Електрична міцність деяких ізоляційних матеріалів

Матеріал	Епр, кВ/см	Матеріал	Епр, кВ/см
Слюда	800-14500	Дерево	25-50
Гума м’яка	150-250	Олія трансформаторна	160-200
Картон	190-260
Порцеляна	150-200	Повітря	20-30

1.9. Елементи електричних кіл

С укупність пристроїв, що утворюють шляхи для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можна описати за допомогою понять ЕРС, струму, напруги та параметрів окремих ділянок (опорів), називають електрич­ним колом. Схема електричного кола показана на рис. 1.21.

Д

Рис. 1.21. Схема простого електричного поля

жерелами електричної енергії є пристрої, в яких механічна, теплова, хімічна, ядерна та інші види енергії перетворюються на електричну. Такими є електричні генератори, гальванічні елементи, акумулятори, термоелементи тощо.

Приймачами електроенергії є пристрої, в яких електрична енергія пере­творюється на інші види енергії: механічну (в електродвигунах), теплову (в електричних печах і нагрівальних пристроях), хімічну (у пристроях хімічної технології), акустичну (в радіоприймачах), світлову (в електричних лампах) тощо.

Найпростіші електричні явища відбуваються в колах постійного струму, в яких у загальному випадку проходять електричні струми провідності (в мета­лах та електролітах) та переносу (наприклад, в електронних лампах). ЕРC, напруги та струми в колах постійного струму будемо позначати великими літе­рами Е, U, І.

Д

Рис. 1.22. Реальне джерело ЕРС (а) та його зовнішня характеристика (б)

жерело ЕРС. На рис. 1.22,а позначене дже­рело ЕРС Е з внутрішнім опором r₀. Таке джерело називають реальним. За­лежність напруги на його клемах від струму навантаження називається зовнішньою характеристикою джерела (рис. 1.22,б):

(1.48)

При незмінній Е від струму напруга U на клемах джерела буде менша від Е на значення спаду напруги (U = r₀I) на внутрішньому опорі. У неробочому режимі, коли опір навантаження вимкнений (R_H ∞), I = 0, а U = Е; в режимі короткого замикання, коли опір навантаження дорівнює нулеві (R_H = 0), на­пруга U = 0, і струм значно зросте й буде дорівнювати струму короткого за­микання: I = І_к = Е/r₀.

Рис. 1.23. Ідеальне джерело ЕРС (а) та його зовнішня характеристика (б, в)

Якщо внутрішній опір джерела дуже малий і ним можна нехтувати (r₀ 0), то таке дже­рело називається ідеальним джерелом електроенергії. Напруга на його клемах не залежить від струму навантаження і завжди дорівнює Е. Зовнішня характеристика такого джерела показана на рис. 1.23,б.

Ц

Рис. 1.24. Визначення режиму роботи джерела електричної енергії залежно від спрямування U та I.

я характеристика від­повідає джерелам електроенергії дуже великої потужності (теоретично нескінченно великої). Цей режим відзначається також і у реальних джерелах електроенергії (скінченої потужності) за наявності в них автоматичних регуляторів напруги, які підтримують напругу на клемах генератора (чи на клемах споживача) незмінною під час зміни навантаження у широких межах. Зовнішня характеристика таких генераторів приблизно виглядає так, як показано на рис. 1.23,в. Тут Е, за рахунок автоматичного регулювання, зростає на величину U при збільшенні I, і величина U практично залишається постійною.

Помножимо ліву і праву сторони рівняння (1.48) на значення струму I, одержимо:

(1.49)

в (1.49) компонента Р₀=r₀I² – це потужність, яка витрачається на внутріш­ньому опорі джерела електроенергії; компонента Р = UI – та частина потуж­ності, яка передається зовнішньому споживачу R_H. Отже, значення ЕІ із закону збереження балансу потужностей є потужністю джерела електроенергії – потужністю генератора:

(1.50)

У формулі (1.50) Е та I на схемі мають однакове спряму­вання. Якщо спрямування Е та I різні, то потужність джерела буде Р_Г = –ЕІ.

Отже, під час визначення P потужності в джерелах електричної енергії необхідно враховувати умовно-додатні напрями струмів (рис. 1.24). Якщо спрямування ЕРС і струму збіжні, то умовно вважають, що джерело ЕРС пра­цює в режимі генератора, в протилежному випадку – в режимі споживача. Дійсний режим роботи k-го джерела ЕРС може бути визначений після підставляння числових значень струмів І_k та ЕРС Е_k з врахуванням їх знаків.

В результаті числового розрахунку, якщо Р_Г > 0 – то джерело електро­енергії працює в режимі генератора – віддає електричну енергію в зовнішнє коло і, якщо P_Г< 0 – джерело працює в режимі приймача – споживає електрич­ну енергію.