Режими роботи електричного кола

Для електричного кола найбільш характерними є режими роботи: навантажувальний, холостого ходу і короткого замикання.

Навантажувальний режим роботи (рис. 19, а). Розглянемо роботу електричного кола при підключенні до джерела якого-небудь приймача з опором R (резистора, електричної лампи і т. П.).

На підставі закону Ома е. д. с. джерела дорівнює сумі напря-

Рис. 19. Схеми, що пояснюють навантажувальний режим (а) і режим холостого ходу (б) Рис. 19. Схеми, що пояснюють навантажувальний режим роботи (а) і режим холостого ходу (б)

жений IR на зовнішній ділянці ланцюга і IRo на внутрішньому опорі джерела:

E = IR + IR0 (12)

Враховуючи, що напруга Uі на затискачах джерела дорівнює падінню напруги IR у зовнішній ланцюга, отримаємо:

E = Uі + IR0 (13)

Ця формула показує, що е. д. с. джерела більше напруги на його затискачах на значення падіння напруги всередині джерела. Падіння напруги IRo всередині джерела залежить від струму в ланцюзі I (струму навантаження), який визначається опором R приймача. Чим більше буде струм навантаження, тим менше напруга на затискачах джерела:

Uі = E – IR0 (13 ‘)

Падіння напруги в джерелі залежить також і від внутрішнього опору Ro. Відповідно до рівняння (13 ‘) залежність напруги Uі від струму I зображується прямою лінією (рис. 20). Цю залежність називають зовнішньою характеристикою джерела.

З усіх можливих навантажувальних режимів роботи найбільш важливим є номінальний. Номінальним називається режим роботи, встановлений заводом-виробником для даного електротехнічного пристрою відповідно до ставляться до нього технічними вимогами. Він характеризується номінальними напругою, струмом (точка Н на рис. 20) і потужністю. Ці величини зазвичай вказують в паспорті даного пристрою. Від номінальної напруги залежить якість електричної ізоляції електротехнічних установок, а від номінального струму – температура їх нагріву, яка визначає площа поперечного перерізу провідників, теплостійкість застосовуваної ізоляції та інтенсивність охолодження установки. Перевищення номінального струму протягом тривалого часу може призвести до виходу з ладу установки.
Режим холостого ходу (рис. 19, б). При цьому режимі приєднана до джерела електричний ланцюг розімкнути, т. Е. Струму в ланцюзі немає. У цьому випадку внутрішнє падіння напруги IRo дорівнюватиме нулю і формула (13) прийме вигляд

E = Uі (14)

Таким чином, в режимі холостого ходу напруга на затискачах джерела електричної енергії одно його е. д. с. (Точка X на рис. 20). Цю обставину можна використовувати для вимірювання е. д. с. джерел електроенергії.
Режим короткого замикання (рис. 21). Коротким замиканням (к. З.) Називають такий режим роботи джерела, коли його затискачі замкнуті провідником, опір якого можна вважати рівним нулю. Практично к. З. виникає при з’єднанні один з одним проводів, що зв’язують джерело з приймачем, так як ці дроти мають зазвичай незна-

Рис. 20. Зовнішня характеристика істочнікаРіс. 20. Зовнішня характеристика джерела

чительное опір і його можна прийняти рівним нулю. К. з. може відбуватися в результаті неправильних дій персоналу, що обслуговує електротехнічні установки (рис. 22, а), або при пошкодженні ізоляції проводів (рис. 22, б, в); в останньому випадку ці дроти можуть з’єднуватися через землю, що має досить малий опір, або через навколишні металеві деталі (корпуси електричних машин і апаратів, елементи кузова локомотива та ін.).
При короткому замиканні струм

Iк.з = E / R0 (15)

Зважаючи на те що внутрішній опір джерела Ro зазвичай дуже мало, що проходить через нього струм зростає до дуже великих значень. Напруга ж в місці к. З. стає рівним нулю (точка К на рис. 20), т. е. електрична енергія на ділянку електричного кола, розташований за місцем к. з., надходити не буде.

Коротке замикання є аварійним режимом, так як виникає при цьому великий струм може привести в непридатність як сам джерело, так і включені в ланцюг прилади, апарати і дроти. Лише для деяких спеціальних генераторів, наприклад зварювальних, коротке замикання не представляє небезпеки і є робочим режимом.
В електричному ланцюзі струм проходить завжди від точок ланцюга, що знаходяться під великим потенціалом, до точок, які знаходяться під меншим потенціалом. Якщо яка-небудь точка ланцюга з’єднана з землею, то потенціал її приймається рівним нулю; в цьому випадку пітний-

Рис. 21. Схема короткого замикання в ланцюзі джерела електричної енергііРіс. 21. Схема короткого замикання в ланцюзі джерела електричної енергії

циал всіх інших точок ланцюга будуть рівні напруженням, чинним між цими точками і землею.
У міру наближення до заземленої точки зменшуються потенціали різних точок ланцюга, т. Е. Напруги, що діють між цими точками і землею.
З цієї причини обмотки збудження тягових двигунів і допоміжних машин, в яких при різких змінах струму можуть виникати великі перенапруження, намагаються включати в силовий ланцюг ближче до «землі» (за обмоткою якоря). У цьому випадку на ізоляцію цих обмоток буде діяти меншу напругу, ніж якби вони були включені ближче до контактної мережі на електровозах постійного струму або до незаземлених полюсу випрямної установки на електровозах змінного струму (тобто перебували б під більш високим потенціалом). Точно також точки електричного кола, що знаходяться під більш високим потенціалом, є більш небезпечними для людини, що стикається з струмоведучими частинами електричних установок. При цьому він потрапляє під більш високу напругу по відношенню до землі.
Слід зазначити, що при заземленні однієї точки електричного кола розподіл струмів в ній не змінюється, тому що при цьому утворюється ніяких нових гілок, по яких могли б протікати струми. Якщо заземлити дві (або більше) точки ланцюги, що мають різні потенціали, то через землю утворюються додаткова струмопровідна гілка (або гілки) і розподіл струму в ланцюзі змінюється.

Отже, порушення або пробою ізоляції електричної установки, одна з точок якої заземлена, створює контур, по якому проходить струм, що представляє собою, по суті справи, струм короткого замикання. Те ж відбувається в незаземленої електричної установці при замиканні на землю двох її точок. При розриві електричного кола всі її точки до місця розриву опиняються під одним і тим же потенціалом.

Посилання на основну публікацію