим частям уравнения Фарадея-Максвелла и вводя вышеприведённое уравнение, мы получаем:

∮∂Σ⁡(E+v×B)dℓ=−∫Σ∂∂tBdA⏟induced emf+∮∂Σ⁡v×Bdℓ⏟motional emf=−ddt∫ΣB dA,{\displaystyle \oint \limits _{\partial \Sigma }{(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}{\text{d}}\ell =\underbrace {-\int \limits _{\Sigma }{\frac {\partial }{\partial t}}\mathbf {B} {\text{d}}\mathbf {A} } _{{\text{induced}}\ {\text{emf}}}+\underbrace {\oint \limits _{\partial \Sigma }{\mathbf {v} }\times \mathbf {B} {\text{d}}\ell } _{{\text{motional}}\ {\text{emf}}}=-{\frac {\text{d}}{{\text{d}}t}}\int \limits _{\Sigma }{\mathbf {B} }{\text{ d}}\mathbf {A} ,}

что и является законом Фарадея. Таким образом, закон Фарадея и уравнения Фарадея-Максвелла физически эквивалентны.

Рис. 7 показывает интерпретацию вклада магнитной силы в ЭДС в левой части уравнения. Площадь, заметаемая сегментом dℓ кривой ∂Σ за время dt при движении со скоростью v, равна:

dA=−dℓ×vdt ,{\displaystyle d\mathbf {A} =-d{\boldsymbol {\ell \times v}}dt\ ,}

так что изменение магнитного потока ΔΦ_B через часть поверхности, ограниченной ∂Σ за время dt, равно:

dΔΦBdt=−B⋅ dℓ×v =−v×B⋅ dℓ ,{\displaystyle {\frac {d\Delta \Phi _{B}}{dt}}=-\mathbf {B} \cdot \ d{\boldsymbol {\ell \times v}}\ =-\mathbf {v} \times \mathbf {B} \cdot \ d{\boldsymbol {\ell }}\ ,}

и если сложить эти ΔΦ_B-вклады вокруг петли для всех сегментов dℓ, мы получим суммарный вклад магнитной силы в закон Фарадея. То есть этот термин связан с двигательной ЭДС.

Пример 3: точка зрения движущегося наблюдателя[править | править код]

Возвращаясь к примеру на рис. 3, в движущейся системе отсчета выявляется тесная связь между E- и B-полями, а также между двигательной и индуцированной ЭДС.^[18] Представьте себе наблюдателя, движущегося вместе с петлёй. Наблюдатель вычисляет ЭДС в петле с использованием как закона Лоренца, так и с использованием закона электромагнитной индукции Фарадея. Поскольку этот наблюдатель движется с петлей, он не видит никакого движения петли, то есть нулевую величину v × B. Однако, поскольку поле B меняется в точке x, движущийся наблюдатель видит изменяющееся во времени магнитного поля, а именно:

B=kB(x+vt) ,{\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {k} {B}(x+vt)\ ,}

где k  — единичный вектор в направлении z.^[19]

Закон Лоренца[править | править код]

Уравнение Фарадея-Максвелла говорит, что движущийся наблюдатель видит электрическое поле E_y в направлении оси y, определяемое по формуле:

∇×E=k dEydx{\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =\mathbf {k} \ {\frac {dE_{y}}{dx}}}

=−∂B∂t=−kdB(x+vt)dt=−kdBdxv  .{\displaystyle \qquad =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}=-\mathbf {k} {\frac {dB(x+vt)}{dt}}=-\mathbf {k} {\frac {dB}{dx}}v\ \ .}

Применяя правило дифференцирования сложной функции:

dBdt=dBd(x+vt)d(x+vt)dt=dBdxv .{\displaystyle {\frac {dB}{dt}}={\frac {dB}{d(x+vt)}}{\frac {d(x+vt)}{dt}}={\frac {dB}{dx}}v\ .}

Решение для E_y с точностью до постоянной, которая ничего не добавляет в интеграл по петле:

Ey(x, t)=−B(x+vt) v .{\displaystyle E_{y}(x,\ t)=-B(x+vt)\ v\ .}

Используя закон Лоренца, в котором имеется только компонента электрического поля, наблюдатель может вычислить ЭДС по петле за вр

применение в промышленности — Asutpp

Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.

Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.

Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.

Фото: Вихревые токи

Токи Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.

Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Схема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

Видео: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Вихри и скин-эффект

В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.

Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.

Схема индукционного нагрева

Принципы вихревых токов

Катушка из медной проволоки является распространенным методом для воспроизведения индукции вихревых токов. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Магнитные поля образуют линии вокруг провода и соединяются, образуя более крупные петли. Если ток увеличивается в одной петле, магнитное поле будет расширяться через некоторые или все из петель проволоки, которые находятся в непосредственной близости. Это наводит напряжение в соседних петлях гистерезис, и вызывает поток электронов или вихревые токи, в электропроводящем материале. Любой дефект в материале, включая изменения в толщине стенки, трещин, и прочих разрывов, может изменить поток вихревых токов.

Закон Ома

Закон Ома является одним из самых основных формул для определения электрического потока. Напряжение, деленное на сопротивление, Ом, определяет электрический ток, в амперах. Нужно помнить, что формулы для расчета токов не существует, необходимо пользоваться примерами расчета магнитного поля.

Индуктивность

Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. С увеличением тока, катушка индуцирует циркуляцию (вихревых) потоков в проводящем материале, расположенном рядом с катушкой. Амплитуда и фаза вихревых токов будет меняться в зависимости от загрузки катушки и ее сопротивления. Если поверхность или под поверхностью возникнет разрыв в электропроводном материале, поток вихревых токов будет прерван. Для его налаживания и контроля существуют специальные приборы с разной частотой каналов.

Магнитные поля

На фото показано, как вихревые электрические токи образуют магнитное поле в катушке. Катушки, в свою очередь, образуют вихревые токи в электропроводном материале, а также создавают свои собственные магнитные поля.

Магнитное поле вихревых токов

Дефектоскопия

Изменение напряжения на катушке будет влиять на материал, сканирование и исследование вихревых токов позволяет производить прибор для измерения поверхностных и подповерхностных разрывов. Несколько факторов будут влиять на то, какие недостатки могут быть обнаружены:

1. Проводимость материала оказывает значительное воздействие на пути следования вихревых токов;
2. Проницаемость проводящего материала также имеет огромное влияние из-за его способности быть намагниченным. Плоскую поверхность гораздо легче сканировать, чем неровную.
3. Глубина проникновения имеет очень большое значение в контроле вихретоков. Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта.
4. Это же касается и площади поверхности. Чем меньше площадь – тем быстрее происходит образование вихревых токов.

Обнаружение контура дефектоскопом

Существуют сотни стандартных и специальных зондов, которые производятся для конкретных типов поверхностей и контуров. Края, канавки, контуры, и толщина металла вносят свой вклад в успех или провал испытаний. Катушка, которая расположена слишком близко к поверхности проводящего материала будет иметь наилучшие шансы на обнаружение разрывов. Для сложных контуров катушка вставляется в специальной блок и прикрепляется к арматуре, что позволяет пройти ток через неё и проконтролировать его состояние. Многие устройства требуют специальных формованных изделий зонда и катушки, чтобы приспособиться к неправильной форме детали. Катушка также может иметь специальную (универсальную) форму, чтобы соответствовать конструкции детали.

Уменьшаем вихревые токи

Для того чтобы уменьшить вихревые токи катушек индуктивности нужно увеличить сопротивление в этих механизмах. В частности рекомендуется использовать лицендрат и изолированные провода.

---

Смотрите также

• 
  Кислородная вода что это такое
• 
  Длина миди что это такое
• 
  Фрукт фига что это такое
• 
  Фарнезол что это такое
• 
  Гемангиома позвоночника что это такое у взрослых
• 
  Кежл стиль что это такое
• 
  Онкология по анализу крови что это такое
• 
  Гроуверы что это такое
• 
  На языке появились пупырышки ближе к гортани что это такое
• 
  Что это такое кикбоксинг
• 
  Плоскоклеточная метаплазия шейки матки что это такое и как лечить