Азбука радиоинженера: что такое принципиальная электрическая схема и как её читать

Составление и согласование проекта

Проект внутренней электропроводки для частного дома состоит из:

• расчета мощности, вводных устройств и требуемого сечения проводов;
• расчета систем заземления и молниезащиты;
• схемы разводки электропроводки;
• плана расположения в здании кабельных линий и силового оборудования;
• сметы на расходные материалы.

Делается такой полноценный проект внутридомовой проводки только по договору в специализированной компании с лицензией. Если его потом придется согласовывать у поставщика электрической энергии, то выполненные самостоятельно чертежи и расчеты приняты к рассмотрению не будут.

Самому можно сделать лишь электрическую и/или монтажную схему, которые облегчают работы при выполнении монтажа электропроводки своими руками. В них схематично указываются аппараты защиты и линии проводов, чтобы упростить себе составление сметы и сборку всей системы.

Схема монтажа электропроводки в доме

Выбор фаз

Одним из наиболее важных моментов проекта и схем проводки является тип входного напряжения. Здесь особо анализировать, как, например, многочисленные плюсы и минусы свайного фундамента, не придется. Оно может быть однофазным либо трехфазным, на 220 либо 380 Вольт. При выборе исходить надо из имеющихся возможностей питающего трансформатора (что смогут дать энергетики) и потребляющего ток электрооборудования.

В остальных ситуациях, когда частный дом по площади не превышает 100 квадратов и в нем нет электрических водонагревателей, можно обойтись обычными однофазными 220 В. Требования к трехфазной электропроводке выше. Стоит она дороже, а нужна далеко не всегда. При этом надо учесть, что 380 В на трех фазах могут потребоваться в будущем. И тогда придется согласования начинать сначала. Здесь необходимо все взвесить и предусмотреть заранее.

Как рассчитать мощность потребления при разводке

Для расчета общей мощности потребления и необходимой для этого электропроводки дома необходимо просуммировать киловатты всех бытовых и осветительных приборов в жилище. Данные параметры есть в техпаспортах на оборудование и в специальных таблицах. Плюс сюда добавляются пусковые нагрузки и 20% про запас.

Самыми энергоемкими в коттедже являются проточные нагреватели воды (около 4–5 кВт), электроплиты с духовкой (до 3 кВт), электрообогреватели (1,5–3 кВт), пылесосы (около 1,5 кВт) и стиральные машинки (порядка 2–2,5 кВт). Немало потребляет также вентиляция в частном доме, если она сделана приточно-вытяжной и с подогревом воздуха без рекуператора.

Средняя мощность потребления бытовой техники

Для света, особенно если он светодиодный, требуется относительно немного (до 0,5 кВт). Приблизительно также мало сейчас потребляют телевизоры, компьютеры и иная используемая в быту техника. Но все это обязательно надо учесть и сложить, чтобы вычислить суммарную мощность коттеджа. Она нужна, чтобы получить ТУ и рассчитать сечение электропроводки.

Как рассчитать пропускную мощность электрической проводки

Группы потребителей

Чтобы нагрузка во внутридомовой сети распределялась равномерно, на схеме разводки проводов потребители разбиваются на несколько групп. Например, одна идет на уличное освещение придомового участка, вторая на хозпостройки, третья на осветительные приборы в коттедже и четвертая на розетки в нем. Если дом большой, то такая разбивка может производиться по этажам и помещениям.

Основные группы потребления

На каждую отдельную линию ставятся свои автоматы и УЗО (устройства защитного отключения). Это повышает безопасность эксплуатации домовой электросети и упрощает поиск проблемных точек в системе при срабатывании защиты. На схеме разводки электропроводки должны быть указаны все защитные аппараты и потребляемый ток на контуре, который запитан с каждого из них.

Групповое УЗО и провода по сечению за ним подбираются так, чтобы соответствовать потреблению конкретной группы. На мощное оборудование рекомендуется выделять свою линию питания, а на остальных количество потребителей не стоит делать выше 5–6 розеток. Лучше заложить в проекте их больше, но с меньшим риском перегорания жил из-за длительных перегрузок.

Обозначения в электрических схемах

В каждой электрической цепи имеются устройства, элементы и детали, которые все вместе образуют путь для электрического тока. Они отличаются наличием электромагнитных процессов, связанных с электродвижущей силой, током и напряжением, и описанных в физических законах.

1. В первую группу входят устройства, вырабатывающие электроэнергию или источники питания.
2. Вторая группа элементов преобразует электричество в другие виды энергии. Они выполняют функцию приемников или потребителей.
3. Составляющие третьей группы обеспечивают передачу электричества от одних элементов к другим, то есть, от источника питания – к электроприемникам. Сюда же входят трансформаторы, стабилизаторы и другие устройства, обеспечивающие необходимое качество и уровень напряжения.

Каждому устройству, элементу или детали соответствует условное обозначение, применяющееся в графических изображениях электрических цепей, называемых электрическими схемами. Кроме основных обозначений, в них отображаются линии электропередачи, соединяющие все эти элементы. Участки цепи, вдоль которых протекают одни и те же токи, называются ветвями. Места их соединений представляют собой узлы, обозначаемые на электрических схемах в виде точек. Существуют замкнутые пути движения тока, охватывающие сразу несколько ветвей и называемые контурами электрических цепей. Самая простая схема электрической цепи является одноконтурной, а сложные цепи состоят из нескольких контуров.

Большинство цепей состоят из различных электротехнических устройств, отличающихся различными режимами работы, в зависимости от значения тока и напряжения. В режиме холостого хода ток в цепи вообще отсутствует. Иногда такие ситуации возникают при разрыве соединений. В номинальном режиме все элементы работают с тем током, напряжением и мощностью, которые указаны в паспорте устройства.

Изображения трансформаторов также осуществляются упрощенным и развернутым, однолинейным и многолинейным способами. От этого зависит способ отображения самих устройств, их выводов, соединений обмоток и других составных элементов. Например, в трансформаторах тока для изображения первичной обмотки применяется утолщенная линия, выделенная точками. Для вторичной обмотки может использоваться окружность при упрощенном способе или две полуокружности при развернутом способе изображения.

Графические изображения других элементов:

• Контакты. Применяются в коммутационных устройствах и контактных соединениях, преимущественно в выключателях, контакторах и реле. Они разделяются на замыкающие, размыкающие и переключающие, каждому из которых соответствует свой графический рисунок. В случае необходимости допускается изображение контактов в зеркально-перевернутом виде. Основание подвижной части отмечается специальной незаштрихованной точкой.
• Выключатели. Могут быть однополюсными и многополюсными. Основание подвижного контакта отмечается точкой. У автоматических выключателей на изображении указывается тип расцепителя. Выключатели различаются по типу воздействия, они могут быть кнопочными или путевыми, с размыкающими и замыкающими контактами.
• Плавкие предохранители, резисторы, конденсаторы. Каждому из них соответствуют определенные значки. Плавкие предохранители изображаются в виде прямоугольника с отводами. У постоянных резисторов значок может быть с отводами или без отводов. Подвижный контакт переменного резистора обозначается в виде стрелки. На рисунках конденсаторов отображается постоянная и переменная емкость. Существуют отдельные изображения для полярных и неполярных электролитических конденсаторов.
• Полупроводниковые приборы. Простейшими из них являются диоды с р-п-переходом и односторонней проводимостью. Поэтому они изображаются в виде треугольника и пересекающей его линии электрической связи. Треугольник является анодом, а черточка – катодом. Для других видов полупроводников существуют собственные обозначения, определяемые стандартом. Знание этих графических рисунков существенно облегчает чтение электрических схем для чайников.
• Источники света. Имеются практически на всех электрических схемах. В зависимости от назначения, они отображаются как осветительные и сигнальные лампы с помощью соответствующих значков. При изображении сигнальных ламп возможна заштриховка определенного сектора, соответствующего невысокой мощности и небольшому световому потоку. В системах сигнализации вместе с лампочками применяются акустические устройства – электросирены, электрозвонки, электрогудки и другие аналогичные приборы.

Номиналы радиодеталей

Вообще, в этом плане есть разногласия. Согласно ГОСТУ на текущий момент, номиналы деталей на принципиальных схемах не указывается. Это сделано ради того, чтобы не нагромождать схему информацией.

К принципиальной схеме прилагается список деталей, монтажная и структурные схемы, а также печатная плата.

Есть еще один общепринятый стандарт. На схемах указываются номиналы некоторых деталей и их рабочие напряжения.

Рассмотрим на схеме два конденсатора.

В данном случае C5 это неполярный конденсатор с емкостью 0,01 мкФ. Микрофарады могут обозначаться как мкФ, так и uF. А конденсатор С6 полярный и электролитический. На это указывает знак плюс возле УГО. Емкость С6 равна 470 мкФ. Номинальное рабочее напряжение указывается в вольтах. Здесь для С6 это 16 В.

Если на схеме нет приставки микрофарад (мкФ, uF), или нанофарад (нФ, nF) то емкость этого конденсатора измеряется в пикофарадах (пФ, pF). Такое условие не общепринятое, поэтому тщательно изучите схему, которую вы собираетесь читать или собирать. В фарадах (F) емкостей мало, поэтому используются мкФ, нФ и пФ.

Согласование проекта и подготовительные мероприятия

План электрической сети составляют так:

1. Рассчитывают мощность, количество потребителей, требуемое сечение проводов.
2. Проектируют заземление.
3. Составляют схему разводки. Указывают места расположения силового оборудования.
4. Рассчитывают смету.

Полноценный проект квартирной проводки можно заказать только в лицензированной компании. После этого его согласуют с поставщиком электрической энергии. Сделанные самостоятельно чертежи не принимаются к рассмотрению. Самому можно составить примерный план, облегчающий монтажные работы.

Выбор фаз

Тип входного напряжения — важный параметр проводки. Применяются такие типы электрических сетей:

1. трехфазную укладывают в домах большой площади, где устанавливаются мощные потребители, например, котлы. Этот вариант применяют при большом суммарном энергопотреблении. Разводку делают так, чтобы нагрузка равномерно распределялась по всем фазам. Требования к такой сети выше, монтаж обходится дороже.
2. однофазную сеть формируют в квартирах или небольших домах, где отсутствуют котлы, водонагреватели.

Выбор нужной фазы очень важен, потому что это основное питание для сети.

Расчет мощности

Для вычисления суммарной нагрузки нужно сложить показатели энергопотребления всех приборов. Параметры можно найти в технической документации. К полученным значениям добавляют 20%.

Самыми мощными считаются водонагреватели, пылесосы, стиральные машины, электрические плиты, вытяжные системы. Светильники потребляют малое количество энергии.

Небольшую мощность имеют современные компьютеры, телевизоры, мелкие бытовые приборы. Однако их параметры также учитывают при вычислении предполагаемой нагрузки.

Кабели и комплектующие

Для выбора сечения провода с учетом мощности используют таблицу.

Также для обустройства электросети потребуются:

1. Автоматические отключающие блоки. Их размещают в электрощитовой. Автоматы предназначены для защиты человека и имущества от опасных последствий короткого замыкания.
2. Выключатели, розетки. Современные электрические схемы снабжают заземленными комплектующими, для чего устанавливают специальные линии или разъемы.
3. Распределительные коробки. Используются для объединения нескольких ветвей.

Полезные советы

Чтобы понять, как правильно читать автомобильные электрические схемы, нужно не только детально разбираться в условных обозначениях различных компонентов, но и при этом хорошо представлять себе то, каким образом осуществляется их формирование в блоки. Чтобы вы могли разобраться в особенностях взаимодействия между несколькими элементами электронного устройства, стоит научиться определять, как осуществляются прохождение и преобразование сигнала. Далее мы рассмотрим, как читать электрические схемы. Для новичков инструкция такова:

Первоначально нужно ознакомиться со схемой выделения цепей питания. В преимущественном большинстве случаев места, в которые подается питающее напряжение на каскады прибора, располагаются ближе к верхней части схемы. Питание непосредственно подается на нагрузку, после чего переходит на анод электронной лампы или же непосредственно в коллекторную цепь транзистора. Вам стоит определить место объединения электрода с выводом нагрузки, так как в данном месте усиленный сигнал полностью снимается с каскада.
Установите входные цепи на каждом каскаде. Вам следует выделить основной управляющий элемент, после чего детально изучить вспомогательные, которые к нему прилегают.
Отыщите конденсаторы, расположенные около входа каскада, а также на его выходе. Данные элементы являются чрезвычайно важными в процессе усиления переменного напряжения. Конденсаторы не являются рассчитанными на прохождение через них постоянного тока, вследствие чего значение входного сопротивления следующего блока не будет иметь возможности вывести каскад из стабильного состояния по постоянному току.
Начинайте изучать те каскады, которые используются для усиления определенного сигнала по постоянному току. Всевозможные элементы, формирующие напряжение, объединяются между собой без конденсаторов. В преимущественном большинстве случаев такие каскады работают в аналоговом режиме.
Определяется точная последовательность каскадов для того, чтобы установить направление прохождение сигнала

Особенное внимание в данном случае нужно будет уделить детекторам, а также всевозможным преобразователям частоты. Также вам следует определить, какие каскады подключены параллельно, а какие – последовательно. При использовании параллельного объединения каскадов несколько сигналов будут обрабатываться абсолютно независимо друг от друга.
Помимо того что вы разберетесь, как научиться читать электрические принципиальные схемы, вам следует также разобраться в приложенных к ним схемах соединения, которые принято называть монтажными

Особенности компоновки различных компонентов электронного прибора помогут вам понять, какие блоки в данной системе являются основными. Помимо всего прочего, монтажная схема позволяет проще определить центральный компонент системы, а также понять, как он взаимодействует с вспомогательными системами, так как читать автомобильные электрические схемы без этих значений затруднительно.

При использовании параллельного объединения каскадов несколько сигналов будут обрабатываться абсолютно независимо друг от друга.
Помимо того что вы разберетесь, как научиться читать электрические принципиальные схемы, вам следует также разобраться в приложенных к ним схемах соединения, которые принято называть монтажными. Особенности компоновки различных компонентов электронного прибора помогут вам понять, какие блоки в данной системе являются основными. Помимо всего прочего, монтажная схема позволяет проще определить центральный компонент системы, а также понять, как он взаимодействует с вспомогательными системами, так как читать автомобильные электрические схемы без этих значений затруднительно.

Принципиальная электрическая схема.

На принципиальной схеме сохраняется последовательность и строение структурной схемы, но вместо общих функциональных блоков показывается полный состав элементов устройства (прибора), изображенных в виде условных графических обозначений. Каждая деталь изображена с тем числом выводов, которые имеются у реальных деталей, а соединения между выводами показаны таким образом, чтобы можно было детально проследить все цепи и соединения, и легко понять происходящие процессы и принцип работы прибора.

Для удобства чтения рядом с условным изображением детали указывают ее буквенно-цифровое обозначение, определяющее сведения о детали: функциональное назначение, место расположения и маркировку в схеме. Буквенно-цифровые обозначения указываются в сокращенной форме и состоят из определенного числа букв латинского алфавита и арабских цифр, записанных последовательно, в одну строку и без пробелов.

Буквенное обозначение берется из названия детали и указывается одной или двумя первыми буквами, например, R – резистор, С – конденсатор, VD – диод, VT – транзистор, SA – выключатель, ХР – двухполюсная вилка, EL – лампа осветительная и т.д.

Цифровое обозначение указывает порядковый номер однотипных деталей в схеме, например, R1, R2, R3 и т.д., либо VD10, VD11 и т.д.

Нарисуем принципиальную электрическую схему настольной лампы, а для удобства чтения схемы, на первом этапе, ее основные элементы выделим прямоугольниками зеленого цвета.

Глядя на схему можно сказать, что для питания настольной лампы используется переменное напряжение электрической сети 220 В, которое через штепсельную вилку XР1 и выключатель SA1 подается на лампочку EL1. Что все элементы рассчитаны на рабочее переменное напряжение 220 В, и что работа лампы осуществляется положением контакта выключателя SA1: при замыкании контакта лампочка EL1 загорается, при размыкании — гаснет.

Из схемы видно, что верхний вывод вилки XР1 соединен с левым по схеме выводом контакта выключателя SA1, правый вывод контакта выключателя соединен с верхним выводом лампочки EL1, а нижний вывод лампочки соединен с нижним выводом вилки XР1. Контакт выключателя SA1 показан в разомкнутом состоянии, что соответствует его начальному положению и отключенному состоянию настольной лампы. Электрическая связь между выводами элементов изображена отрезками горизонтальных и вертикальных линий.

И в то же время принципиальная схема нам не дает полного представления о настольной лампе, так как на ней не указаны сведения о конструкции лампы и размерах деталей. Дело в том, что при изучении принципа работы нет необходимости знать, как, например, выполнена лампочка (размер и форма колбы, тип и размер цоколя, сопротивление спирали и т.д.), какую конструкцию имеет выключатель или вилка

Если бы все эти сведения указывались на схеме, они бы только отвлекали внимание на ненужные подробности, не имеющие принципиального значения

Но все же для расширения функциональности на принципиальных схемах указывают некоторую часть конструктивных данных элементов (мощность, тип, способ соединения), потому как в ряде случаев именно она оказывается главным и единственным документом, на который ориентируются при изготовлении, налаживании, обслуживании и ремонте аппаратуры.

Если же сравнивать структурную и принципиальную схемы, то общим для них является порядок расположения элементов и путь прохождения сигнала (в нашем случае электрического тока), который идет слева направо, т.е. в направлении привычном для обычного чтения. Однако на монтажных платах, шасси или панелях реальных устройств элементы могут располагаться иначе, подчиняясь правилам, направленным на сведение к минимуму паразитных связей между отдельными элементами, узлами, блоками. Поэтому расположение элементов внутри реального устройства может не соответствовать принципиальной схеме.

Рассмотренные структурная и принципиальная схемы предназначены в основном для изучения принципа работы, и в зависимости от вида дают наглядное представление о функциональной или элементной структуре. Чтобы иметь представление о конструктивном исполнении настольной лампы, примерном расположении элементов и способах соединения между ними служит схема соединений или монтажная схема.

Изображение электрооборудования на планах

Хотя ГОСТ 2.701-2008 и ГОСТ 2.702-2011 предусматривают вид электрической схемы «схема расположения», при проектировании зданий и сооружений следует руководствоваться ГОСТ 21.210-2014 «СПДС. Изображения условные графические электрооборудования и проводок на планах». Данный ГОСТ устанавливает условные обозначения электропроводок, прокладок шин, шинопроводов, кабельных линий, электрического оборудования (трансформаторов, электрических щитов, розеток, выключателей, светильников) на планах прокладки электрических сетей.

Эти условные обозначения применяются при выполнении чертежей электроснабжения, силового электрооборудования, электрического освещения и других чертежей. Также данные обозначения используются для изображении потребителей в однолинейных принципиальных схемах электрических щитов.

Условные графические обозначения линий проводок и токопроводов

К сожалению, AutoCAD в базовой поставке не содержит все необходимые типы линий.

Проектировщики решают эту проблему по-разному:

• большинство выполняет отрисовку проводки обычной линией, а потом дополняет обозначениями кружков, квадратиков и пр.;
• продвинутые пользователи AutoCAD создают собственные типы линий.

Я — сторонник второго способа, т.к. он гораздо удобнее. Если вы используете специальный тип линии, то при её перемещении все «дополнительные» обозначения также перемещаются, ведь они часть линии.

Создать собственный тип линии в AutoCAD достаточно просто. Вы потратите некоторое время на освоение этого навыка, зато сэкономите потом массу времени при проектировании.

Изображение вертикальной прокладки удобнее всего сделать при помощи блоков AutoCAD, а лучше при помощи динамических блоков.

Условные графические изображения коробок, шкафов, щитов и пультов

Отрисовку в AutoCAD удобно выполнять при помощи блоков и динамических блоков.

Условные графические обозначения выключателей, переключателей

ГОСТ 21.210-2014 не предусматривает условных изображения для светорегуляторов (диммеров) и отдельного изображения для кнопочных выключателей, поэтому я ввёл для них собственные обозначения в соответствии с п.4.7.

Отрисовку в AutoCAD удобно выполнять при помощи динамических блоков. Я себе сделал один динамический блок для всех типов выключателей.

Условные графические обозначения штепсельных розеток

Отрисовку в AutoCAD удобно выполнять при помощи динамических блоков. Я себе сделал один динамический блок для всех типов розеток.

Условные графические обозначения светильников и прожекторов

Радует, что в обновленной версии ГОСТ добавлены изображения светодиодных светильников и светильников с компактными люминесцентными лампами.

Отрисовку светильников в AutoCAD удобно выполнять при помощи динамических блоков.

Способы ввода электричества

Если проводку в доме можно проложить самостоятельно, то вводный кабель подключают только представители сетевой компании. Процедура выполняется после проверки заземляющего контура и приборов учета. Работы осуществляют 2 способами.

По воздуху

Такой способ считается более простым и дешевым. В таком случае от опоры ЛЭП протягивают самонесущий изолированный провод (СИП). Такой метод подключения к централизованной сети не всегда можно использовать ввиду ограничения расстояния от дома до столба. Кроме того, воздушный кабель выглядит неэстетично, может повреждаться из-за сильного ветра. При большом расстоянии от столба до дома устанавливают дополнительную опору, иначе кабель провисает.

Ввод электричества по воздуху — самый простой и дешевый способ.

Подземный монтаж

Укладка вводного кабеля в землю — более надежный метод. Провод заглубляют на 80-100 см, защищают пластиковой или стальной трубой. При использовании этого варианта требуется отверстие в фундаменте.

Прокладка проводки своими руками

Проводка в квартире укладывается скрытым методом. Для этого:

1. Размечают стену по составленной ранее схеме. Указывают места расположения выключателей, розеток, светильников.
2. Формируют каналы штроборезом. Укладывают провода, фиксируют их раствором.
3. Устанавливают подрозетники. Монтируют все компоненты электрической сети.
4. Заделывают штробы штукатуркой, сравнивая их с поверхностью.

При обшивке стен листовыми материалами штробление не требуется. Кабели остаются в пространстве между отделкой и стенами. В таком случае обязательно используют гофрированные рукава, которые хомутами прикрепляют к каркасу.

Описание работы электрической схемы

Типовые логические элементы

Сначала рассмотрим относительно простые релейные схемы, в которых подразумевается только два значения переменной величины (единица или ноль). Для описания этих процессов удобно использовать математический стандартный аппарат. На первом рисунке изображён повторитель. Здесь значение на выходе (y) получается таким же, как и на входе (х) при включении реле. В последнем столбце приведены все возможные значения для этого устройства. Второй пример – инвертор. Это устройство выполняет обратную функцию.

В третьем – два реле установлены параллельно. Такое решение эквивалентно логической операции сложения. При включении каждого элемента отдельно или совместно на выходе появляется «1». На этих принципах создают сложнейшие микросхемы с миллионами транзисторных ключей, которые выполняют функции реле-выключателей. Делают укрупнённое описание таких устройств, которое объясняет механизм преобразования входных сигналов.

Блок питания ноутбукаВ готовом изделии применяют десятки различных микросхем

Относительно простые электрические принципиальные схемы содержат описание отдельных элементов. Для примера рассмотрим подробно проект сварочного аппарата. Главной задачей является поддержание оптимальной длительности импульсов тока, которые определяют качество создаваемых соединений.

Электрическая принципиальная схема блока управления

Исходное состояние устройства изображено на рисунке. Контакты реле К1.1-3 разомкнуты. Обмотка электромагнитного привода этого элемента обесточена, так как она подключена к входной части диодного мостика. Тринистор VS1 закрыт. Конденсатор С1 разряжен через шунтирующий резистор R1.

Подачу напряжения обеспечивает SF1. Этот переключатель соединён механически с педалью, которую нажимает оператор при необходимости. Такое действие активизирует заряд конденсатора. Проходящий по цепи ток открывает VS1, замыкающий цепь питания диодного мостика. Срабатывает электромагнит реле (рабочий режим подтверждается световым сигналом EL 1).

Контактной группой подключается первичная обмотка трансформатора. Во вторичной – возникает импульс, который необходим для выполнения сварки. По мере заряда конденсатора уменьшается ток, закрывается ключ на основе тринистора. Система возвращается в исходное положение автоматически без дополнительных действий со стороны пользователя.

Переменным резистором регулируют длительность импульса. Плавкий предохранитель FU1 на 10 А выполняет защитные функции. Для гашения искр и продления срока службы контактной группы установлены последовательно: конденсатор С2 и резистор R3. Диод VD 1 предотвращает появление отрицательного напряжения на управляющем контакте электронного ключа. Эффективное охлаждение тринистора обеспечивает радиатор с активно излучающей площадью не менее10 см².