6. Контрольные вопросы

1. Что называется ветвью и узлом электрической цепи?

2. Что называется контуром электрической цепи?

3. Как формулируется 1-й закон Кирхгофа?

4. Как формулируется 2-й закон Кирхгофа?

5. Что такое простейшая и сложная электрическая цепь?

6. В чем суть метода наложения (суперпозиции)?

7. Как рассчитывается схема по методу наложения?

8. Объясните, как определить направления тока протекающего через резистор, с помощью вольтметра?

9. Что такое баланс мощностей? Для чего он рассчитывается? Какое физическое явление он отражает?

Лабораторная работа № 3

Исследование линии передачи электрической энергии постоянного тока

1. Цель работы

Экспериментально определить потерю напряжения в двухпроводной линии постоянного тока. Определить падение напряжения, потерю мощности и КПД электрической линии в зависимости от величины нагрузки. Полученные результаты проверить расчетом.

2. Сведения из теории

Рассмотрим электрическую цепь постоянного тока, состоящую из источника энергии с напряжением на зажимах , линии передачи длиной и приемника энергии с сопротивлением (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема электрической цепи постоянного тока

Напряжение на зажимах приемника будет меньше напряжения на зажимах генератора на величину падения напряжения в линии . Это падение напряжения, обусловливающее уменьшение напряжения на зажимах приемника, называется изменением или потерей напряжения.

Очевидно, что изменение напряжения в линии не должно быть очень велико, так как, в противном случае, напряжение у приемников сильно уменьшится, что не обеспечит их нормальный режим работы, например, лампы накаливания будут слабо светиться, электродвигатели, работающие при номинальной нагрузке, будут перегреваться и т. д. Поэтому задачей расчета линии, являющейся частью электрической цепи, является определение сечения проводов линии, исходя из двух условий: во-первых, провода не должны перегреваться при длительном протекании по ним тока номинального значения, и, во-вторых, потеря напряжения в проводах линии не должна превышать допустимую, т. е. должна составлять 2–3 % от напряжения на зажимах источника.

Часто ставится и обратная задача: проверка определённого из расчёта или уже имеющегося сечения проводов на возможность перегрева, т. е. проверка отсутствия перегрева проводов линии сверх допустимого.

На основании закона Ома потеря напряжения в линии определяется так:

,

где I – ток нагрузки линии, А; R – сопротивление линии, Ом; – удельное сопротивление материала проводов, Ом∙мм²/м; – длина обоих проводов линии, м; S – площадь поперечного сечения проводов, мм².

Потеря напряжения, отнесённая к напряжению в начале линии (в процентах):

. (3)

Напряжение в конце линии будет меньше напряжения в начале линии на величину изменения напряжения: .

Потеря мощности в линии: .

КПД линии передачи, равный отношению мощности, доставляемой приёмнику , к мощности, поступающей в линию :

,

где – мощность источника энергии.

Из выражения (3) следует:

.

Таким образом, при передаче заданной мощности потери напряжения обратно пропорциональны квадрату напряжения генератора. Т. е. для передачи требующейся мощности, при заданной потере напряжения и приемлемых сечениях проводов, с увеличением длины линии необходимо повышать напряжение генератора. Поэтому передача больших мощностей на дальние расстояния осуществляется по линиям высокого напряжения.

Протекание тока по проводам обусловливает потерю мощности в проводах: . Эта энергия идет на повышение температуры проводов, после чего она рассеивается в окружающую среду.