برق ساختمان ، برق قدرت

یک ذره زیر اتمی با بار الکتریکی منفی و برابر با بار بنیادیمی‌باشد.

الکترون‌ها، همانند همهٔ مواد، هم ویژگی‌های ذره‌ای و هم موجی را دارا هستند، یعنی هم می‌توانند با ذرات دیگر برخورد کنند و هم مانند نور دچار پراش شوند. مشاهده ویژگی‌های موجی الکترون نسبت به ذراتی مانند نوترون و پروتون آسان‌تر است زیرا جرم الکترون کمتر است و در نتیجه طول موج دوبروی آن برای انرژی‌های معمول بالاتر است.

یک الکترون در حال حرکت نسبت به یک ناظر، یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند، و میدان‌های مغناطیسی خارجی نیز باعث انحراف مسیر حرکت الکترون می‌شوند. هنگامی که یک الکترون شتاب می‌گیرد، انرژی را به شکل فوتونجذب یا تابش می‌کند.

رسانا: اجسامی هستند که دارای الکترون‌های آزاداند. اجسام نا رسانا:اجسامی که فاقد الکترون‌های آزاداند. روش‌های انتقال بار: ۱- مالش: معمولاً برای اجسام نارسانا انجام می‌شود وقتی ما دو جسم را به هم مالش می‌دهیم دارای بار الکتریکی می‌شود یکی دارای الکترون می‌شود (منفی) ودیگری الکترون از دست می‌دهد (مثبت). ۲-تماس: همیشه برای اجسام رسانا انجام می‌شود وقتی دو جسم رسانا را به هم تماس می‌دهیم بار هارا به یکدیگر به نسبت حجم شان انتقال می‌دهند. ۳-القا: این روش هم برای اجسام رسانا انجام می‌شود. ما این کار با یک یا دو کره عایق می‌توانیم بار را القا کنیم برای مثال یک میله با بار منفی برداشته و به کره نزدیک می‌کنیم بر اساس قانون الکترواستاتیک (الکتریسیته ساکن) منفی هادور می‌شوند و کره عایق مان را بااستفاده از یک سیم رسانا به زمین اتصال می‌دهیم بارهای منفی از کره خارج و بعد سیم را قطع و بعد میله را از ان دور می‌کنیم.

یک خاصیت ماده است که باعث می‌شود، هنگامی که ماده در مجاورت مادهٔ باردار دیگری قرار می‌گیرد به آن نیرو وارد شود. بار الکتریکی دو نوع است بار مثبت و بار منفی. بین دو ماده یا جسم با بارهای هم‌نام نیروی رانش ایجاد می‌شود و برعکس اگر ناهم‌نام باشند بین آن‌ها ربایش ایجاد می‌شود. در سامانهٔ استاندارد بین‌المللی یکاها واحد بار الکتریکی کولن (C) است. البته در مهندسی برق از یکای آمپر ساعت (Ah) نیز استفاده می‌کنند.

بار الکتریکی یک خاصیت پایسته در ماده است به این معنی که بار الکتریکی تولید نمی‌شود یا از بین نمی‌رود؛ بار الکتریکی از ذرات زیراتمی ماده که تعیین‌کنندهٔ خواصالکترومغناطیس ماده‌اند ناشی می‌شود.

اگر به هر علتی برق با بدنه تماس پیدا کند فیوز بیرون می پرد، زیرا سیم ارت با مقاومت صفر تمامی جریان ورودی به خانه را به زمین منتقل می کند یعنی به یک باره جریان شدیدی از فیوز عبور کرده و فیوز بیرون می پرد.

بنابراین نول و ارت شباهت هایی دارند زیرا اگر فاز را مستقیم به نول وصل کنیم باز هم فیوز بیرون می پرد.

سیم ارت فقط برای محافظت بیشتر به کار می رود اما وجود آن اامی نیست (در این زمینه بهتر است مقاله قبلی آلینداس در زمینه سیم ارت را مطالعه کنید)، در حالی که وجود نول اامی است.

در بیشتر کشورها سیم ارت هنگام سیم کشی در مدار لحاظ می شود پس به جای دو شاخه از سه شاخه استفاده می کنند که یکی از شاخه ها سیم ارت است.

 سیم ارت: اکثر دستگاه های الکتریکی دارای بدنه فی می باشند. از آنجاکه فات رسانای جریان برق هستند لذا همواره خطر برق دار شدن آنها وجود دارد. برای حل این مسئله و جلوگیری از مشکلات احتمالی از سیستم ارتینگ در ساختمان و تمام تجهیزات دارای بدنه فی، استفاده می شود. برای حفاظت از افراد هنگام کار با وسایل برقی معمولا بدنه وسیله را با بک سیم به لوله آب وصل می کنند که لوله آب با قسمتهای مرطوب زمین در تماس است. به این سیم، سیم ارت یا زمین می گویند. در حقیقت این سیم نیز باید به چاه ارت وصل شود ولی برای صرفه جویی آن را به لوله آب وصل می کنند. این سیم با رنگ های سبز و زرد عایق بندی می شود.

سیم نول: یکی از سیم های مهم در سیستم برق رسانی برق شهر است که هیچ خطری برای مردم نداشته و می توان بدون برق گرفتگی آن را لمس نمود. همان طور که اشاره شد جریان الکتریکی تا زمانی که مسیر برگشت به منبع نداشته باشد، برقرار نمی شود. سیم نول در واقع همان سیمی است که برای ایجاد این مدار یا مسیر بسته مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع جریان خروجی از وسیله برقی را به مولد بر می گرداند. سیم نول معمولا با عایقی به رنگ سفید یا خاکستریقابل شناسایی است.

چند نکته در مورد نول:

- سیم نول را وارد چاهی مرطوب می کنند تا به زمین وصل شود که به آن چاه نول می گویند.این کار باعث می شود از زمین مرطوب به عنوان قسمتی از مدار استفاده شود. یعنی زمین نیز به عنوان قسمتی از مدار بین مصرف کننده و مولد مورد استفاده قرار می گیرد.مشابه این عمل در اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرد مثلا برای روشن کردن یک لامپ توسط باطری ماشین کافیست یکی از قطب های باتری را به لامپ وصل کرده و سر دیگر لامپ را به بدنه ماشین وصل کنیم .بدنه ماشین نقش سیم نول را بازی می کند.

- تمامی وسایل خانگی با برق تک فاز کار می کنند پس سیم نول باید در خانه وجود داشته باشد.

- معمولا پنج سیم وارد یک کوچه می شود که از این تعداد سیم، سه تای آنها فاز است چهارمی نول خانگی است و پنجمی نول شهرداری است که از آن برای روشن کردن لامپ معابر استفاده می کنند.

سیم فاز: می توان سیم فاز را به عنوان خطرناک ترین سیم در مدار الکتریکی یک ساختمان در نظر گرفت، به این دلیل که سیم فاز حامل بار الکتریکی است و به محض تماس با اجزای رسانا بار الکتریکی خود را به آن ها منتقل می کند، به همین خاطر به فاز، سیم حامل جریان هم گفته می شود. فاز معمولا باعایق مشکی رنگ قابل تشخیص است، البته برای نمایش دادن سیم فاز به غیر از مشکی از هر رنگ دیگری به غیر از سفید، سبز و خاکستری استفاده می شود.در نیروگاه های برق سه سیم برق دار، برق را به مصرف کننده می رسانند. این سه سیم برق دار مشابه هم اند اما ولتاژ آنها با هم اختلاف فاز دارد. معنی این جمله این است که این سه سیم با هم اختلاف پتانسیل دارند پس همان طور که قبلا گفتیم اگر دو تا از آنها را به دو سر یک وسیله وصل کنیم آن وسیله روشن می شود. موتور سه فاز به همین روش کار می کند. به هرکدام از این سیم ها برق تک فاز گفته می شود. اختلاف پتانسیل بین هر کدام از این سیم ها بسیار بالا می باشد برای مثال اختلاف پتانسیل بین هر سیم در سیستم برق رسانی خارج از شهر برابر 2000 ولت می باشد . سپس این سیم ها به درون پست های برق محلی می آیند و در آنجا توسط مبدلی به نام ترانسفورماتور به 4 سیم تبدیل می شود . این چهار سیم شامل 3 فاز و یک سیم سومی به نام نول است که هر کدام از فاز ها نسبت به هم دارای اختلاف پتانسیل 380 ولت و هر فاز نسبت به سیم نول دارای اختلاف پتانسیل 220 ولت است .

توضیح ساده در مورد برق شهر؛

برق شهری منبع توان الکتریکی جریان متناوب همه‌منظوره است. دو مشخصهٔ این منبع توان الکتریکی، ولتاژ وفرکانس بین مناطق مختلف متفاوت است. ولتاژ (اسمی) ۲۳۰ ولت با فرکانس ۵۰ هرتز در اروپا، اکثر آفریقا، بیشتر آسیا و بیشتر آمریکای جنوبی و استرالیا استفاده می‌شود. در آمریکای شمالی، ترکیب رایج ۱۲۰ ولت با فرکانس ۶۰ هرتز است. حالت‌های دیگر نیز وجود دارد در برخی کشورها، برای نمونه ۲۳۰ ولت با فرکانس ۶۰ هرتز وجود دارد. این موضوع معمولاً برای مسافران ایجاد نگرانی می‌کند به این دلیل که دستگاه‌های قابل حمل برای یک ولتاژ و فرکانس طراحی شده‌اند و ممکن است در ترکیب‌های دیگر عمل نکنند یا موجب خراب شدن آن‌ها شود.

استفاده از دوشاخه و پریز برق متفاوت در نواحی مختلف حفاظتی از استفادهٔ تصادفی دستگاه‌های با نیازمندی‌های ناسازگار ولتاژ و فرکانس فراهم می‌کند.

مقاومت یا رزیستور نام یکی از قطعات الکترونیکی دوپایه و کنش‌پذیر (مصرف‌کنندهٔ انرژی) است که به عنوان یکی از اجزای منفرد مدارهای الکترونیکی مقاومت الکتریکی مورد نیاز را ایجاد و اعمال می‌کند. در این مدارها از مقاومتبرای کم کردن جریان، تنظیم سطح سیگنال‌ها، تقسیم ولتاژ، یا موارد بسیار دیگری استفاده می‌شود. هنگامی که جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور می‌کند اختلاف ولتاژی بر اساس قانون اهم بین پایه‌های آن ایجاد می‌شود. شدت جریانی که از یک مقاومت عبور می‌کند رابطهٔ مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژ دو سر آن مقاومت دارد.

ظرفیت خازن معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداریانرژی الکتریکی است. هرچه ظرفیت یک خازن بیشتر باشد، خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی‌ست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

خازن‌ها کاربردهای وسیعی دارند. آن‌ها به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنال‌های متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنال‌های مستقیم می‌شوند.

خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.

با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود، برای ایجاد میدان‌های الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازن‌ها می‌توانند میدان‌های الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آن‌ها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. وسیله ای است که برای ذخیره‌سازی بار الکتریکی به کار می‌رود. تعریف ظرفیّت خازن: نسبت بارذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل دوسر خازن ا ظرفیّت خازن می نامند. آن را با Cنمایش داده واحد آن فاراد است.

رسانایی الکتریکی به مفهوم قابلیت هدایت جریان الکتریکی در یک ماده، و یکای آن در سیستم استاندارد بین‌المللی واحد ها، زیمنس است. در بعضی از مواد، انتقال بار الکتریکی از نقطه ای از ماده به نقطه دیگر آن به آسانی صورت می‌گیرد و در بعضی چنین نیست. به عنوان مثال اگر سر یک سیم مسیرا به میلهٔ نایلونی باردار و سر دیگر آن را به یک گلوله چوب پنبه‌ای که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می‌شود که گلوله باردار شده‌است؛ بنابراین سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می‌گیرد، رسانا است.

در زندگی امروزی اجسام رسانا نقش بسیار اساسی ایفا می‌کنند. به عنوان نمونه، می‌توان به سیم‌های انتقال اشاره کرد که به این وسیله جریان برق تولید شده در نیروگاه‌هابه شهرها و مناطق مسی منتقل می‌شود. البته اهمیت مواد رسانا تنها به این مورد خاص محدود نمی‌شود. اگر وسایل برقی خانگی را مورد توجه قرار دهیم و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن بکار رفته‌است توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر واضح خواهد بود.

 پتانسیل الکتریکی(به انگلیسی: Electric potential) انرژی پتانسیل واحد بار الکتریکی در هر نقطه نسبت به یک مرجع است.

پتانسیل الکتریکی یک کمیت نرده‌ای (Scalar) است که معمولاً آن را با حرف نشان می‌دهند و عبارت است از مقدار انرژی الکتریکی واحدِ بار الکتریکی، و یکای آن دردستگاه SI، ولت است. معمولاً اختلاف پتانسیل الکتریکی، میان دو نقطه‌ مطرح می‌شود. بنابر تعریف اختلاف پتانسیل الکتریکی یک ولت (میان دو نقطه) به این معنا است که مقدار کار لازم برای انتقال یک کولُن بار مثبت از نقطهٔ الف به نقطهٔ ب یک ژول است. (اگر پتانسیل یک ولت افزایش یابد)

۱- اختلاف پتانسیل به نقطه ابتدا و انتها بستگی دارد. ۲- پتانسیل در جهت خلاف میدان افزایش می‌یابد.

تعریف اختلاف پتانسیل: نسبت کار انجام شده برروی یک بار،به اندازاهء خود بار برای آنکه از یک پتانسیل به پتانسیل دیگر حرکت کند را اختلاف پتانسیل آن دونقطه گویند.

GFA

یک وسیله تأمین امنیت به نام کلید ایمنی اتصال زمین(GFA) در مدار موجود است و نقاطی را سرویس می‌دهد که خطر شوک‌های الکتریکی تصادفی بیشتر است، مانندسرویس‌های بهداشتی، آشپزخانه‌ها، استخرهای شنا و پریزهایی که در فضاهای بیرونی قرار دارند. اگر یک (GFA) هرگونه نشت جریان را احساس کند، هرچند کوچک باشد، جریان را در همان لحظه به‌طور کامل قطع می‌کند. کلید ایمنی اتصال قوسی خطا در مدار (AFCIs) در مدارهایی قرار دارند که به سمت اتاق خواب‌ها می‌روند. یک جرقهٔ الکتریکی در دستگاهی که اتصال کوتاه کرده می‌تواند پوشش تخت یا لباس را آتش بزند .

کدهای الکتریکی حداکثر فاصله‌های افقی بین پریز‌های درون یک اتاق را تعیین می‌کنند. این امر برای آن است که اطمینان حاصل شود یک لامپ یا دستگاه با یک سیم رابط با طول استاندارد می‌تواند هر جایی در پیرامون اتاق قرار گیرد، بدون آنکه نیاز به یک سیم رابط دیگر برای افزایش طول باشد. همچنین حداقل تعداد پریز به ازای هر اتاق تعیین شده و حداکثر تعداد پریزها به ازای هر مدار تعیین می‌شود، تا از ورود جریان‌های بیش از حد ظرفیت سیم به آن جلوگیری شود.

در ساختمان‌های مسی چوبی این کار با استفتده از یک پوشش زبر و ضخیم پلاستیکی انجام می‌شود که هر سه سیم را در خود جای می‌دهد. در ساختمان‌های بزرگ‌تر و حجیم تر سیم‌ها از لوله‌های فی یا پلاستیکی عبور داده می‌شوند که سیم پوش یا لولهٔ محافظ برقی نام دارند. سیم پوش‌ها در مقایسه با پوشش‌های پلاستیکی محافظت بهتری از سیم‌ها می‌کنند و در ساختمانی که به وسیلهٔ این سیم پوش‌ها سیم کشی شده، سیم‌های جدید می‌توانند درون سیم پوش‌های موجود جاسازی شوند، در حالی که این امر در کابل با پوشش پلاستیکی ممکن نیست.

به‌طور معمول صرف نظر از این که فشار الکتریکی ۱۱۵ یا ۲۲۰ ولت باشد، سه سیم در مدار وجود دارد، یک سیم مشکی، یک سیم مشکی و یک سیم عایق بندی نشده که به تسمهٔ متصل به زمین در تابلوی وصل است. این سیم‌ها باید هنگام عبور از داخل ساختمان در برابر آسیب‌ها محافطت شوند.

سیستم الکتریکی در یک ساختمان کوچک، مفهوم بسیار ساده‌ای دارد. سه سیم از راه هوایی یا زمینی که به مبدلی متصل اند، عبور می‌کنند. یکی از سیم‌ها بدون بار است که هیچ گونه پتانسیل الکتریکی بین این سیم و زمین وچود ندارد. به همین دلیل است که می‌توان روی خاک خیس ایستاد و بدون خطر شوک الکتریکی، به سیم بدون بار دست زد. این سیم برای اطمینان از بدون بار بودن، بهمیله‌های فی با پوشش مسی محکم متصل و در محلی نزدیک نقطه ورود سیم بدون بار به ساختمان درون خاک قرار داده می‌شود. سیم‌های دوم و سوم سیم فاز و نول(با جریان مثبت و منفی) هستند و طوری به آن‌ها انرژی داده شده که دارای ۲۳۰ ولت پتانسیل می‌باشند. سیم‌های مثبت و منفی قبل از ورود به ساختمان از داخل یک کنتور که مصرف انرژی را با واحد کیلووات ساعت محاسبه می‌کند، عبور می‌کنند. درون ساختمان سه سیم که از مبدل خارج شده‌اند، وارد تابلوی اصلی برق می‌شوند. سیم بدون بار به جعبهٔ فولادی تابلو که صفحهٔ کلید‌های فرمان در روی آن قرار دارند، وصل شده و از سوی دیگر به یک میلهٔ مسی یا آلومینیومی وصل می‌شود که تمام مدارهای ساختمان را به زمین وصل می‌کند. هریک از سیم‌های مثبت و منفی که به وسیله رنگ عایق دورشان کدگذاری شده‌اند، به یک میلهٔ آلومینیومی یا مسی وصل است که با متصل‌کننده‌ها چفت شده‌اند و مشخص است که به کدام یک از کلیدهای قطع و وصل مدار می‌توانند وصل شوند. سیم‌هایی که جریان از آن‌ها می‌گذرند، به‌طور قراردادی دارای روکش به رنگ‌های قرمز و سیاه هستند و هر کدام به یک میلهٔ مسی یا آلومینیومی که در جایگاه کوچکی برای قرارگرفتن فیوزهای خودکار تعبیه شده، وصل می‌شوند. دو تسمهٔ فی که به دقت به جعبهٔ تابلوی برق و نسبت به هم علیق بندی شده‌اند، طوری قرار گرفته‌اند که یک فیوز اتوماتیک هر کدام از سیم‌های برق را به ترتیب به آن‌ها مرتبط می‌کند، در حالی که یک فیوز دو پل اتوماتیک که روی دو اتصال مجاور قار گرفته، یک سیم را به تسمه و سیم دیگر را به تسمه فی متصل می‌کنند. به این منظور یک کلید تک پل اتصال مدار منفرد ۱۱۵ ولت یا ۱۲۰ ولت را قطع می‌کند که شامل یک سیم مثبت یا منفی یا عایق بندی به رنگ مشکی است که به کلید وصل است که همچنین شامل یک سیم بدون باربا عایق بندی سفید است که به تسمه آهنی متصل به زمین وصل است. بسته به این که کلی در مدار کجا قرار داده شده باشد، سیم فاز برای یک مدار ۱۱۵ ولت می‌تواند یا به سیم قرمز یا به سیم مشکی که از کنتور خارج می‌شود، وصل شود که مهم نیست به کدام یک باشد. یک کلید دو پل به هر دو سیم قرمز و مشکی وصل است و برای مدارهای ۲۴۰ – ۲۳۰ ولت استفاده می‌شود (ولتاژهایواقعی بحرانی نیستند و شرکت‌های تأمین نیروی مختلف، الکتریسیته را در ولتاژهای مختلف تأمین می‌کنند و همیشه در سیم‌هایی که الکتریسیته را منتقل می‌کنند، اتلاف ولتاژ وجود دارد) کلیدهایی که برای قطع و وصل مدارهای مختلف در ساختمان لازم هستند، به راحتی نصب می‌شوند. کلیدها به عنوان وسیله‌ای راحت و مناسب برای روشن و خاموش کردن جریان در مدار استفاده می‌شوند، علاوه بر این که عملکرد مهم تأمین امنیت را به عهده دارند و در مواقعی که جریان بیش از حد تحمل سیم از آن عبور کند، جلوی آتش‌سوزی و داغ شدن بیش از حد را می‌گیرند. این وضعیت زمانی زمانی ممکن است به وجود بیاید که وسایل برقی بیش از حد هم‌زمان به مدار وصل شوند و در اثر سیم کشی اشتباه یا خطا در وسایل برقی، اتصال کوتاه ایجاد شده باشد.

مس و آلومینیوم هر دو بهترین هادی جریان الکتریسیته هستند و اغلب به عنوان هادی در سیم‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. مس هادی بهتری نسبت به آلومینیوم است، ولی کابل‌های آلومینیومی کمی ارزان تر از کابل‌های مسی هستند و در ضمن قطر رشته‌های آلومینیومی باید بیشتر باشد. یکی از ویژگی‌های نامناسب آلومینیوم آن است که اکسید آن بر خلاف مس، عایق الکتریکی است. این ویژگی موجب گرم شدن بیش از حد و آتش‌سوزی درساختمان‌هایی شده که سیم آلومینیوم به‌طور نادرستی به اتصالات ثابت وصل گردیده و سبب سایش و خوردگی در مسیر عبور جریان شده‌است. مس به‌طور معمول درسیم‌هایی با قطر کوچکتر که در مدار‌های محلی درون ساختمان استفاده می‌شوند، کاربرد دارد و آلومینیوم برای سیم‌های با قطر بسیار بزرگ استفاده می‌شود.

مس از زمان اختراع آهنربای الکتریکی و تلگراف از دهه ۱۸۲۰م تا کنون در سیم کشی‌ها استفاده شده‌است.اختراع تلفن در سال ۱۸۷۶ تقاضای بیشتری برای سیم مسی به عنوان یک رسانای الکتریکی ایجاد کرد.

مس رسانای الکتریکی است و در بسیاری از دسته‌های سیم کشی برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.سیم مسی درتولید برق، انتقال قدرت، توزیع برق، مخابرات، مدارالکترونیکی و انواع بی شماری تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. مس و آلیاژهای آن نیز برای ایجاد اتصالات برقاستفاده می‌شوند. سیم کشی در ساختمان‌ها مهم‌ترین بازار برای صنعت مس است.تقریباً نیمی از کل مس تولید شده برای ساخت سیم‌های الکتریکی و کابل‌های سیم کشی استفاده می‌شود.

رسانش الکتریکی معیاری است که نشان می‌دهد که چقدر مواد توانایی حمل بار الکتریکی دارند. این یک ویژگی ضروری در سیم کشی سیستم‌های الکتریکی است. مس دارای بالاترین میزان هدایت الکتریکی تمام فات غیرگرانبها است: مقاومت الکتریکی مس = 16.78 nΩ • m در ۲۰ C است.

البته رسانایی مس بدون اکسیژن خالص (OFE) حدود ۱ درصد بیشتر (یعنی حداقل ۱۰۱ درصد IACS) است.

نظریه فات در حالت جامد آنهابه تعریف هدایت الکتریکی غیرمعمول مس کمک می‌کند. در یک اتم مس، ناحیه انرژی 4S یا لایهٔ ظرفیت و رسانش، نیمه پر است، بنابراین بسیاری از الکترونها قادر به حمل جریان الکتریکی هستند. وقتی یک میدان الکتریکی روی یک سیم مسی اعمال می‌شود، الکترون‌ها شتابی به سمت انتهایالکتروپازتیو می‌گیرند، بنابراین جریان ایجاد می‌شود. این الکترون‌ها در برابر برخورد با اتم‌های ناخالص، جابجایی، یون‌های شبکه و نواقص، مقاومت می‌کنند. میانگین فاصله بین برخوردها، که به عنوان " متوسط مسیر آزاد " تعریف شده‌است، به‌طور مع متناسب با مقاومت ف است. آنچه در مورد مس منحصر به فرد است، طول عمر طولانیآن (حدود ۱۰۰ فاصله اتمی در دمای اتاق) است. این متوسط مسیر آزاد به محض سرد شدن مس افزایش میابد.

به علت رسانایی برتر آن، مس بازپخت شده معیاراستاندارد بین‌المللی برای مقایسه با همه رساناهای الکتریکی دیگر شده‌است. در سال ۱۹۱۳، کمیته بین‌المللی الکتروتکنیک، رسانش مس خالص از لحاظ تجاری را در استاندارد بین‌المللی مس بازپخت شدهٔ خودش تعریف کرد، که طبق آن100% IACS برابر با 58.0MS/m در دمای ۲۰ Cاست، کاهش آن با آهنگ ۰٫۳۹۳٪ / رخ می‌دهد. از آنجا که خلوص تجاری در طول قرن گذشته بهبود یافته‌است، رساناهای مسی مورد استفاده در ساخت سیم‌ها اغلب کمی بیش از استاندارد 100% IACS هستند.

سیم‌کشی الکتریکی نصب الکتریکی سیم‌ها و سایر تجهیزات وابسته مانند کلیدها، تابلوهای توزیع، پریزهای برق و چراغ‌های روشنایی در یک ساختمان می‌باشد.

طراحی و نصب سیم‌کشی الکتریکی یکی از موضوعات استانداردهای ایمنی می‌باشد. انواع مدل‌ها و سایزهای مختلف سیم‌ و کابل‌های مجاز با توجه به سطح ولتاژ مدار و مقدار جریان الکتریکی مشخص شده و محدودیت‌های در مورد شرایط محیطی همانند دمای محیط، میزان رطوبت، قرار گرفتن در معرض نور خورشید و مواد شیمیایی برای آنان اعمال می‌شود.

تجهیزات الکتریکی، (به انگلیسی: Electrical equipment) شامل هر ماشینی می‌شود، که باالکتریسیته کار می‌کند. تجهیزات الکتریکی معمولأ دارای یک محفظه، تعدادی اجزای الکتریکی و اغلب یک کلیدمی‌باشند.

نمونه‌هایی از این تجهیزات عبارتند از:

لوازم عمده خانگی ریزکنترلگرهاابزار برقی ولتاژ بالالوازم خانگی کوچک

اغلب واژه تجهیزات الکتریکی تنها اشاره به بخشی از سیستم توزیع انرژی الکتریکی دارد، مانند:

سوئیچ‌های توزیع برقتابلوهای توزیع برققطع کننده‌های مدارکنتورهای برقترانسفورماتورها

برای حفاظت از برخورد آذرخش و اتصال الکتریسیته به بدنه یخچال و هر وسیله موجود در منزل و کارگاه که به برق وصل می‌شود و در اثر تماس انسان برای وی خطر ایجاد می‌کند معمولاً بهترین راه احداث چاه ارت (چاه زمین‌کاری) است. برای ساختمان مسی از چاه ارت زیر ۵ اهم استفاده می‌شود و برای شرکت‌ها و کارخانه‌ها از چاه ارت زیر ۲ اهم استفاده می‌گردد.

در مهندسی برق، واژه زمین یا ارت با توجه به کاربردهای آن دارای معانی متفاوتی است. زمین در یک مدار الکتریکیمی‌تواند نقش یک نقطه مبدأ را داشته باشد که بر طبق آن بقیه ولتاژهای الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند. واژه زمین همچنین به مسیری کلی برای بازگشت جریان به منبع نیز اطلاق می‌شود. این واژه در مورد یک اتصال مستقیم به زمین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک مدار الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شده باشد. در مدارهای قدرت این اتصال‌ها معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاه‌ها از تأثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها ایجاد می‌شود (چاه ارت). اتصال به زمین در مدارهای قدرت از آسیب دیدن عایق‌های مدار در اثر افزایش ولتاژ بین زمین و مدار جلوگیری کرده و این ولتاژ را در یک حد معین محدود می‌کند. از اتصال زمین برای جلوگیری از افزایشالکتریسیته ساکن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی نیز استفاده می‌کنند. در برخی از انواع تلگراف‌ها و شبکه‌های انتقال زمین به تنهایی نقش یکی از هادی‌ها را ایفا می‌کند و به عنوان مسیر بازگشت جریان به منبع مورد استفاده قرار می‌گیرد با این کار در هزینه ایجاد یک خط جداگانه برای بازگشت جریان صرفه‌جویی می‌شود. در اندازه‌گیری از زمین به عنوان یکپتانسیل الکتریکی ثابت استفاده می‌کنند که با توجه به اختلاف پتانسیل هر قسمت از مدار از زمین میزان پتانسیل آن قسمت را مشخص می‌کنند. یک زمین الکتریکی باید از ظرفیت انتقال جریان مناسبی برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدأ صفر ولتاژ استفاده کرد.

ولت (به انگلیسی: Volt) (با نشانهٔ کوتاه‌شدهٔ V) یکایسنجش ولتاژ یا اختلاف پتانسیل الکتریکی در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها است.

ولت همچنین واحد اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل الکتریکییا ولتاژ است و اختلاف پتانسیل الکتریکی را نسبت به پتانسیل مرجع یا زمین الکتریکی که دارای ولتاژ ثابت صفر است، بیان می‌کند.

ولتاژ گام اختلاف ولتاژ مابین دو مکانی است که گام‌ها جدا از هم بر روی زمین برق دار قرار می‌گیرند. برای مثال، اگر شما روی زمین برق دار بایستید، اختلاف قابل ملاحظه‌ای در ولتاژ بین محل قرارگیری هر پا می‌تواند وجود داشته باشد و جریان الکتریکی می‌تواند از یک پا به پای دیگر جریان یابد.

اگر پای شما بر روی زمین برقدار دور از هم قرار گیرد، الکتریسیته می‌تواند از میان بدن شما از جاییکه ولتاژ بالاتر است به جاییکه ولتاژ کمتری دارد، جریان یابد. اگر پای شما نزدیک همدیگر باشد و باهم تماس داشته باشد، شما ایمن هستید. نظر به اینکه هیچ اختلاف ولتاژی مابین دو مکانی که پای شما در روی آن ایستاده وجود ندارد، به همین دلیل الکتریسته تمایل اندکی به عبور از مسیر بدن شما دارد.

در تمامی نقاطی از ساختمان که پریز برق، لامپ روشنایی یا کلید برق وجود دارد، قوطی زیر این خروجی‌ها باید طوری داخل دیوار کار گذاشته شوند، تا بتوانند به خوبی اتصال وسیلهٔ برق را تحمل کنند. هر سیم یا لوله به جعبه ا ی که سیم‌های برق وارد می‌شوند، محکم بسته می‌شود، که در صورت کشیده شدن سیم‌ها از اتصالات یا ایجاد شدن مزاحمت برای کابل یا سیم پوش از آن‌ها محافظت کند. سیم بدون بار به جعبه و قاب دستگاه متصل شده، تا اطمینان حاصل شود که در صورت بروز مشکل در دستگاه، شوک‌های الکتریکی ایجاد نمی‌شود. انتهای سیم‌های سیاه و سفید ابتدا عایق بندی شده و سپس با سیم‌ها و گیره‌ها به دستگاه متصل می‌شوند. پس از آنکه مدار از نظر ایمنی و عملکرد قابل قبول کنترل شد، دستگاه به جعبه پیچ شده و یک صفحه پوشش پلاستیکی یا فی به آن متصل می‌شود تا دست به آن نرسد و اتصال الکتریکی را در مقابل گرد و کثیف شدن محافظت کرده و ظاهری تمیزی داشته باشد.

عایق الکتریکی (به انگلیسی: Electrical insulator) ماده ای است که بارهای الکتریکی آن نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند. اگر این مواد توسط یک میدان الکتریکیتحریک شوند جریان الکتریکی بسیار کمی از درون آنها عبور خواهد کرد.

مقاومت الکتریکی عامل متمایزکننده مواد عایق الکتریکی از مواد رسانا و نیمه رسانا است. مقدار مقاومت الکتریکی مواد عایق بالاتر از مواد رسانا و نیمه رسانا است.

ماده ای که عایق الکتریکی کامل باشد وجود ندارد، چرا که حتی مواد عایق نیز تعدادی الکترون آزاد دارند که می‌توانند جریان را منتقل کنند. همچنین اگر به مواد عایق ولتاژ کافی اعمال شود، میدان الکتریکی می‌تواند از اتم‌ها الکترون جدا کرده و این مواد نیز تبدیل به رسانا شوند.

کنتور وسیله‌ای است که مقدار انرژی الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند و بر حسب کیلو وات ساعت (ژول) نشان می‌دهد. معمولاً واحد اندازه‌گیری در کنتور کیلووات ساعت (kwh) است که برابر است با مقدار انرژی استفاده شده توسط یک بار یک کیلو واتی در طی یک ساعت یا ۳۶۰۰۰۰۰ ژول. بعضی از شرکت‌ها نیز از واحد مگا ژول استفاده می‌کنند. توان راکتیو نیز با واحد کیلو وار ساعت(kvarh) اندازه‌گیری می‌شود.

به‌طور کلی تفاوت‌های زیر در زمین کردن پست‌های فشار متوسط نسبت به برق فشار ضعیف خانگی وجود دارند:

فقط افراد ماهر اجازه ورود به محوطه را دارند.وجود ولتاژهای بسیار بالامعمولاً خط ورودی فاقد سیم نول است؛ بنابراین، در پست‌های فشار متوسط، مسائل مهم در سیستم زمین به ترتیب عبارتند از:تأمین تداوم در تغذیه مشترکینعدم آسیب دیدن تجهیزات و تأسیسات در صورت وقوع اتصالیقابلیت بالا در تأمین حفاظت کارگرانرد کردن ایمن آذرخش به زمین مخصوصاً از طرف خطوط هواییکم کردن ولتاژ گام به خصوص در محل تردد احشام

اگر فقط یکی از شرایط زیر موجود باشند، یک چاه زمین لازم می‌شود؛ وگرنه باید دو چاه زمین مجزا برای قسمت‌های فشار ضعیف و فشار متوسط + ترانسفورماتور در نظر گرفت:

در اطراف پست برق، سیستم لوله‌کشی آب باشد؛مقاومت چاه زمین زیر ۱ اهم باشد؛کابل با زره در تماس با خاک طویل تر از یک کیلومتر از پست خارج یا داخل شده باشد،

سرج ارستر (به انگلیسی: Surge protector یا Surge arrester) وسیله طراحی شده ای است که دستگاه های برقی را از آسیب ناشی از افزایش ناگهانی ولتاژ حفظ می‌کند. یک سرج ارستر با تخلیه اضافه جریان‌های ناشی از اضافه ولتاژهای ناگهانی در زمین، اجازه نمی‌دهد ولتاژ اعمال شده به وسایل الکتریکی از سطح آستانه ای بالاتر رود و به این ترتیب به تجهیزات آسیبی نمی‌رسد.

در داخل سیم رابطهایی که با عنوان سیم رابطهای دارای محافظ نوسان موجود هستند، قطعاتی برای حفاظت در برابر افزایش ولتاژ لحظه ای(حفاظت در برابر ولتاژ سرج) تعبیه شده‌است.

به وسایل الکتریکی ای که در تابلوهای توزیع برق، سیستم های کنترل فرایند، سیستم‌های ارتباطی و دیگر سیستم‌های صنعتی با هدف حفاظت در برابر افزایش ولتاژهای لحظه ای و ناگهانی (مثلاً تحت تأثیر وقوع صاعقه در نزدیکی سیستم) روی میدهند (Surge Protection Device(SPDگفته می‌شود.

به عبارتی سرج ارستر (SPD)ها قطعاتی هستند که تجهیزات الکتریکی را از خطرات احتمالی ناشی از ولتاژهای سرج حفاظت می­کنند.

یک برق‌گیر خوب باید دارای مشخصات زیر باشد:

در ولتاژ نامی شبکه، به منظور کاهش تلفات دارای امپدانس بینهایت باشددر اضافه ولتاژ به منظور محدود سازی سطح ولتاژ دارای امپدانس کم باشدتوانایی دفع یا ذخیره انرژی موج اضافه ولتاژ را بدون اینکه خود صدمه ببیند داشته باشدپس از حذف عبور اضافه ولتاژ بتواند به شرایط مدار (حالت کار عادی) برگردد

پارامترهای مهم برای انتخاب برق‌گیر مناسب جهت حفاظت عایقی:

ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)ولتاژ نامی (Ur)جریان تخلیه نامی (۸٫۲۰ sec)ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل (۴٫۱۰ sec)قابلیت تحمل جذب انرژی W

عوامل مهم در آسیب دیدگی برق‌گیرها:

نفوذ رطوبت و آلودگیاضافه ولتاژهای گذرا و موقتیعدم انطباق شرایط بهره‌برداری با مشخصه برق‌گیر (طراحی غلط)عوامل ناشناخته

سیستم قدرت (به انگلیسی: Electric power system)، شبکه‌ای از اجزای الکتریکی است که برای تأمین، انتقال و استفاده از توان الکتریکی بکار می‌رود. نمونه‌ای از سیستم‌های قدرت، شبکه‌ای است که برای تأمین نیروی الکتریکی خانه‌ها و صنایع به کار گرفته می‌شود. سامانهٔ قدرت در مناطق بزرگ با نام شبکه (به انگلیسی: grid) شناخته می‌شود که به‌طور کلی می‌توان آن را به سه بخش تقسیم کرد: تولید انرژی الکتریکی که توان را تأمین می‌کند،انتقال انرژی الکتریکی که توان را از مراکز تولید به مراکز بار انتقال می‌دهد، و توزیع انرژی الکتریکی که خانه‌ها و صنایع اطرافش را تغذیه می‌کند. سامانه‌های قدرت کوچکتری هم در صنایع، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های تجاری و خانه‌ها وجود دارند. غالب این سامانه‌های قدرت بر توان متناوب سه فاز متکی هستند. سامانه‌های قدرت بخصوصی که بر توان سه فاز متکی نیستند را می‌توان در هواپیماها، سامانه‌های ریلی الکتریکی، اقیانوس‌پیماها و خودروها مشاهده نمود.

برق گیر اصطلاحی در فارسی برای نامیدن دو وسیلهٔ الکتریکی متفاوت استفاده می‌شود:

میله‌های فی که در بالای ساختمان‌ها یا در پست‌های فشار قوی نصب می‌شوند تا با برخوردآذرخش با این میله‌ها از برخورد مستقیم صاعقه به تجهیزات جلوگیری شود. این وسیله (Lightening rod) در مهندسی برق نیزه نیز نامیده می‌شود. این وسیله اولین بار توسط بنیامین فرانکلین مخترع آمریکایی ابداع شد.وسیله‌ای است که در شبکه‌های الکتریکی برای حفاظت تجهیزات در مقابل صدمات ناشی از اضافه ولتاژهای ناگهانی همچون صاعقه و رعد و برق به کار برده می‌شود. برق‌گیر (Lightning arrester) در مقابل ولتاژهای معمولی یک مقاومت بسیار زیاد در حد عایق الکتریکی از خود نشان می‌دهد و در مقابل ولتاژهای آنی مقاومت کمی از خود نشان می‌دهد و موج‌های الکتریکی را به زمین تخلیه می‌کند. برق‌گیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می‌دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم می‌کند. برق‌گیرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می‌گیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیلهٔ برق‌گیر به زمین منتقل می‌شود.

از وسایل حفاظتی محدودکننده ضربه برای حفاظت تجهیزات سیستمهای قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده می‌شود یک وسیله حفاظتی محدودکننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گذرا یا اضافه ولتاژهای که باعث تخریبتجهیزات شبکه می‌شوند را محدود و به زمین هدایت کنند و بتواند این کار را بدون اینکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند. برق‌گیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می‌دهند و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم می‌کنند. برق‌گیرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار می‌گیرند. انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برق گیر به زمین منتقل می‌شود؛ و باعث محافظت بیشتر می‌شود.برق گیر برای حفاظت از ساختمان‌های بلند از خطر برخورد اذرخش استفاده می‌شود.

آذَرخش یا رعد و برق (که با نام‌های صاعقه، الماسک،اَبرَنجک، یا آتشه نیز شناخته می‌شود)[۱] گونه‌ای تخلیهالکتریکی است که در اثر الکتریسیته ایستا میان دو ابر یا ابر و زمین ایجاد می‌شود. هرچند آذرخش اشاره به درخشش الکتریکی ست که میان ابر و زمین است. چه، درخشش الکتریکی میان دو ابر در واقع دِرَخش یا رَخش یا همان برق نام دارد.

در اثر برخورد ذرات آب یک جبهه هوای گرم به ذرات یخیک جبهه هوای سرد، الکتریسیته ساکن بوجود می‌آید که نسبت به زمین دارای بار الکتریکی منفی بوده و در صورتی که فاصله منبع جریان الکتریکی کم و بیش، نزدیک به سطح زمین باشد، آذرخش بروز می‌کند. در آذرخش‌های شدید بیش‌ترین برون‌داد الکتریکی رخ می‌دهد. دما در محل اصابت برق فوق‌العاده بالا می‌رود (حدود ۲۸٬۰۰۰ درجه کلوین که حدود ۵ برابر دمای سطح خورشید است)

در هنگام آذرخش معمولاً مقداری از نیتروژن هوا به ترکیبات نیتریدی محلول در آب تبدیل می‌شود. رعد و برقی که بین ابر و زمین است معمولاً از ابر به زمین می‌زند (رعد منفی) ولی در برخی موارد نادر هم رعد از زمین به ابر می‌زند (رعد مثبت). در این حالت (رعد مثبت) زمین دارای بار منفی است و ابر دارای بار مثبت.

به رعد پیشگام و کوب برگشتِ آن در تخلیه الکتریکی اَبربه‌زمین کوب آذرخش» گفته می‌شود. درخشندگی شدیدی که در آخرین مرحله هر کوب آذرخش ناشی از تخلیه الکتریکی اَبربه‌زمین، از زمین به سوی پایه اَبر بالا می‌رود کوب برگشت یا کوب اصلی می‌گویند.

یون به اتم یا مولکول‌هایی گفته می‌شود که بار الکتریکیاضافه داشته باشند و این بار می‌تواند منفی یا مثبت باشد. نابرابری تعداد کل الکترون‌ها با پروتون‌ها، در یک اتم یا مولکول، به آن بار خالص مثبت یا بار خالص منفی الکتریکی می‌دهد.

با استفاده از روش‌های فیزیکی یا شیمیایی، از طریقیونیزاسیون می‌توان این پدیده را ایجاد کرد. از نگاه فیزیکی یونی که از یک اتم تشکیل شده یون اتمی یا تک اتمی (مونواتمیک) نامیده می‌شود، و اگر آن یون از دو یا چند اتم تشکیل شده باشد، آن را یک یون مولکولی یا چنداتمی (پلی‌اتمیک) می‌گویند. از نگاه شیمیایی، اگر یک اتم خنثی، یک یا چند الکترون خود را از دست دهد، دارای بار خالص مثبت می‌شود و به عنوان یک کاتیون شناخته می‌شود، و برعکس؛ اگر یک اتم خنثی الکترون بیشتری به دست آورد، دارای بار خالص منفی می‌شود و به عنوان یکآنیون شناخته شده‌است و بنا بر این:

کاتیون: یونی است که بار مثبت دارد.آنیون: یونی است که بار منفی دارد.