1.13. Режимы работы электрической цепи (линии электропередачи)

Основными режимами работы электрической цепи (рис. 1.21) являются следующие:

1.Режим номинальной нагрузки (номинальный режим).

2. Режим холостого хода.

3. Согласованный режим.

4. Режим короткого замыкания.

Рис. 1.21. Линия электропередачи постоянного тока

Остальные режимы являются промежуточными. Для всех режимов работы справедливы следующие уравнения.

Напряжение на входе линии:

,

где: U_л– падение напряжения в линии;

U_нагр – напряжение на нагрузке.

Ток в линии:

,

где: R_л – сопротивление проводов линии;

R_нагр – сопротивление нагрузки.

Мощность, потребляемая всей цепью:

P = P_л + P_нагр .

где: P_л – мощность, выделяемая в проводах линии;

P_нагр – мощность, потребляемая нагрузкой.

Коэффициент полезного действия:

.

Рассмотрим основные режимы работы электрической цепи.

1. Номинальный режим характеризуется номинальным напряжением U_н, номинальным током I_н, номинальной мощностью Р_н, которые указываются на табличке приемника.

Номинальное напряжение сети U_н для большинства приемников постоянного тока составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.

Номинальный ток I_н – предельно допустимый ток, при котором приемник может работать длительное время.

Номинальная мощность P_н – величина, определяемая номинальным напряжением U_н и номинальным током I_н :

P_н = U_н · I_н .

В некоторых случаях на приемниках указывается номинальный коэффициент полезного действия – η_н , например, на электродвигателях.

2. Режим холостого хода наблюдается в цепи при R_нагр = ∞, в этом случае I = 0, η = 100%.

3. Согласованный режим работы применяется в радиотехнических цепях, устройствах автоматики и телемеханики, в других слаботочных цепях, где необходимо передать от источника к приемнику наибольшую мощность. Это условие выполняется при равенстве сопротивлений линии и нагрузки: R_л = =R_нагр , следовательно, U_л = U_нагр и P_л = Р_нагр . Коэффициент полезного действия η = 50%.

В сильноточных цепях режим согласованной нагрузки не применяется ввиду низкого значения к.п.д.

4. Режим короткого замыкания возникает при коротком замыкании нагрузки (R_нагр= 0). Ток в линии ограничивается сопротивлением проводов и намного превышает номинальный:

.

Напряжение сети U = U_л , следовательно, P = P_л и η = 0.

При возникновении короткого замыкания линия должна отключаться от сети автоматическими выключателями (автоматами) или плавкими предохранителями.

На рис. 1.22 приведены графики изменения мощности в зависимости от тока в линии.

Рис. 1.22. Графики изменения мощности и к.п.д. в зависимости от тока в линии

Линии передачи выполняются в основном медными и алюминиевыми проводами. Сопротивление провода зависит от его длины l, площади поперечного сечения S и удельного сопротивления ρ:

[Ом],

где l, м; S, мм²; ρ, .

Сопротивление металлического провода зависит также от температуры: с повышением температуры сопротивление провода линии увеличивается:

,

где t – температура провода, ^оС;

α – температурный коэффициент;

R_пр – сопротивление провода при 20^оС.