Режимы работы электрической цепи

Электрическая цепь может работать в трех режимах: нагрузочный, холостого хода и короткого замыкания.

Нагрузочный режим (рис. 14, а). Рассмотрим работу электрической цепи при подключении к источнику какого-либо приемника с сопротивлением R (резистора, электрической лампы и т. п.).

На основании закона Ома э. д. с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и IR₀ на внутреннем сопротивлении источника:

E = IR + IR₀

Учитывая, что напря-жение U_и на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим:

E = U_и + IR₀

Эта формула показывает, что э. д. с. источника больше напряжения на его зажимах на значение падения напряжения внутри источника. Падение напряжения IR₀ внутри источника зависит от тока в цепи I (тока нагрузки), который определяется сопротивлением R приемника. Чем больше будет ток нагрузки, тем меньше напряжение на зажимах источника:

U_и = E - IR₀

Режим холостого хода (рис. 14,б). При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения IR₀ будет равно нулю и напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с.

U_и = E

Режим короткого замыкания (рис. 15). Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю.

Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связы-вающих источник с прием-ником, так как эти провода имеют обычно незначи-тельное сопротивление и его можно принять равным нулю. К. з. может происходить в результате неправильных действий персонала, обслуживающего электротехнические уста-новки или при повреждении изоляции проводов (рис. 16). В последнем случае эти провода могут соединяться через землю, имеющую малое сопротивление, или через окружающие металлические детали (корпуса электрических машин и аппаратов, элементы кузова вагона).При коротком замыкании ток

I_кз = E / R₀

Ввиду того, что внутреннее сопротивление источника R₀ обычно очень мало, проходящий через него ток возрастает до весьма больших значений. Напряжение же в месте к. з. становится равным нулю, т. е. электрическая энергия на участок электрической цепи, расположенный за местом к. з., поступать не будет.

Короткое замыкание является аварийным режимом, так как возникающий при этом большой ток может привести в негодность как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода.

Следует отметить, что при заземлении одной точки электрической цепи распределение токов в ней не изменяется, так как при этом не образуется никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи.

Если заземлить две (или больше) точки цепи, имеющие разные потенциалы, то через землю образуются дополнительная токопроводящая ветвь и распределение тока в цепи меняется. Следовательно, нарушение или пробой изоляции электрической установки, одна из точек которой заземлена, создает контур, по которому проходит ток, представляющий собой, по сути дела, ток короткого замыкания. При разрыве электрической цепи все ее точки до места разрыва оказываются под одним и тем же потенциалом.