12-10. ПОТЕРИ В СТАЛИ, МЕДИ И К. П. Д.. ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Мощность, получаемая электрическими машинами, всег­да меньше мощности, отдаваемой ими: часть мощности не­производительно теряется в самих машинах. Это справед­ливо для любых процессов: происходит ли превращение электрической мощности в электрическую, как в трансфор­маторах, происходит ли преобразование механической мощ­ности в электрическую, как в генераторах, или электриче­ской в механическую, как в двигателях.

Потеря мощности в электрических машинах обычно бы­вает очень невелика, она составляет 5—15% от преобразуе­мой мощности.

Потери в электрических машинах могут быть разделены на три части: потери мощности на механическое трение (во вращающихся машинах), потери мощности на нагрев про­водов, по которым протекает ток (потери в меди) опреде­ляемые по закону Ленца—Джоуля, и потери мощности, свя­занные C перемагничиванием стали (потери от вихревых токов и потери от гистерезиса).

Все эти три вида теряемой мощности в результате идут на нагрев машины.

В тех частях машины, где имеется переменное магнит­ное поле, железо расслаивают, собирая эти части из листов железа, изолированных друг от друга. Этим достигается значительное уменьшение потерь на вихревые токи.

C Таким расслоением стали мы уже встречались в § 11-4. В синхронных машинах из листовой стали собирается ста­тор. Вращающийся ротор, напротив, делают обычно из сплошной стали, так как ротор вращается с такой же ско­ростью, как и вращающееся магнитное поле (в роторе маг­нитное поле постоянно).

Напротив, в машинах постоянного тока в неподвижном остове машины и в полюсах магнитный поток будет неиз­менным’, а во вращающемся якоре сталь непрерывно пере­магничивается (якорь вращается в постоянном магнитно. м поле). Поэтому в машинах постоянного тока их станина выполняется обычно из сплошной стали, а якорь собирает­ся из отдельных листов.

В целях увеличения магнитного потока и уменьшения потерь на перемагничивание при изготовлении машин поль­зуются специальными сортами стали.

В электрическом машиностроении главным образом при­меняется кремнистая листовая сталь (так называемая элек­тротехническая сталь), обладающая относительно малой проводимостью (что приводит к уменьшению вихревых токов) и малым гистерезисом.

В современных трансформаторах, изготовленных из хо­рошей стали, потери мощности очень малы. Это особенно важно, так как, прежде чем дойти до потребителя, элек­трическая мощность, как правило, проходит несколько раз через повышающие и понижающие трансформаторы.

• Медленные изменения магнитного потока, происходящие при из­менении режима работы машин, не принимаются во внимание.

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ

ОПАСНОСТЬ ОТ Токов высокого НАПРЯЖЕНИЯ

13- рис. 13-1. предо-стерегающий плакат в устанопках высокого напря-жения.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Оказывающий нам столько услуг электрический ток мо­жет оказаться причиной тяжелых поражений человеческого организма и даже смерти.

Человеческое тело представляет собой проводник элек­трического тока. Человеческий организм способен про­пускать через себя лишь небольшие токи. Увеличение тока вызывает смерть.

При каком значении ток становится смертельным, ска­зать трудно. Ток в Vioo—2∕ιoo доли ампера вызывает болез­ненные судороги. Ток в Vioo долей ампе­ра можно считать опасным для жизни. Ток в Vio долю ампера надо считать, без­условно, смертельным. Понятно, что это лишь приблизительные цифры. Человече­ское тело подчиняется закону Ома. Яс­но, что опасность возрастает с увеличе­нием напряжения.

Чтобы подсчитать величину тока, ко­торый может пройти через оказавшего­ся под напряжением человека, надо знать чему равно его электрическое сопротив­ление. Но это— чрезвычайно изменчивая величина. Она зависит и от того, какое напряжение приложено к человеку и как долго протекает через него ток, от его душевного состояния — взволнован ли он или спокоен — и от ряда других причин.

Наибольшим сопротивлением обладает человеческая кожа. Но как раз здесь возможны наибольшие колебания величины сопротивления. Потная и сухая, грубая, тонкая, молодая или старая кожа оказывает различное сопротивле­ние электрическому току.

Остается обратиться к опытным данным. Известны случаи, когда смертельным оказывалось напряжение в HOe. Поэтому наши «Правила устройства электроустановок» требуют, чтобы при напряжениях, начиная уже от 12 В, Были приняты меры против возможного прикосновения к токоведущим частям (устройство специальных огражде­ний и т. п.),

В худшем положении оказывается электротехнический Персонал и в первую очередь монтеры, так как им за­частую приходится работать вблизи находящихся под на­пряжением устройств. Привычка притупляет бдительность. Благополучно окончившиеся прикосновения вселяют уве­ренность, что опасность преувеличивается. Посмотрим, на­сколько обоснована такая беспечность.

13- 2. ИСТОЧНИКИ ОПАСНОСТИ

Для питания двигателей трехфазного тока очень часто применяется напряжение в 380 В между фазами, а следо­вательно, в 220 В между фазой и нейтралью. Нейтраль ге­нератора (или трансформатора) обычно заземляется, т. е. присоединяется к проложенным в земле железным шинам или трубам (рис. 13-2).

Рис. 13-2. Цепь тока при соприкосно­вении C рабочим проводом трехфазной системы C заземленной нейтралью.

Включим между одной из фаз и какой-нибудь заземлен­ной точкой, например полом здания, сопротивление R. По­лучится замкнутая цепь, составленная из обмотки одной фазы генератора (или трансформатора), участка провода от начала фазы до места присоединения сопротивления, самого сопротивления и земли, которая является провод­ником тока.

В этой цепи действует фазовое напряжение генератора, а следовательно, по ней пройдет ток. Если сопротивление/? много больше сопротивления остальных участков цепи, то можно считать, что напряжение генератора полностью уравновешивается падением напряжения в подключенном состоянии.

Предположим теперь, что этим сопротивлением являет­ся человеческое тело. Стоящий на полу человек прикоснул­ся к голому проводу. Тем самым он превратился в звено электрической цепи.

Если принять, что ток в 0,05 А представляет опасность для жизни, то этой опасности подвергнется человек, сопро-

220

Тивление тела которого будет равно θ-θ^=4 400 Ом. Опыт

Показывает, что величина сопротивления человеческого тела может быть и ниже этой величины.

Рис. 13-3. Цепь тока при сопри­косновении C рабочим прово­дом трехфаз­ной системы C незаземленпой нейтралью. Ис­точник опасно­сти — соприко­сновение дру­гого провода C землей.

Может показаться, что причиной опасности является за­земление нейтрали генератора. Не будь его, прикосновение к проводу было бы вполне безопасно, так как через чело­веческое тело не замыкалась бы ни одна электрическая цепь.

Но присмотримся к изображенной на рис. 13-3 схеме Небрежный надзор привел к тому, что один из проводов оголился и касается водопроводной трубы. Это не помеха в работе; нейтраль не заземлена, и соприкосновение про­вода C «землей» не приводит к короткому замыканию.

Человек коснулся одного из «здоровых» проводов. Об­разовалась замкнутая цепь из водопроводной трубы («зем­ли»), человеческого тела и не показанных на рисункедвух 382

Фаз генераторной обмотки’. В этой цепи действует уже линейное напряжение, т. е. 380 В. Вместо того, чтобы \меньшить опасность, мы увеличили ее.

Значит, причиной опасности является недостаточный надзор за изоляцией линии. Усилим его. Правда, здесь нельзя положиться на обслуживающий персонал, так как провода могут проходить по недоступным для осмотра ме­стам. Но контроль над целостью изоляции можно поручить вольтметрам. Схема рис. 13-4 показывает, что три вольт­метра вполне успешно справляются с этой задачей.

В нормальных условиях работы вольтметры показы­вают фазовое напряжение линии. Нарушение целости изо­ляции в одной из фаз, т. е. соединение ее с землей, при­ведет к тому, что напряжение между «больным» проводом и землей сделается равным нулю. Стало быть, и присоеди­ненный к этому проводу вольтметр также покажет нуль. Зато оба вольтметра, присоединенных к здоровым фазам, покажут теперь линейное напряжение.

В самом деле, генератор поддерживает между больным и любым из здоровых проводов линейное напряжение. Больной провод заземлен, следовательно, учитываемое вольтметрами здоровых фаз напряжение равно напряже­нию между здоровым и больным проводами, т. е. линей­ному.

Итак, дефекты изоляции будут обнаружены вольтмет­рами. Тогда их нетрудно найти и исправить.

Казалось бы, что прикосновение к проводу исправной линии C незаземленной нейтралью—вещь вполне безопас­ная.

Но это—заблуждение. Ведь при наличии емкости в це­пях переменного тока ток может протекать и в разомкну­той цепи. Емкостные токи проводов могут замкнуться через человека.

Обратимся к схеме рис. 13-5. На ней показана одно­фазная линия, чтобы не усложнять без нужды картину. Явления в трехфазной системе будут вполне сходными.

Однофазная линия представляет собой систему, как бы состоящую из трех конденсаторов (в трехфазной линии их будет целых шесть); «обкладками» этих конденсаторов будут, во-первых, оба провода (этот конденсатор не пока-

■ Предполагается, что обмотка соединена в звезду. Рекомендуем чи­тателю убедиться, что дело не изменится при соединении генераторной обмотки треугольником.

Заи на схеме), во-вторых, земля и первый провод и, в-третьих, земля и второй провод.

Человек прикоснулся ко второму проводу, включив со­противление своего тела параллельно конденсатору (на­правления токов указаны на схеме стрелками). Человек опять оказался в цепи электрического тока, и чем длиннее линия, тем опаснее его положение.

Серьезную опасность представляют конденсаторы даже и в том случае, когда они отключены от источников напря­жения. Дело в том, что конденсатор может сохранять заря­ды на своих обкладках и при том тем дольше, чем лучше изоляция между обкладками. Прикосновение человека к не — заземленной обкладке равносильно его замыканию через сопротивление, и этим сопротивлением теперь будет чело­веческое тело. Как мы знаем (§ 5-8), в цепи будет проте­кать ток, начальное значение которого равно частному от деления остаточного напряжения конденсатора на вели­чину сопротивления.

рис. 13-4. контроль состояния изоляции в трехфазной
системе
рис. 13-5. емкостные токи линии замыкаются через прико-снувшегося к проводу человека.

Следует иметь в виду, что линии также могут сохранять остаточный заряд, величина которого тем больше, чем длин­нее линия. Особенно велики заряды кабельных линий ввиду их большой емкости.

Мы не можем здесь перечислить все возможности пора­жения электрическим током. Поэтому мы настойчиво реко­мендуем в точности соблюдать правила безо­пасности.

13-3. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА

При работе под напряжением обязательно применение защитных средств — изолирующих подставок, диэлектриче­ских ковриков, резиновых галощ и перчаток. Их назначе­ние— не допускать создания контура тока, включающего в себя тело человека.

Почему птица без всякого вреда для себя садится на провода линии, находящейся под высоким напряжением? Потому что при этом электрический ток не проходит через ее тело. Она приобретает высокий потенциал, но это еще не ■ создает пути для тока. Другое дело, если крупная птица одновременно прикоснется своими крыльями к двум про­водам линии. Такое прикосновение окажется, безусловно, смертельным, так как открылся путь току от одного про­вода к другому через тело птицы.

Посмотрим, что получится, если человек, стоя на рези­новом коврике, касается находящейся под напряжением части установки? Создается цепь, состоящая из последо­вательно соединенных тела человека и коврика. Сопротив­ление коврика имеет величину порядка нескольких миллио­нов ом, т. е. намного больше сопротивления человека. Ра­бочее напряжение практически окажется приложенным к резиновой изоляции. Проходящий ток ничтожно мал.

Картина резко меняется при самом незначительном по­вреждении коврика, например при его проколе. Проводи­мость коврика увеличивается настолько, что в цепи будет протекать ток, опасный для жизни человека. Вот почему для всех защитных средств установлены периодические проверки.

СТЕПЕНИ ДЕСЯТИ

В электротехнике мы сталкиваемся с числами самых разных поряд­ков Например, приходится измерять мощности огромных электростан­ций и очень малые мощности, рассеиваемые в проводах. Для избораже — ния очень больших и очень малых чисел удобно пользоваться записью в виде произведения числа на степень десяти.

Если мы несколько раз множим само на себя одно и то же чи­сло,— это называется возведением в’степень:

α∙α = α≈ (читается „а квадрат" или „а во второй степени"), α∙α∙α = α≈ (читается „а куб" или „а в третьей степени").

Заметим, что все числа, состоящие из единицы и нулей, суть степени десяти. Действительно,

10X 10= 100= 10’ (десять в квадрате);

IOX IOX 10 = IOOX 10= 1 000= 10’ (десять в кубе);

10χ 10χ lθχ 10= 10 000 = 10* (десять в четвертой степени).

Так же точно можно запирать, скажем, один миллион

1 000 000= 10»,

Сто миллионов

100 000 000= 10*.

Ясно, что два миллиона—это два, умноженное Иа милливи, т. Е. два миллиона запише. м, как 2-10®:

2 000 000= 2-1 000 000 = 2-10®;

Теперь запишем мощность Волжской гидроэлектростанции — она равна 2 100 тысяч киловатт (2 100 000 Кет}-.

2,1 • 10′ Кет

Пли в ваттах:

2,1-10’ Вт.

Пени. Вместо γθ пишут 10"*

Если через электронную лампу течет ток в 90 Ма, то этот ток в амперах равен 90 Λ<α = 90-10"* o = 9-10^≈ А.

Запись в виде степеней десяти очень удобна для перемноже­ния чисел, так как При перемножении двух. различ. нь1х степеней 386

совершенно аналогично записываются и очень малые числа. что то'сотая—этоили ∙j-θf . но такие числа в математике и технике принято записывать в виде степеней с отрицательным показателем, что прямо соответствует непосредственному расширению понятия сте- 1 ... 1 ... 1также10’но-’; io-s = io-'и т. д.

OiJHOZO И того же числа показатели степени алгебраичееки скла — Омаются:

10«. 102= 10“;

IO*-10-≈ = 102.

Нужно перемножить, скажем, 4-10® и 6∙10^∙; вычисление Про­Изводится так:

4-10∙∙6∙10-∙ = 4∙6∙102∙10-2 = 24-10’-10-’ = 24-102 = 2,4-10*.

2. РЕШЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

Даны два соотношения между двумя неизвестными величинами X и У, выражаемые уравнениями

(1) я.-а: + M ≈= Cp

(2) А^х + Ь^у ≈ C^,

Где буквами α,, B^, с^, а^, Cj обозначены известные постоянные величины, называемые коэффициентами.

Неизвестные легко определить, например, пользуясь методом сравнения коэффициентов. Уравнение (1) множится на ⅛j, а (2) Haij этим выравниваются коэффициенты при У:

(1′)аДх + i, ijJ = сД;

(2′) Aj)^X + B^B = Cji,.

Вычитая (2′) из (Г), получим:

X (0i⅛ — — ^2*1-

Из Последнего уравнения

Cjig \ Aφi — а•

Второе неизвестное У определится аналогично нли путем под­становки найденного Х в одно из заданных уравнений.

Аналогично решаются уравнения для трех, четырех и более неизвестных. Важно запомнить, что соотношений должно быть столько же, сколько неизвестных. Такие уравнения описывают процессы в линейных электрических цепях (§ 2-25j.

Уравнение вида

А Ь X X

Легко приводится к линейному путем умножения на Х:

А = i + сх.


[*] Для этой единицы применяется и другое название — вебер.

[†] в самые последние годы в связи с изучением проблемы атомной энергии были найдены элементы, имеющие более высокие порядковые Номера, чем уран, занимающий девяносто второе место.

‘ Получение так называемой атомной энергии основано на искус­ственном возбуждении ядерных реакций, тогда как ранее известные спо­собы получения энергии, например путем сжигания топлива, основаны на химических реакциях, в которых атомы разных веществ, оставаясь неизменным», лишь по-разному соединяются’ между собой.

VZb

[‡] При проведении опыта с очень чувствительным амперметром нужно последовательно с ним включить на всякий случай сопротивле­ние порядка сотни или сотен омов. Можно воспользоваться для этого Алектрической лампочкой 25—50 Вт, 220—120 В.

[§] Приблизительно такие сопротивления имеет 35-kθ воздушна’’ линия передачи длиной 100 Км с сечением провода 35 Мм^.

’ Так как полное сопротивление одной линии больше полного со­противления линии C нагрузкой (конденсатором).

2 Внимательный читатель, по-видимому, уже заметил, что в этих рассуждениях много общего с рассуждениями о резонансе токов.

‘ См. § 5-8

[**] Вспомним, что направление движения электронов противополо» но направлению тока (§ 5-2),

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *