Электрические измерения (стр. 13 из 15)
Откуда
(9.10)Из (9.10) следует, что чем меньше cos j2 , тем больше сечение проводов необходимо иметь для передачи одной и той же мощности потребителю, чтобы сохранить неизменной потерю энергии в проводах сечения проводов, определенных по потери напряжения согласно формулам (9.6) и (9.7), округляются до ближайшего большего стандартного сечения и потом проверяются на нагрев по таблицам длительно допустимых токов нагрузки. Величина допустимых токов для проводов приводится в справочниках. Для примера приведем величины допустимых токов голых алюминиевых проводов при температуре окружающего воздуха 20°С.
| Сечение провода, мм2 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 |
| Допустимый ток, А | 75 | 105 | 135 | 170 | 215 | 265 | 325 | 375 |
При расчете проводов трехфазного тока под потерей напряжений понимают разность линейных напряжений в начале и в конце линии. Приняв систему напряжений и нагрузки симметричными, расчет проводят для одной фазы, используя при этом векторную диаграмму для одной цепи.
Тогда
или 
(9.11)При расчете линий электропередач большой протяженности в выражении (9.11) вместо r и x представляют справочные данные r0 и x0 – активное и индуктивное сопротивление 1 км линии
(9.12)Основными материалами, применяемыми в электротехнике для изготовления проводов различного назначения, являются металлы с высокой удельной проводимостью и сплавы с большим удельным сопротивлением, свойства которых приведены в таблице 9.1.
Таблица 9.1 – Свойства проводниковых материалов при t = 20°С
| Материал | Удельное сопротивление ρ,  | Удельная проводимость γ,  | Температур-ный коэффициент α, град-I | Предель-ная рабочая темпе-ратура tmax, °C |
| Серебро | 0,0162 | 62 | 0,0036 | - |
| Медь | 0,0175 | 57 | 0,0041 | - |
| Алюминий | 0,0294 | 34 | 0,0042 | - |
| Сталь | 0,13 | 7,7 | 0,0057 | - |
| Чугун | 0,8 | 1,25 | 0,0010 | 400 |
| Никелин | 0,42 | 2,4 | 0,0003 | 300 |
| Манганин | 0,48 | 2,1 | 0,00001 | 500 |
| Константан | 0,5 | 2,0 | 0,00005 | 1000 |
| Нихром | 1,0 | 1,0 | 0,00017 | 850 |
| Фехраль | 1,2 | 0,83 | 0,00008 | 1350 |
| Хромаль | 1,4 | 0,72 | 0,00004 |
Объект и средства исследования
Объектом исследования служит электрическая цепь приведенная на рисунке 9.4.
Рисунок 9.4 – Электрическая цепь постоянного тока
В процессе исследования используются:
1) источник постоянного тока – 30 В;
2) реостат R = 10 Ом;
3) амперметр PAI с пределом измерения от 0 до 2 А;
4) вольтметр V1 (0-30 В);
5) милливольтметр V2 ((≤15 мВ);
6) набор проводников из различных материалов длиной l ≤ 1 м.
Рабочее задание
1 Ознакомиться с размещением приборов на лабораторном стенде рисунок 9.4.
2 Определить цену деления приборов.
3 Собрать электрическую схему, приведенную на рисунке 9.4
4 При отключенном ключе S , включить автомат постоянного тока. Установить с помощью реостата заданное преподавателем напряжение. При этом ток в цепи не должен превышать 2 А, а R ≥ 15 Ом.
5 Измерить ток в цепи и падение напряжения на участке АВ. Измерения сделать для n значений проводов длиною l. Данные измерения занести в таблицу 9.2.
6 По измеренным данным определить согласно закона Ома сопротивления проводов.
7 По полученным данным определить удельное сопротивление каждого провода и по его значениям определить материал по таблице 9.1.
8 Сделать выводы.
Таблица 9.2
| № | Измерить | Вычислить | Определить | |||||
| ΔU, | I, | l, | S, | ρ, | γ, | R, | Материал провода | |
| B | F | м | мм2 | |  | Ом | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Контрольные вопросы
1. Что понимают под падением и потерей напряжения?
2. Какие инженерные задачи возникают при расчете проводов линий электропередачи?
3. Назовите допустимые отклонения напряжения для различных видов нагрузки.
4. Как влияет характер нагрузки на величину падения напряжения?
5. Что понимают под треугольником падения напряжения?
6. В каком случае падение и потеря напряжения равны между собой?
7. какие факторы влияют на величину сопротивления?
8. Приведите соотношение сечения проводов при передаче одинаковой мощности на постоянном и переменном токе.
9. Как определить потери напряжения в цепи трехфазного тока?
10.Для изготовления каких электрических устройств используют материалы с большим удельным сопротивлением?
Рекомендуемая литература
1 Зайдель Х.Э. и др. Электротехника : Учебник для неэлектрических специальностей вузов / Х.Э.Зайдель, В.В.Коген-Далин, В.В.Крымов и др.; Под редакцией В.Г.Герасимова – М. : Высшая школа, 1985.
2 Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника : Учебное пособие для неэлектрических специальностей вузов. – М. : Высшая школа, 1984.
3 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника : Учебное пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М. : Энергоатомиздат, 1983.
Лабораторная работа № 10. Повышение cosφ
Цель работы: экспериментальное и аналитическое определение коэффициента мощности.
Теоретические сведения
На современных промышленных предприятиях большинство потребителей электрической энергии переменного тока представляют собой индуктивно-активную нагрузку. Это асинхронные двигатели, силовые, сварочные и другие специальные трансформаторы, катушки контакторов и реле и т.п. Активная мощность таких потребителей помимо заданной нагрузки зависит также и от cosφ . Если для потребителя задаются его напряжение U и активная мощность Р , то с изменением cosφ изменится и ток потребителя. С уменьшением cosφ потребителя его ток возрастает
(10.1)Увеличение тока потребителя при снижении cosφ не должно превышать определенных пределов, так как питающие их генераторы рассчитываются на определенную номинальную мощность
, ВА(10.2)При заданном напряжении UH они могут быть нагружены током, не превышающим номинальное значение. Поэтому увеличение тока потребителя вследствие снижения его cosφ не должно превышать определенных пределов. Чтобы ток генератора не был выше номинального при снижении cosφ потребителя, необходимо снижать его активную мощность . В этом случае генератор будет полностью нагружен по току и недогружен по активной мощности.
Для сохранения неизменной активной мощности потребителя при снижении cosφ можно было установить генератор на большую номинальную мощность с тем, чтобы увеличение тока вследствие снижения cosφ не превышало его номинального значения. В этом случае активная мощность
Р=SH cosφ (10.3)
которой будет нагружен генератор, составляет только часть номинальной SH . Например, при снижении cosφ от 1 до 0,5 нагрузка генератора составляет только 50% от его номинальной мощности. Таким образом, cosφ характеризует, как используется номинальная мощность источника, и поэтому его называют коэффициентом мощности.
Работа источника питания в целом характеризуется к.п.д. генератора и первичного двигателя. Работа первичного двигателя определяется в основном активной мощностью генератора. Поэтому недогрузка генератора активной мощностью влечет за собой недогрузку и снижение к.п.д. первичного двигателя и всей энергетической установки. Себестоимость электроэнергии от этого повышается.
Работа потребителя с малым коэффициентом мощности, кроме ухудшения условий экономического использования источника питания, приводит к увеличению мощности потерь в лини передачи электрической энергии от источника к потребителю. Если сопротивление проводов этой лини r , то мощность потерь в ней
(10.4)Мощность потерь, как видно из этого выражения, тем больше, чем ниже cosφ установки. Следовательно, чем ниже cosφ потребителя, тем дороже будет обходиться передача к нему электроэнергии. При номинальном режиме потребители имеют довольно высокий коэффициент мощности, достигающий значения 0,7 – 0,9. Но при малой нагрузке их коэффициент мощности очень мал, что может привести к снижению cosφ энергетической установки в целом.
Чтобы повысить экономичность энергетических установок, принимают меры к повышению коэффициента мощности потребителей. Существует три основных способа увеличения коэффициента мощности: