Какая частота тока в электрической сети

Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500кV). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП;
в контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000V;
в сетях до 1000V для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги, и др.
для электросетей до 500V, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов;
в качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – т.е.

если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели элетротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12V; для строительной техники – экскаваторов, бульдозеров, и др. используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24V. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7V.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой(-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). На рисунке 1 представлена схема работы постоянного тока с подключенной лампой.

Рис 1. Схема работы постоянного тока с подключенной лампой

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное, представлено на рисунке 2. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Рис 2. Схема действия постоянного тока в простейшей сети

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц)– означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50Гц, т.е. меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном (Рисунок 3).

Рис 3. Схема работы переменного тока с подключенной лампой

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза» (рисунок 4). Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220V.

Рис 4. Схема действия переменного тока в простейшей сети

Как видно из схемы замедленного действия однофазного переменного тока в простейшей сети, переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Особенностями переменного однофазного тока являются:

Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.

Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.

Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства – трансформатора.

Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.

Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000V городских сетей до 220V домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.

Источник: https://www.tdtransformator.ru/podderzhka/stati/statya/

Сила тока в сети: как узнать, сколько ампер в квартире, и какой ток в розетке – переменный или постоянный?

Человек, хоть частично знакомый с электричеством, знает какой ток протекает в розетке – переменный или постоянный. Но большинство граждан, которые пользуются благами электричества ежедневно, не задумываются об этом, и зря. Ответ на вопрос прост, ведь практически вся производимая электроэнергия относится к переменному току.

Какой ток в розетках постоянный или переменный?

98% вырабатываемой энергии – это переменный ток, и домашняя проводка не исключение. Переменный ток – это тот, который периодически изменяет величину и направление. Частота измеряется в Герцах (период изменения в секунду).

Переменный ток производить намного легче чем постоянный, также не вызывает сложностей передача на большие расстояния. При передачи электроэнергии величина напряжения может как увеличиваться, так и уменьшаться неоднократно, поэтому розетки делаются для переменного значения.

Но также существуют электронные приборы, которые питаются постоянным током, и их нужно приводить к одному типу.

Преимущества:

легко передавать на большие расстояния;
простое генераторное оборудование, упрощение устройства электродвигателей;
отсутствие полярности.

Недостатки:

расчеты проводятся на максимальное значение, по факту используется не более 70%;
электромагнитная индукция, приводящая к неравномерному распределению электричества по сечению проводника;
сложность проверки и измерения параметров;
увеличивается сопротивление, так как используется не весь кабель.

Для чего нужно знать сколько ампер в розетках в квартире

Сила тока измеряется в Амперах (А). Знать этот показатель необходимо, так как розетки различаются по нему.

Стандартные современные розетки рассчитаны на 6, 10 и 16 А. У советских приборов максимальный номинал равен 6,3 А. Для потребителей с повышенной мощностью выбирают соответствующие розетки, у которых повышенная стойкость к большим значениям.

Знание основ электротехники пригодится при поездке в другую страну. У государств могут различаться стандарты частоты и напряжений, и невозможно будет подключить привезенные с собой приборы к местной сети. Каждая розетка имеет маркировку, на которой указана максимальная сила тока.

Сила тока в розетке

Стандартами частоты в России и европейских странах является 50 Гц, в Америке – 60 Гц. Сила тока в квартирах ограничивается 16 Амперами, в частных загородных домах это значение может достигать 25 А.

Токовые измерения проводят различными способами. Можно опытным путем – подключить прибор в розетку, и если он функционирует – электроэнергия есть. Существуют мультиметры, которые замеряют значения, контрольные лампы, тестеры и индикаторы напряжения.

220 В

Номинальным напряжением в домашней сети является 220В, но на практике это значение может варьироваться. Отклонения до 20-25 Вольт.

На этот показатель влияют:

техническое состояние,
нагрузки сети,
загруженность электростанций.

Более 220 В

Для силовой электрической техники используются трехфазные сети, которые питаются напряжением 380 Вольт и выше. Чаще всего их можно встретить в электротранспорте – трамваях, троллейбусах, электричках. Для такого напряжения токовая нагрузка составляет до 32 А.

Сколько ампер в розетке 220В

Домашние розетки делаются на разную силу тока, которую она способна пропустить. Наибольшее значение – 16 А для напряжения в 220 Вольт. Каждая электророзетка промаркирована – если отмечено значение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка не более этого числа.

Нагрузка которую может выдержать соединение определяется по сумме подключенных электроприборов. Например микроволновая печь, стиральная машина подключаются через отдельные розетки не менее чем на 16 А, а для осветительных приборов, телефонов требуются устройства с меньшим номиналом.

Живя в ХХІ веке, используя блага научных открытий, человеку обязательно знать тип и величину тока, протекающего в домашней сети. Без этой информации невозможно купить электророзетку, правильно рассчитать нагрузку для электроприборов. Стандарты различаются для разных стран, и это стоит учитывать при поездке в другое государство.

Источник: https://elektrika.expert/rozetki/kakoj-tok-v-rozetke.html

Энергетические системы — Частота системы

Синхронизм вращающихся машин. В любую точку электроэнергетической системы должна поставляться мощность при вполне определенной частоте тока и напряжения. В странах Европы и Азии — это 50 Гц, в Северной Америке — 60 Гц. Потребители выполнены для работы именно при этой частоте.

Если они являются вращающимися машинами, то они «сцепляются» с системой более или менее жестко в зависимости от того, синхронные они или асинхронные. Генераторы вращаются «синхронно»; это означает, что угловая скорость вращения их связана определенным соотношением, а их напряжения находятся в фазе.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что означает маркировка кабеля LS

Два генератора, подключенные в две различные точки сети, вращаются с одной и той же скоростью (или механическими скоростями, обратными числу их полюсов). Напряжения на зажимах двух машин не могут быть все время точно «в фазе», поскольку разность векторов напряжения генераторов является вектором, существенно зависящим от нагрузки.

Когда нагрузка возрастает, соотношение напряжений изменяется таким образом, что сдвиг между машинами также растет. Следовательно, обычная формулировка, гласящая, что два генератора находятся «в синхронизме», не совсем правильна.

Время, частота и фаза. В синхронном генераторе эдс связана с вращающимся полем. Созданные при постоянном симметричном режиме три вектора напряжений трехфазной системы образуют между собой строго постоянные углы (120°), их положение определяют единственным фазовым углом

при условии, что начала отсчета фаз и времен совпадают. В этом выражении обычно допускают, что угол 9 — безразмерная величина, при этом коэффициент w (истолкованный как угловая скорость) и частота имеют размерную величину, обратную времени. В сети с фиксированной частотой по некоторым причинам удобно рассматривать /и w как безразмерные коэффициенты. Итак, фаза 9 имеет размерность времени. В качестве примера можно рассмотреть синхронные часы, измеряющие время с помощью сдвига фаз. Равноценность фазы и времени отвечает некоторой двусмысленности применяемого здесь понятия «время», которое предполагает постоянство скорости. Величина времени измеряется как разность показаний часов; рассматривать производную от времени не имеет смысла . Согласно теории относительности, две системы, находясь в относительном движении, не имеют одной и той же «временной базы»; время в них меняется с различными скоростями. Это различие выявляется более четко, если учесть, что: эталоном времени всегда является частота; датчики времени и хронометры измеряют фазовые углы, а расхождение фаз проявляется здесь как интеграл частоты. Так, в частности, в синхронных часах «час» измеряется углом 0,. а скорость является производной фазы w= dO/dt. Следовательно, для всех вращающихся машин и энергосистемы в целом фаза равноправна со временем (или, точнее, с синхронным временем); частота (с точностью до коэффициента 2 л) —производная фазы по времени (аналог скорости протекания времени).

Эти параллели не совсем полны, поскольку регулирование частоты связывает частоту / и регулируемую мощность, фазу 0 и регулируемую энергию; последние две величины являются соответственно интегралами двух предыдущих величин по времени.

Показатели качества частоты

Инвариантность. Угловая скорость вращения электрических машин непосредственно связана с частотой сети. Изменения частоты вызывают изменения вращающего момента, связанного с механической энергией. Итак, первый важнейший показатель качества частоты — это возможно- более точное ее поддержание. Для генераторов этого показателя недостаточно.

В самом деле, мощность, выдаваемая синхронным генератором в систему в точке, где напряжение поддерживается ,по модулю и фазе (принятой в качестве; начала отсчета для фаз), определяется согласно выражению P = (EU/X) sin0, где Е и 0 — соответственно модуль и фаза эдс генератора.

Следовательно, для поддержания определенного значения Р или сохранения его в заданных пределах необходимо регулировать не только частоту, но и разность фаз В. Это приводит к «интегральному регулированию», поскольку 0 с точностью до коэффициента 2 к является интегралом от f. Чистота формы кривой напряжения. Изучение вращающихся машин выявляет трудность получения на их зажимах синусоидального напряжения без искажений.

Искажения, рассматриваемые здесь, являются периодическими, они могут быть разложены на гармоники напряжения, которые распространяются в системе. Оборудование также может являться генератором гармоник или субгармоник напряжения и тока. Системы гармоник, накладывающиеся одна на другую, независимы. Их наличие в линиях, трансформаторах, конденсаторах и потребителях вызывает дополнительные потери.

В некоторых установках могут появиться местные резонансы, создающие опасные условия для работы оборудования. Итак, второе качество частоты —чистота формы кривой напряжения должна быть такой, чтобы коэффициент гармоник был незначительным.

Оптимальность. Нельзя забывать при рассмотрении вопросов, относящихся к частоте, о том, что значение частоты должно быть как можно ближе к номинальному значению. Итак, третье качество — значение частоты должно быть оптимальным.

Для современных электроэнергетических систем, развивающихся или реконструируемых, оптимальной частотой обычно является та частота, которая ранее существовала в этой системе. Тем не менее небезынтересно выявить факторы, повлиявшие в свое время на выбор принятой частоты системы, и задаться вопросом, действительно ли этот выбор был оптимальным и был бы он таковым, если была бы возможность вернуться к нему вновь? В прошлом частота менялась. Так, система Парижа изменила частоту в 1925 г. с 42 до 50 Гц, а система Лазурного берега —в 1950 г. с 25 до 50 Гц. Выбор частоты связан с тремя функциями энергосистемы: производством, передачей и использованием электроэнергии. При использовании энергии существенна проблема флуктуации освещения, возникшая в сетях 25 Гц после перехода от угольной нити в лампах накаливания на металлическую нить и далее при появлении люминесцентных ламп. Весьма существенна также проблема работы коллекторных двигателей, где ограничение нежелательных явлений, связанных с коммутацией, тем труднее, чем выше частота. Разрешение этих проблем стало возможным при частоте 50 Гц только благодаря технологической эволюции, начавшейся около 30 лет тому назад. Поэтому применение для электрической тяги однофазных коллекторных двигателей (имеющих преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока, получающими питание непосредственно от сети) привело к использованию частоты 16,6 Гц. Только в 1950 г. появились удовлетворительные однофазные коллекторные двигатели на частоту 50 Гц. Применение двигателей, питаемых выпрямленным током (со встроенным выпрямителем), позволило осуществить питание от сети 50 Гц. В области передачи и распределения электроэнергии выбор частоты обусловлен тремя факторами. Магнитные цепи, главным образом трансформаторы, имеют тем меньшее сечение, а следовательно, вес и стоимость, чем выше частота. В самом деле, при заданной магнитной индукции В (величина ее близка к индукции на изгибе кривой намагничивания, вызванном насыщением) выражение для эдс таково: Можно получить одну и ту же эдс при сечении s магнитного сердечника тем меньшем, чем выше значение со. Полные сопротивления элементов системы растут прямо пропорционально частоте до величины 50 Гц, а затем, еще быстрее, так как поверхностный эффект становится заметнее; следовательно, с этой точки зрения преимущество имеют меньшие по величине частоты. Индукции в телефонных цепях, проходящих на близком расстоянии от воздушных линий и кабелей, увеличиваются с ростом частоты. При производстве электроэнергии размеры синхронных генераторов определяются не только их мощностью, но и максимальным вращающим моментом. Как следствие этого, преимущественным является использование двухполюсного генератора в тех случаях, когда это возможно. В большей степени последнее относится к генераторам ТЭС, для которых поиск минимальной стоимости (цена плюс потери) приводит к корреляции между мощностью и оптимальной частотой. Известно, что для малых мощностей (10—20 MB-А) оптимальная частота близка к 100 Гц. С увеличением мощности оптимальная частота медленно уменьшается (она близка к 50 Гц при мощности около 125 MB • А). И все же влияние частоты на стоимость остается незначительным, поскольку, например, для турбогенератора мощностью 125 MB • А общая стоимость увеличивается только на 10% при переходе с частоты 50 Гц к 100 Гц. Для генераторов ГЭС, скорость вращения которых мала, целесообразно использовать частоты, меньшие 50 Гц, что позволило бы снизить число полюсов.

В каждом конкретном случае необходимо искать компромисс между доводами в пользу повышения частот и доводами в пользу их уменьшения. Точный экономический расчет оптимума здесь невозможен, а приблизительные оценки позволяют предполагать, что при быстрой электрификации в 1920—1930 гг. оптимальная частота действительно была близка к 50 Гц, а в настоящем и тем более в будущем с учетом прогресса в технологии эта величина была бы больше 50 Гц.

Изменения частоты в эксплуатации. Причины и следствия

Необходимость уменьшения колебания частоты. Угловые скорости вращения генераторов могут считаться постоянными только приближенно. Следовательно, в любой системе колебания частоты, имея случайный характер, происходят вокруг номинальной частоты.

Чтобы судить о необходимости регулирования частоты в системе, необходимо знать, какие нарушения в работе потребителей может вызвать колебание частоты, с одной стороны, и в работе системы, с другой стороны.

Если бы удалось экономически оценить значимость этих нарушений, то можно было бы определить и затраты, с которыми связано обеспечение рентабельности регулирования. В действительности это сделать не удается, но становится очевидным, что последствия изменений частоты имеют неодинаковую значимость в различных областях. Влияние на потребителей.

Пассивные нагрузки нечувствительны к изменениям частоты, а на работу различных типов двигателей, приводящих во вращение машины с разными характеристиками, колебания частоты оказывают влияние. Так, изменение их мощности зависит от изменения вращающего момента в функции их скорости, поскольку Р= Сох

Для каждого типа вращающейся нагрузки можно определить коэффициент влияния /спотр — отношение относительного изменения требуемой мощности к относительному изменению частоты:

(4.1) Если предположить, что напряжение на зажимах потребителя поддерживается постоянным, то можно составить табл. 4.1.

При учете удельного веса различных типов потребителей в их общем количестве, а также доли пассивных нагрузок (для которых Агпотр= 0) в общей нагрузке сети средний коэффициент влияния АП01р= =1,5 -2,0.

Таблица 4.1. Величины коэффициентов влияния в зависимости от типов потребителей

Тип потребителей

Основные промышленныепотребители

Источник: https://forca.ru/knigi/arhivy/energeticheskie-sistemy-12.html

Ток и напряжение. Виды и правила. Работа и характеристики

Ток и напряжение являются количественными параметрами, применяемыми в электрических схемах. Чаще всего эти величины меняются с течением времени, иначе не было бы смысла в действии электрической схемы.

Напряжение

Условно напряжение обозначается буквой «U». Работа, затраченная на перемещение единицы заряда из точки, имеющей малый потенциал в точку с большим потенциалом, является напряжением между этими двумя точками. Другими словами, это энергия, освобождаемая после перехода единицы заряда от высокого потенциала к малому.

Напряжение еще могут называть разностью потенциалов, а также электродвижущей силой. Этот параметр измеряется в вольтах. Чтобы переместить 1 кулон заряда между двумя точками, которые имеют напряжение 1 вольт, нужно выполнить работу в 1 джоуль. Кулонами измеряются электрические заряды. 1 кулон равен заряду 6х1018 электронов.

Напряжение разделяется на несколько видов, в зависимости от видов тока

Постоянное напряжение. Оно присутствует в электростатических цепях и цепях постоянного тока.
Переменное напряжение. Этот вид напряжения имеется в цепях с синусоидальными и переменными токами. В случае синусоидального тока рассматриваются такие характеристики напряжения, как:— амплитуда колебаний напряжения – это максимальное его отклонение от оси абсцисс; — мгновенное напряжение, которое выражается в определенный момент времени; — действующее напряжение, определяется по выполняемой активной работе 1-го полупериода;— средневыпрямленное напряжение, определяемое по модулю величины выпрямленного напряжения за один гармонический период.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Для чего осуществляется пайка

При передаче электроэнергии по воздушным линиям устройство опор и их размеры зависят от величины применяемого напряжения.

Величина напряжения между фазами называется линейным напряжением, а напряжение между землей и каждой из фаз – фазным напряжением. Такое правило применимо для всех типов воздушных линий.

В России в электрических бытовых сетях, стандартным является трехфазное напряжение с линейным напряжением 380 вольт, и фазным значением напряжения 220 вольт.

Электрический ток

Ток в электрической цепи является скоростью движения электронов в определенной точке, измеряется в амперах, и обозначается на схемах буквой «I». Также используются и производные единицы ампера с соответствующими приставками милли-, микро-, нано и т.д. Ток размером в 1 ампер образуется передвижением единицы заряда в 1 кулон за 1 секунду.

Условно считается, что ток в электрической цепи течет по направлению от положительного потенциала к отрицательному. Однако, из курса физики известно, что электрон движется в противоположном направлении.

Необходимо знать, что напряжение измеряется между 2-мя точками на схеме, а ток течет через одну конкретную точку схемы, либо через ее элемент. Поэтому, если кто-то употребляет выражение «напряжение в сопротивлении», то это неверно и неграмотно. Но часто идет речь о напряжении в определенной точке схемы. При этом имеется ввиду напряжение между землей и этой точкой.

Напряжение образуется от воздействия на электрические заряды в генераторах, батареях, солнечных элементах и других устройствах. Ток возникает путем приложения напряжения к двум точкам на схеме.

Чтобы понять, что такое ток и напряжение, правильнее будет воспользоваться осциллографом. На нем можно увидеть ток и напряжение, которые меняют свои значения во времени. На практике элементы электрической цепи соединены проводниками. В определенных точках элементы цепи имеют свое значение напряжения.

Ток и напряжение подчиняются правилам:

Сумма токов, входящих в точку, равняется сумме токов, выходящих из точки (правило сохранения заряда). Такое правило является законом Кирхгофа для тока. Точка входа и выхода тока в этом случае называется узлом. Следствием из этого закона является следующее утверждение: в последовательной электрической цепи группы элементов величина тока для всех точек одинакова.
В параллельной схеме элементов напряжение на всех элементах одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна нулю. Этот закон Кирхгофа применяется для напряжений.
Работа, выполненная в единицу времени схемой (мощность), выражается следующим образом: Р = U*I. Мощность измеряется в ваттах. Работа величиной 1 джоуль, выполненная за 1 секунду, равна 1 ватту. Мощность распространяется в виде теплоты, расходуется на совершение механической работы (в электродвигателях), преобразуется в излучение различного вида, накапливается в емкостях или батареях. При проектировании сложных электрических систем, одной из проблем является тепловая нагрузка системы.

Характеристика электрического тока

Обязательным условием существования тока в электрической цепи является замкнутый контур. Если контур цепи разрывается, то ток прекращается.

По такому принципу действуют все защиты и выключатели в электротехнике. Они разрывают электрическую цепь подвижными механическими контактами, и этим прекращают течение тока, выключая устройство.

В энергетической промышленности электрический ток возникает внутри проводников тока, которые выполнены в виде шин, кабелей, проводов и других частей, проводящих ток.

Также существуют другие способы создания внутреннего тока в:

Жидкостях и газах за счет передвижения заряженных ионов.
Вакууме, газе и воздухе с помощью термоэлектронной эмиссии.
Полупроводниках, вследствие движения носителей заряда.

Условия возникновения электрического тока:

Нагревание проводников (не сверхпроводников).
Приложение к носителям заряда разности потенциалов.
Химическая реакция с выделением новых веществ.
Воздействие магнитного поля на проводник.

Формы сигнала тока:

Прямая линия.
Переменная синусоида гармоники.
Меандром, похожий на синусоиду, но имеющий острые углы (иногда углы могут сглаживаться).
Пульсирующая форма одного направления, с амплитудой, колеблющейся от нуля до наибольшей величины по определенному закону.

Виды работы электрического тока:

Световое излучение, создающееся приборами освещения.
Создание тепла с помощью нагревательных элементов.
Механическая работа (вращение электродвигателей, действие других электрических устройств).
Создание электромагнитного излучения.

Отрицательные явления, вызываемые электрическим током:

Перегрев контактов и токоведущих частей.
Возникновение вихревых токов в сердечниках электрических устройств.
Электромагнитные излучения во внешнюю среду.

Создатели электрических устройств и различных схем при проектировании должны учитывать вышеперечисленные свойства электрического тока в своих разработках.

Например, вредное влияние вихревых токов в электродвигателях, трансформаторах и генераторах снижается путем шихтовки сердечников, применяемых для пропускания магнитных потоков. Шихтовка сердечника – это его изготовление не из цельного куска металла, а из набора отдельных тонких пластин специальной электротехнической стали.

Но, с другой стороны, вихревые токи используют для работы микроволновых печей, духовок, действующих по принципу магнитной индукции. Поэтому, можно сказать, что вихревые токи оказывают не только вред, но и пользу.

Переменный ток с сигналом в форме синусоиды может различаться частотой колебаний за единицу времени. В нашей стране промышленная частота тока электрических устройств стандартная, и равна 50 герцам. В некоторых странах используется частота тока 60 герц.

Для различных целей в электротехнике и радиотехнике используют другие значения частоты:

Низкочастотные сигналы с меньшей величиной частоты тока.
Высокочастотные сигналы, которые намного выше частоты тока промышленного использования.

Считается, что электрический ток возникает при движении электронов внутри проводника, поэтому он называется током проводимости. Но существует и другой вид электрического тока, который получил название конвекционного. Он возникает при движении заряженных макротел, например, капель дождя.

Электрический ток в металлах

Движение электронов при воздействии на них постоянной силы сравнивают с парашютистом, который снижается на землю. В этих двух случаях происходит равномерное движение. На парашютиста действует сила тяжести, а противостоит ей сила сопротивления воздуха. На движение электронов действует сила электрического поля, а сопротивляются этому движению ионы решеток кристаллов. Средняя скорость электронов достигает постоянного значения, так же как и скорость парашютиста.

В металлическом проводнике скорость движения одного электрона равна 0,1 мм в секунду, а скорость электрического тока около 300 тысяч км в секунду. Это объясняется тем, что электрический ток течет только там, где к заряженным частицам приложено напряжение. Поэтому достигается большая скорость протекания тока.

При перемещении электронов в кристаллической решетке существует следующая закономерность. Электроны сталкиваются не со всеми встречными ионами, а только с каждым десятым из них. Это объясняется законами квантовой механики, которые можно упрощенно объяснить следующим образом.

Движению электронов мешают большие ионы, которые оказывают сопротивление. Это особенно заметно при нагревании металлов, когда тяжелые ионы «качаются», увеличиваются в размерах и уменьшают электропроводность решеток кристаллов проводника. Поэтому при нагревании металлов всегда увеличивается их сопротивление. При снижении температуры повышается электрическая проводимость. При снижении температуры металла до абсолютного нуля можно добиться эффекта сверхпроводимости.

Какой ток в розетке

Современные электроприборы сконструированы максимально дружелюбными к пользователю и чтобы их использовать совершенно не обязательно знать какой ток в розетке, куда они подключаются. Подобные познания могут никогда не пригодится в повседневной жизни – обычно достаточно знать, что в розетке есть ток, благодаря которому работают все бытовые приборы.

Где могут пригодиться знания по электричеству

Хорошо если вопросы о принципах работы электроприборов возникают просто из «спортивного интереса». Хуже бывает в случае поездки в другую страну, где неподготовленные путешественники с удивлением обнаруживают розетки незнакомого типа. Если до этого человек обращал внимание на надписи возле «своих» розеток, то в «чужих» может оказаться другая частота и напряжение. Для понимания почему так происходит, надо хотя бы в общих чертах ознакомиться с основами электротехники.

Сразу необходимо оговориться, что все рассказанное ниже дано в очень упрощенном и утрированном виде. Некоторые аналогии могут полностью не отражать все происходящие в электропроводке процессы и даны исключительно для общего их понимания.

Постоянный и переменный ток

Это одна из важнейших характеристик электрического тока. Каждый электроприбор рассчитан под определенный его вид и при неправильном подключении в лучшем случае просто не будет работать.

Любой из этих токов создается электромагнитным полем, что заставляет двигаться свободные электроны в металлах или других проводниках. Но при постоянном они все время летят в одну сторону, а переменный ток дергает их туда-сюда.

В любом случае они двигаются и совершают работу, но устройства для преобразования электрической энергии в механическую приходится делать разными.

То есть электродвигатель, к примеру, можно сделать как от постоянного, так и от переменного тока, но первый нельзя включать во вторую цепь.

Если большинство электроприборов работает от постоянного тока, то для передачи электроэнергии на большие расстояния выгоднее использовать переменный – он не так чувствителен к сопротивлению проводников. Поэтому не может быть двух мнений по поводу какой ток в бытовой розетке: постоянный или переменный – всегда используется второй вариант.

В этом видео описываются исторические предпосылки использования переменного тока в электросетях:

Фаза и ноль

Эти понятия относятся исключительно к переменному току. Принято считать, что фаза в розетке является аналогом плюса постоянного тока, а ноль – минуса, поэтому ноль «не бьется», если до него дотронуться.

На самом деле все несколько сложнее – в переменном токе плюс и минус постоянно меняются местами, поэтому в замкнутой цепи (при подключенной нагрузке) по нолю тоже протекает ток.

Но дело в том, что он действительно не бьется, даже если брать его голыми руками – при электромонтажных работах ищут где находится фаза в розетке и в обязательном порядке изолируют этот провод, а остальные без особой опаски оставляют оголенными.

В правильно подключенной и нормально работающей электропроводке ноль не бьет человека током потому что применяется так называемая схема подключения потребителей с глухозаземленной нейтралью. Это значит, что нулевой провод на подстанции и в месте ввода в дом заземлены и ток, если он есть в проводе, проходит «мимо» человека.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Для чего используется кабель Пвс

Есть ряд условий, при которых нулевой провод может ударить током. Если нет соответствующего опыта обращения с электропроводкой, не стоит рассчитывать на то, что нуль всегда безопасен.

Заземление

Розетка без провода заземления не редкость для старых домов, потому что раньше в быту практически не использовались мощные электроприборы. Современные требования к безопасности электроприборов гораздо жестче, поэтому розетки устанавливаемые без заземления просто не могут быть использованы даже в проекте.

Смысл заземления в дополнительной защите. Если используется розетка без защитного заземления, то в большинстве случаев корпус приборов подключен к рабочему нолю.

Как итог – если фаза попадает на корпус устройства (при пробое изоляции), то происходит короткое замыкание и выбивает защитные пробки. Это приводит к порче прибора, и сравнительно безопасно для человека, при одном условии – если он на момент замыкания не касался устройства.

В противном случае, пока не сработает защита, человека бьет ток короткого замыкания, который в десятки раз выше номинального.

Розетки с заземлением разделяют ноль на рабочий, необходимый для функционирования устройства, и защитный. Корпус теперь, соединен с заземлением, а ноль работает в штатном режиме.

Если на корпус попадает фаза, то розеточный заземляющий контакт «уводит» ее от человека, даже если он на этот момент касается устройства, а защитная автоматика выключает питание.

Человека током не бьет, короткого замыкания не происходит и устройство по возможности остается в сохранности. Остается только найти место где повредилась изоляция и устранить неисправность.

Розетка без исправного заземления будет работать точно так же как и с ним, но при возникновении нештатной ситуации не сможет обеспечить должную защиту подключенным устройствам и человеку.

Как итог, вопроса что лучше ставить – розетки работающие без заземления или все-таки с ним, не существует – ПУЭ однозначно требуют поставить устройство второго типа.

Напряжение электрического тока

путь тока от электростанции (кликните для увеличения)

Если не использовать такие научные термины как «напряженность электрического поля» и «разность потенциалов», то понять какое напряжение в сети и почему оно именно такое помогут следующие аналогии:

Потенциальная и кинетическая энергия – пример очень упрощенный, но смысл в том, что напряжение показывает, какие силы могут быть задействованы при перемещении электрического заряда. Главное отличие в том, что потенциальная энергия переходит в кинетическую, а напряжение всегда стабильно.

Использовать эту аналогию можно потому, что пока в розетку не включен никакой прибор, то в ней есть напряжение, готовое начать двигать заряженные частицы, но нет электрического тока.

Движение электрического тока начинается только при подключении к проводам нагрузки (или при замыкании ноля и фазы).

Чем больше напряжение, тем выше его «проталкивающая» способность – это значит, что при достаточно больших его значениях ток «пробьет» диэлектрик между проводами.

В обычных условиях диэлектриком между проводами является воздух, поэтому чем больше напряжение, тем выше вероятность возникновения молнии (замыкания) между ними.

Это свойство используется в пьезозажигалках и механизмах розжига промышленных печей, только в первых расстояние между контактами 0,5 мм и напряжение в несколько Вольт, а во втором случае – между контактами 10-15 сантиметров, а напряжение около 10 тысяч Вольт.

От напряжения зависит насколько удобно передавать ток на большие расстояния – чем оно больше, тем меньше потерь.

Для линий электропередач между городами используется напряжение 150-600 тыс. Вольт, в пригороде это 4-30 тыс. Вольт, а у потребителей напряжение в розетке уже 100-380 Вольт. В разных странах действуют свои стандарты, поэтому перед поездкой стоит уточнять этот момент.

Частота электрического тока

Один из параметров переменного тока, показывающий сколько раз за секунду он поменяет направление движения от плюса к минусу. Полный цикл изменений – от ноля к плюсу, затем к минусу и обратно к нолю называется Герц. Во всем мире используется два стандарта частоты – 50 и 60 Герц.

От частоты, как и от напряжения, зависят потери тока при его передаче – чем выше частота, тем меньше потерь. Поэтому первый вариант используется при напряжении сети около 220 Вольт, а второй – при 110.

Частота тока зависит от того, с какой скоростью крутятся генераторы на вырабатывающих электричество станциях. Она всегда остается неизменной – в отличие от напряжения допускается погрешность в 0,5-1 Герц.

Сила тока

розетка на 16а (кликните чтобы увидеть надпись на крышке)

На крышке розетки можно увидеть надпись 6, 10 или 16А. Это не значит, что сила тока в розетке будет достигать таких величин – это максимальные его значения, на которые рассчитаны розеточные контакты. Соответственно, чтобы узнать, какая сила тока, а точнее – сколько ампер в розетке на данный момент, следует установить в электрическую цепь измерительное устройство – амперметр.

Примерно силу тока можно высчитать, если известна мощность устройства – по формуле I=P/U (напряжение в сети известно – на постсоветском пространстве это 220 Вольт).

К примеру, если электрочайник потребляет 2000 Ватт, то надо 2000 разделить на 220. Получается примерно 9 Ампер – сила тока, в 18 раз большая чем нужно, чтобы убить человека.

Сложнее подсчитать ампераж, к примеру, компьютера. Во-первых, при его работе в сеть включено сразу несколько устройств. Во вторых – энергосберегающие технологии используют ресурсы процессора по минимуму, разгоняя его только при решении сложных задач. Поэтому сила тока будет периодически изменяться.

Это все основные характеристики электрического тока, которые достаточно знать, чтобы получить про него хотя бы общее представление. При поездке в другую страну, где могу действовать иные нормативы, достаточно будет выяснить какие там в сети напряжение и частота. Если они отличаются от тех, на которые рассчитана зарядка телефона (или другие устройства, которые могут быть взяты в поездку), то дополнительно придется решать, как быть в этой ситуации.

Источник: https://yaelectrik.ru/jelektrojenergija/kakoj-tok-v-rozetke

Напряжение электрической сети

Определение 1

Напряжение электрической сети (или сетевое напряжение) является среднеквадратичным (действующим) значением напряжения в электросети переменного тока, которая доступна для конечного потребителя.

Базовые параметры для сети переменного тока, такие как частота и напряжение, будут различными для каждого региона. Так, большинству европейских стран будет доступно низкое сетевое напряжение, составляющее в трёхфазных сетях 230/400 В с частотой в 50 Гц, в промышленных сетях при этом оно составит 400/690 В.

Если напряжение электрической сети будет выше (от 1000 В до 10 кВ), можно зафиксировать уменьшение потерь при передаче электроэнергии. Это позволит задействовать более мощные электроприборы. В то же время увеличивается тяжесть последствий при поражения током неподготовленных пользователей электроэнергии от незащищенных сетей.

С целью задействования электроприборов, ориентированных на одно сетевого напряжения, в районах, где нужно использовать другое, потребуются соответствующие преобразователи в виде, например, трансформаторов. Определенные виды электроприборов (они в основном, из разряда специализированных и не относятся к бытовым) нормально функционируют не только в зависимости от напряжения, но и от частоты питающей сети.

Курсовая работа 480 руб.
Реферат 260 руб.
Контрольная работа 190 руб.

У современного высокотехнологичного электрооборудования с импульсными преобразователями напряжения могут быть переключатели на разные значения сетевого напряжения. При этом допускается их отсутствие. Таким электрооборудованием допускается широкий диапазон входных напряжений, варьируемый от 100 до 240 В, номинальная частота при этом – 50-60 ГЦ. Это позволяет применять такие электроприборы без преобразователей буквально в любой стране мира.

Параметры напряжения электрической сети в России

Замечание 1

Производителями электроэнергии генерируется переменный ток промышленной частоты (в России она составляет — 50 Гц). В большинстве случаев линии электропередач передают трехфазный ток. Такой ток повышается до сверхвысокого и высокого напряжения посредством работы трансформаторных подстанций, устанавливаемых вблизи электростанций.

По межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230 В, а частота при этом будет 50Гц. При этом продолжают применяться системы 220/380 В и 240/415 В.

На сельских улицах к жилым домам подводят четырехпроводные ЛЭП (линии электропередачи). Это означает присутствие трех фазовых проводов и одного нейтрального провода (нулевого). Входные автоматы и счетчики энергопотребления зачастую используются на три фазы.

К однофазной розетке подводятся такие виды проводов:

фазовый;
нулевой провод;
провод защитного заземления (зануления).

Замечание 2

Электрическое напряжение между «фазой» и «нулем» составляет 230 Вольт. Согласно правилам устройства электрических установок (ПУЭ-7), продолжает применяться величина напряжения в 220В. При этом в сети по факту напряжение практически всегда оказывается выше данного значения, достигая в своем максимуме 250В и колеблясь до 190В.

Формулы измерения сетевого напряжения

Частота напряжения электрической сети может быть определена без задействования внешних дополнительных средств для измерения (как например, компараторов). Однако это может отразиться на точности ее измерения, существенно снижая ее.

Методика таких измерений заключается в следующем: производится выборка за период сетевого напряжения из $N$ значений амплитуды напряжения. Далее суммируются результаты (исключается знак). После этого они усредняются. Полученный результат будет зависеть от коэффициента:

$\frac{2 \sqrt{2}}{\pi}$

Указанный коэффициент помогает установить зависимости действительного значения синусоидального сигнала и средневыпрямленного. Такой метод измерений достаточно прост, не требует большого числа ресурсов микроконтроллера (временных и ресурсов памяти).

При изменении сигнала сетевого напряжения за основу берется синусоидальный закон (в результате использования на электростанции синхронных генераторов). Частота изменения сигнала при этом будет 50-60 ГЦ.

На практике фиксируется или значительное искажение синусоиды напряжения или замена ее прямоугольными импульсами. Причиной этому становится:

воздействие сторонних факторов в виде подключения к сети нелинейных нагрузок большой мощности;
использование инверторов с выходным квазисинусоидальным напряжением.

Действующее значение измеряемой периодической величины рассчитывается по формуле

$V=\sqrt {\frac{1}{N}} \sum \limits_{i=0}{N} V_i2$

Частота напряжения вычисляется по формуле:

$F=\frac{F_д}{N_1+N_2}$, где $F_д$ — частота дискретизации.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/napryazhenie_elektricheskogo_toka/napryazhenie_elektricheskoy_seti/