Определения, характеристики, классификация электрических цепей и их элементов

данным расчетов выбираются устройства для отключения при коротком замыкании.

Расчет проволочных резисторов состоит в определении длины и сечения провода, обеспечивающих необходимое сопротивление и длительное протекание заданного тока при допустимом нагреве. Для резисторов, выполненных из неизолированных проводов, допустимые температуры могут достигать сотен градусов. В радиотехнических установках, системах управления и других подобных устройствах токи обычно малы и выбор минимального сечения проводов производится исходя из требуемой механической прочности.

Для сложных цепей решаются те же задачи, но для их решения сначала нужно определить токи в ветвях цепи, что является наиболее трудоемкой задачей. Поэтому методы исследования и расчета сложных цепей – это в основном методы расчета распределения токов в ветвях цепи. Другие задачи решаются относительно просто, как это показано дальше.

Рассмотрим простую электрическую цепь, состоящую из источника энергии (генератора), имеющего ЭДС Е_г и внутреннее сопротивление r_в; линии передачи длиной L и приемника энергии с сопротивлением r_пр (рисунок 2.5). Ток в линии I определяется потребной мощностью приемника: и по нему производится расчет проводов линии.

Напряжение U_гв начале линии меньше ЭДС на величину падения напряжения в источнике энергии: U_г = Е_г –I r_в, а напряжение U_прна зажимах приемника меньше U_гна величину падения напряжения в линии.

Уменьшение соответствующего напряжения называется изменением или потерей напряжения и для цепей постоянного тока равно падению напряжения. Практически обычно рассчитывают отклонения напряжения от номинального значения при колебаниях нагрузки. Отклонения напряжения в сторону уменьшения ограничены тем, что при снижении напряжения резко уменьшается световой поток ламп накаливания; электрические двигатели при данных нагрузках требуют токи, превосходящие нормальные. При отклонении напряжения в сторону увеличения лампы накаливания могут быстро выйти из строя, двигатели работают в недопустимых условиях. Поэтому отклонения напряжения в сторону уменьшения ограничены величиной 2,5 – 5%, а в сторону увеличения – 5%.

Расчет линии по отклонениям напряжения для наибольшей и наименьшей нагрузок сводится к определению сечения проводов при этих нагрузках. Может быть поставлена и обратная задача: определить потери и отклонение напряжения для линии при данных сечениях проводов и нагрузке.

Следующей задачей расчета является выбор или проверка сечения проводов линии исходя из того, чтобы провода не перегревались при протекании по ним тока. Может быть поставлена и обратная задача – проверка имеющихся проводов определенного сечения на отсутствие перегрева.

На основании закона Ома потери напряжения в линии определяются как

                                            (2.5)

где l = 2 L – длина обоих проводов линии, м; s – площадь поперечного сечения проводов, мм²; ρ — удельное сопротивление материала проводов, Ом·мм²/м. (В системе СИ единицей удельного сопротивления ρ является ом-метр).

Потери напряжения в процентах

                                   (2.6)

Напряжение на зажимах приемника

                                         (2.7)

Потери мощности в линии

                                        (2.8)

Коэффициент полезного действия линии

          (2.9)

Из выражения (2.9) получим

                              (2.10)

где Р_г — мощность источника энергии.

При передаче данной мощности потери напряжения обратно пропорциональны квадрату напряжения. С увеличением длины линии для передачи требуемой мощности при заданных потерях и приемлемом сечении проводов необходимо повышать напряжение. Поэтому передача больших мощностей на дальние расстояния осуществляется по линиям высокого напряжения.

Протекание тока по проводам обусловливает в них потери энергии и мощности. В процессе нагрева часть этой энергии идет на повышение температуры, а часть рассеивается как тепловая в окружающую среду.

По окончании процесса нагрева установится некоторое превышение температуры проводов над температурой окружающей среды и вся энергия потерь будет рассеиваться; превышение температуры проводов можно считать приблизительно пропорциональным потерям мощности в проводах. Допустимые температуры при нагрузке в электротехнике нормируют, так как при значительном нагреве уменьшается срок службы изоляции проводов; при достаточно высокой температуре изоляция начинает обугливаться, а неизолированные провода интенсивно окисляются.

При проверке проводов по допустимому нагреву не производят сложных расчетов процессов нагрева; обычно пользуются таблицами допустимых токов для различных сечений проводов или жил кабелей. Значения допустимых токов для проводов приводятся в справочниках