При работе над итоговым индивидуальным исследовательским проектом по физике на тему "Электропроводка, так ли это просто?" учащийся 9 класса выяснил что такое электропроводка и разобрался в ее истории, а также подробно изучил электричество и как его правильно провести в помещении, используя правила безопасности.

Обучающийся 9 класса в рамках исследовательской работы (проекта) по физике об электропроводке пришел к выводу о том, что для постоянного использования электроэнергии, следует обеспечить безопасное подключение потребителей к сети. Для этого обязательно требуется соблюдение правил безопасности.

Оглавление

Введение

1. Что такое электропроводка?
2. История электропроводки?
3. Правило устройства электропровода
4. Как обеспечить пожарную безопасность в квартире
5. Исследования, показывающие возможность провести электропроводку самому
6. Как правильно распределить электропровод?
7. Изготовление продукта

Заключение
Список использованных источников

Для комфортной жизни современного человека напрямую зависит наличие надежного источника электроэнергии. На нее завязано практически всё – освещение помещений, приготовление пищи, отопление помещений, подогрев воды, кондиционирование и вентиляция, средства коммуникации и доступа к информации, десяток других приборов и устройств, без которых уже трудно представить свое существование.

Поставщики электроэнергии в наше время работают стабильно, без серьезных и продолжительных сбоев, и если потребитель своевременно оплачивает услуги, то он может рассчитывать на полный доступ к имеющимся «благам цивилизации». Но вот только энергоснабжающие компании гарантируют подачу напряжения до счетчика потребителя энергии.

А дальше начинается зона ответственности хозяина жилья, и в его праве расположить все точки освещения и подключения к электросети в оптимальном количестве, с его точки зрения, и в удобном для пользования месте.

Как подойти к решению данного вопроса? Будет ли монтироваться проводка в квартире своими руками, или же целесообразнее всё же воспользоваться услугами специалистов, а если же своими руками, то, как правильно и безопасно распределить её?

Гипотеза исследования: можно ли самостоятельно провезти электропроводку помещения.

Предмет исследования: электричество.
Объект исследования: электропроводка.

Цель исследования: узнать, как правильно провести электропроводку в квартире.

Задачи исследования:

1. Собрать и изучить информацию по данной теме.
2. Выделить главные факты.
3. Исследовать как провести электропроводку.
4. Проанализировать полученные результаты.
5. Изготовить продукт.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ.
2. Исследование.
3. Наблюдение.
4. Сравнение.

Практическая направленность: в проекте мы узнаем более подробно о электричестве и как его правильно провести в помещении с использованием правил безопасности, а при изучении проекта у читающих могут открыться таланты овладением электричества.

Для того чтобы узнать, что такое электропроводка, нужно разобраться, что, вообще, такое электричество?
Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гильбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле».

Электропроводка – это важная часть инженерных сетей, система электрических проводов, по которым электрический ток от распределительного щита поступает к потребителям электроэнергии. Также входят и выключатели, розетки и осветительные приборы. В комплекс входят вспомогательные конструкции для изоляции и поддержки проводки, а также ее защиты от внешних воздействий. Надежность и безопасность электропроводки зависит от материалов, из которых она изготовлена.

От автоматических выключателей, установленных на распределительном щите, в квартиру идут обычно 2 провода под напряжением (называемые фазными) и один общий провод (т. н. нулевой) без напряжения. В домах с электроплитами прокладывают 3 фазных провода. По одному из фазных проводов ток подводится к потолочным светильникам, по-другому – к штепсельным розеткам, по третьему - к электроплите. Нулевой провод подводится к каждому потребителю, образуя электрическую цепь: фазный провод – выключатель – потребитель электроэнергии – нулевой провод.

Между фазным и нулевым проводами действует опасное для человека напряжение 220 В. [1.25]
При проектировании и монтаже электропроводки соблюдаются стандарты безопасности. Допустимые типы и размеры проводов и кабелей определяются в соответствии с рабочим напряжением схемы и возможностью подачи электрического тока, с дополнительными ограничениями в зависимости от условий окружающей среды, таких как диапазон температур окружающей среды, уровень влажности, воздействие солнечного света и химических веществ. [4.24]

Соответствующие устройства защиты, управления и распределения цепи в системе проводки здания зависят от напряжения, тока и функциональных характеристик. Коды безопасности проводки различаются в зависимости от местности, страны или региона. Международная электротехническая комиссия (МЭК) пытается согласовать стандарты проводки между странами-членами, но все еще существуют значительные различия в требованиях к проектированию и монтажу. [4.25]

В быту мы каждый день сталкиваемся с разными видами кабеля. За свое существование кабели тоже модернизировались, человечество всегда боролось за то, чтобы блага цивилизации становились более безопасными. Здесь речь идет непосредственно о домах людей и прямом контакте с человеком, причем не только при монтаже.

Мне кажется, что было бы интересно поговорить о том, с чего все начиналось и прийти постепенно к тому, с чем мы сталкиваемся каждый день.
Началом всей истории мы считаем опыты Стивена Грея, где стеклянная трубка и помещённая в нее пробка были первой токопроводящей конструкцией.

Следующим этапом развития стал путь к изолированию проводников. Тиберио Кавалло в 1780 г. разработал первый способ изолирования.
Две натянутых проволоки из меди и латуни необходимо прокалить либо в свечном огне, либо раскаленным железным куском, далее покрыть слоем смолы, после чего намотать на них отрезок полотняной ленты со смолистой пропиткой.

После чего покрывался дополнительным защитным слоем «шерстяным чехлом». Подразумевалось изготовление таких изделий отрезками от 6 до 9 метров. Для получения большей длины части соединяли при помощи намотки на отрезки шелка с масляной пропиткой.

Так плавно мы подошли к 1795 г. когда впервые был использован термин «кабель». Это уже был полный прототип нашего современного, со скрученными проводниками и изоляцией. Его использование планировалось в воздушном пространстве. Все это привело к тому, что уже в 1798 г. была возведена «королевская» линия связи.

Правила электромонтажа распространяются как на государственные структуры, так и на частных застройщиков. В соответствии с их положениями начальным этапом работы должна быть грамотно составленная схема проводки в квартире в многоквартирном доме.

Бумага должна быть согласована в управляющей компании, которая выдает Технические условия.

Нормы прокладки электропроводки в жилых помещениях регламентированы такими актами:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — планирование и монтаж, соединения и коммутация, применение материалов.
2. ГОСТ 31565-2012 — пожарная безопасность, предотвращение возгораний.
3. ГОСТ 50571.15-97 — правила прокладки линий, способы монтажа на различных поверхностях.
4. СП 256.1325800.2016 — заземление и безопасность, изоляция и размеры.
5. СНиП 31-110-2003 — размещение приборов, расстояние и места установки.

Нарушение правил прокладки проводки в квартире влечет за собой административную и материальную ответственность. Соблюдение стандартов электропроводки в квартире достигается точным выполнением требований законодательных актов.

Важность их применения заключается в следующем:

• подбор проводников, сечение которых соответствует мощности потребителей;
• исключение риска поражения людей током;
• оптимальное расположение и правильный подбор нужного количества розеток;
• предотвращение риска возгорания в сети;
• недопущение поломок бытовой техники.

Если точно соблюдать СНиПы по электромонтажу, можно правильно рассчитать потребность и тип проводников, что способствует уменьшению сметы строительства. Правила прокладки электропроводки охватывают широкий круг аспектов монтажа, начиная от выбора материалов и заканчивая порядком ввода конструкции в эксплуатацию.

Минимальное сечение жил кабеля:

1. вводной — 4 мм;
2. розетки — 2,5 мм;
3. осветительная группа — 1 мм.
4. Количество жил проводника:
5. однофазная линия — 2;
6. однофазная сеть с заземлением — 3;
7. двухфазная подача — 3;
8. двухфазная сеть с заземлением — 4.

Размещение розеток, выключателей и электропроводки на расстоянии от поверхностей и объектов:

1. пол — 30-120 см;
2. стыки панелей — 20 см;
3. оконные и дверные проемы — 10 см;
4. канализационные и водопроводные трубы — 30 см;
5. раковины, ванны — 50 см;
6. отопительные приборы — 20 см;
7. электроплиты — 15 см;
8. газовые магистрали — 40 см.

Виды проводки:

• с изоляцией одного и нескольких цветов;
• медные и алюминиевые;
• с обычным и негорючим покрытием.

Защитные автоматы, которые устанавливаются в электромонтажный щит:

1. пакетного типа;
2. релейные;
3. плавкие;
4. электронные.
5. Схемы разводки линий:
6. последовательные;
7. параллельные;
8. комбинированные.

Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока.

Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) — электродинамические счётчики. Количество электроэнергии, пропорциональное числу оборотов подвижной части прибора, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, — магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа, переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

Электрическая розетка представляет собой устройство безопасной передачи электроэнергии с бытовой сети к электрическому прибору. Конструкция розетки включает в себя корпус, контактные разъемы и фиксирующее гнездо для электрической вилки.

Внутренний механизм может быть керамическим или пластиковым. Керамический блок розетки стойкий к высокой температуре и служит радиатором для отвода тепла. Минусом является хрупкость керамики. В свою очередь, пластиковый механизм выполнен из поликарбоната и не подвергается возгоранию. Однако высокие температуры могут привести к плавлению конструкции.

Разъемы розетки, которые обеспечивают передачу электричества, могут быть выполнены с латуни или бронзы. Подключение проводов к токопроводящим разъемам выполняется с помощью винтового зажима. Также, существуют розетки с быстрозажимным механизмом.

Электрический патрон, по сути является передаточным звеном, которое передает энергию электрического тока на устройство, генерирующее свет. Кроме того, патрон несет и монтажную функцию – именно в нем крепится само это устройство для генерации света.

Добавим, он может иметь и эстетическое назначение, быть красивым, декоративным и радовать наш глаз.
Самым распространенным типом патронов является винтовой, для ламп с типом цоколя Е, где буква Е напоминает нам об изобретателе лампы накаливания, гениальном американском самоучке Томасе Альве Эдисоне. Edison screw type, то есть винт Эдисона.

Лампы в данный вид патронов могут вкручиваться и выкручиваться. После буквы Е указывается диаметр цоколя лампы в мм. Например, существуют следующие патроны Е5, Е10, Е14, Е27 и Е40. Наиболее распространенными в быту являются патроны Е14 и Е27. Патроны Е40 в основном рассчитаны на мощные источники света и находят свое применение в уличном освещении.

Каждый патрон маркируется информацией о его характеристиках, которая наносится на его корпус. Патроны для цоколей Е14 имеют рабочий ток не более 2 А, номинальной мощностью 440 Вт, Е27 – не более 4 А, 880 Вт; Е40 – не более 16 А, 3500 Вт. Маркировка, наносимая на корпус патрона, зависит от производителя и как правило выглядит так 4А 250В, 4-250, 4/250. Максимальное напряжение, подаваемое на патрон, составляет 250 В.

Устройство данного патрона достаточно просто: он состоит из трех элементов – корпуса, цилиндрической формы, где располагается гильза с резьбой Эдисона, керамического вкладыша и двух медных или латунных контактов для подвода электрического тока к лампе. Подсоединение проводов к самому патрону может осуществляться тремя способами: винтовым соединением к керамическому вкладышу со смонтированными на нем латунными контактами, при помощи клеммных колодок и безвинтовым способом (для патронов из пластика).

При подсоединении проводов к патрону, фаза должна подключаться к центральному контакту цоколя лампочки. При таком подключении при вкручивании и выкручивании лампочки вероятность поражения электрическим током минимальна. (Рис. 5)

Выключатель — это двухпозиционный коммутационный аппарат с нормально-разомкнутыми контактами, предназначенный для работы в сетях с напряжением до 1000 вольт, не предназначенный для отключения токов короткого замыкания, без специальных устройств дугогашения, местного управления, с ручным приводом. Остальные характеристики этого выключателя, такие как рабочий ток, степень влаго-, пыле- и взрывозащищённости (IP), климатическое исполнение, способ установки, материал контактов — определяются производителем и зависят от конкретной модели.

Более того, для бытового выключателя актуально конструктивное исполнение — для внутренней установки (встраиваемым в стену, для скрытой проводки) или для внешней установки (устанавливаемым на стену, для открытой проводки). В основном применяются для включения и выключения освещения (люстр, плафонов). Для этой же цели в продаже появились выключатели с плавным управлением освещённости: светорегуляторы, диммеры, триммеры. [6,25]

Согласно любым, даже самым поверхностным исследованиям, неисправная электропроводка в доме или квартире опасна, прежде всего, не из-за риска поражения электрическим током, а из-за перспективы возникновения пожара.

Нет, опасность удара током не исключается, но пожар не менее вероятен, а при своем возникновении он способен разом унести жизнь и принести большие разрушения. Поэтому при проектировании, монтаже и эксплуатации электрической проводки необходимо не забывать о некоторых мерах, способных обеспечить пожарную безопасность и оградить людей от беды.

Меры, обеспечивающие пожарную безопасность электропроводки на стадии проектирования
Выбор марки кабелей и проводов, предписываемых к использованию в монтаже.

Для стационарного монтажа в жилых и нежилых крытых помещениях рекомендуется использование медных кабелей ВВГнг либо NYM. Для переносных электроприемников и удлинителей подойдут кабели ПВС и ШВВП. [1,24]

Изоляция этих кабелей не распространяет горение и даже в случае перегрева не может стать причиной пожара. Алюминиевый кабель к использованию в монтаже не допускается, поскольку контакты с участием алюминиевых проводников более склонны к потере надежности и к образованию электрической дуги, которая может вызвать возгорание.

Если есть подозрения, что условия эксплуатации будут способствовать повышенному нагреву, жил, то указанные нормы можно занизить. Но увеличивать их нежелательно, так как это может привести к перегреву изоляции. Правильный выбор номиналов аппаратов максимально-токовой защиты.

Этот выбор осуществляют по сечению жилы кабеля. Для 1,5 кв. мм. – не более 16 ампер, для 2,5 кв. мм. – не более 25, для 4 кв. мм. – не более 40, а для 6 кв. мм – не более 50. Но все же необходимо учитывать и токовый номинал потребителей, которые включаются в линию.

Ведь потребляя ток, превышающий собственную норму, бытовой прибор может не только выйти из строя, но и загореться, а для кабеля и автоматического выключателя это будет штатный режим работы. [5,25]

Пример – схема соединения электрических устройств.

1. Цоколь на центральный контакт приходит фаза на боковой ноль.
2. Выключатель ставится в разрыв фазы, он производит коммутацию. На неподвижный контакт как правило приходится присоединение фазы.
3. Розетка включается фаза и ноль, может служить распределительной коробкой.
4. Для повышения надежности и уменьшения потребления напряжения групповые линии штабелях розеток выполняют по кольцевой схеме.
5. Групповые линии квартир выполняются однофазном напряжении 220 вольт по радиальной или кольцевой схеме питания.

Поэтому если в линии установлена лишь одна розетка на 16 ампер, то и автомат не должен быть более чем на 16 ампер, даже если кабель линии имеет сечение 2,5 кв. мм. Правильный выбор способа прокладки кабеля Основное правило здесь такое – кабель не должен непосредственно проходить по сгораемым конструкциям. Самый яркий пример – деревянные стены, открытую проводку по которым можно выполнять только на роликах или подложив металлическую полосу под кабель на всем его протяжении.

Можно спрятать кабель в гофре или пластиковый кабель-канал. Еще хуже, когда кабель прячут под деревянной обшивкой – тут уж прямая опасность возникновения пожара. Скрытая проводка в деревянных домах должна выполняться в трубах. Устройство в помещении настоящей, работающей охранно-пожарной сигнализации – мера отнюдь не лишняя, особенно в деревянных больших домах, где огонь может распространяться быстро, а заметить его вовремя не всегда возможно. [2,24] [3,24]

Для того что бы решить данную проблему, мною было проведено наблюдение и измерение. Это связанно с тем, что мне нужно понять с чем я имею дело, чтобы мне было проще воспроизвести модель в программе, для уменьшения рисков.
Исходными данными для проведения моей исследовательской работы были: размеры и эскизы данной квартиры. С помощью этого я узнал, где должны находится комплектующие: кабеля, розетки, выключатели и т. д., и понял примерный нужный объем материала.
Электропроводка–это очень важная и опасная электрическая установка кабелей и связанных с ними устройств, таких как выключатели, распределительные щиты, розетки и осветительные приборы в конструкции.

Чтобы я понял и разобрал данную тему хорошо, будем использовать не мою квартиру, а случайную, благо в приложении SketchUp можно найти всё, от любой розетки до полного плана многоэтажного дома. Я возьму план обычной среднестатистической квартиры без электропроводки и проведу её.

Электропроводка подчиняется нормам безопасности при проектировании и монтаже. Поэтому я буду следовать тому, что написано в главном своде правил об электропроводке – «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)»

Начало электропроводки будет происходить от счетчика. Он главный и опасный элемент электропровода, поэтому он должен иметь точное расположение:
ПУЭ 4.1.14. Установку приборов и аппаратов на РУ и НКУ (электросчетчик) следует производить в зоне от 400 до 2000 мм от уровня пола.
Вторым компонентом будет распределение выключателей и розеток, они тоже должны находится на своих местах:

Аппараты ручного оперативного управления (переключатели, кнопки) и розетки рекомендуется располагать на высоте не более 1900 мм и не менее 700 мм от уровня пола.
Следующие будет установление распределительных коробок, так как мы знаем расположение выключателей и розеток, то не составит труда понять, где ставить коробки, но они тоже имеют ограничения в расположении:
Высота от распределительной коробки до потолка не должна превышать 200 мм и не быть меньше 100 мм.

Наконец, зная все комплектующие, мы можем соединить их электропроводом.
Всегда электропроводку нужно делать качественно, чтоб она служила долгие годы, поэтому кабель будет состоять из трех жил: фаза, ноль и главное заземление, так как приборы бывают выходят из строя и не контролируемый ток задевает людей.

Жилы будут медные, ведь алюминий не оправдал свои возможности, это видно по проводке старых зданий.
В каждой комнате потребляемая мощность никогда не будет превышать 5 кВт, следовательно сечение кабеля от счетчика до приборов будет 5 мм^2.

Как вы уже поняли я буду использовать программу: SketchUp. Это программа для 3D-дизайна и архитектурного проектирования. В основном используется для моделирования жилых домов, мебели, интерьера.

Есть инструменты для проектирования лестниц, электропроводки, санитарно-технических коммуникаций и оборудования. Однако существуют и гораздо более масштабные проекты на её базе.
Программа на вид очень сложная, но с помощью руководства по ее использования она сразу же становится простой.

План действий
Изучаем программу.

• инструмент «выбрать».
• инструмент «линии».
• инструмент «фигуры».
• инструмент «вдавить-вытянуть».

1. Располагаем электросчетчик по правилам ПУЭ в прихожей.
2. Создаем 5 слоев на каждую комнату.
3. Первый слой проводим электропровод от счетчика к кухне с помощью ПУЭ,
4. Второй слой проводим электропровод от счетчика к спальне с помощью ПУЭ.
5. Третий слой проводим электропровод от счетчика к детской с помощью ПУЭ.
6. Четвертый слой проводим электропровод от счетчика к ванной с помощью ПУЭ.
7. Пятый слой проводим электропровод от счетчика к кладовой с помощью ПУЭ.

В ходе итогового индивидуального проекта по физике «Электропроводка, так ли это просто?» ученик 9 класса пришел к выводу о том, что сейчас в современном мире электрическая энергия играет одну из важнейших ролей у человечества, ежедневно мы являемся её неплохими потребителями. Нам приходится иметь дело с ней постоянно. Так, приходя домой, мы включаем свет, смотрим телевизор и разогреваем пищу, всё это даёт нам электроэнергия. Уже в этот век людям будет трудно расстаться с благами электричества.

Но, чтобы мы могли использовать её постоянно, необходимо обеспечить безопасное и эффективное подключение потребителей к сети. Для этого необходимы знания свойств физики и соблюдение ряда правил. Так, при монтаже проводки в квартире должны быть соблюдены определённые этапы. Начиная с проектирования да заканчивая проверкой качества монтажа и материала.

Все этапы по доведению электроэнергии до потребителя должны быть направлены на её безопасное подключение и использование человеком.
Моя гипотеза оказалась все же правдой: можно самому провести электропроводку помещения, даже хоть вы и не специалист.

Все правила можно найти в сети интернет и спокойно наслаждаться «благами человечества».
Цель моего проекта достигнута. А значит, напоследок я хочу сказать слова великого человека: «Многое кажется невозможным, пока ты это не сделаешь».

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е и 6-е издания (в редакции от 20.12.2017) (ЛД-62).
2. Учебник Физика 8 класс Перышкин А. В. Дрофа. – 140 стр.
3. Учебник Физика 9 класс Перышкин А. В. Дрофа. – 79 стр.
4. Толковый словарь Ефремовой
5. Иван Никитко "Универсальный справочник электрика"
6. Электрооснащение дома и участка (2006)