Инфо сопротивление

Электрическое сопротивление — электротехническая величина, которая характеризует свойство материала препятствовать протеканию электрического тока. В зависимости от вида материала, сопротивление может стремиться к нулю — быть минимальным (мили/микро омы — проводники, металлы), или быть очень большим (гига омы — изоляция, диэлектрики). Величина обратная электрическому сопротивлению — это проводимость.

Единица измерения электрического сопротивления — Ом. Обозначается буквой R. Зависимость сопротивления от тока и напряжения в замкнутой цепи определяется законом Ома.

Омметр — прибор для прямого измерения сопротивления цепи. В зависимости от диапазона измеряемой величины, подразделяются на гигаомметры (для больших сопротивление — при измерении изоляции), и на микро/милиомметры (для маленьких сопротивлений — при измерении переходных сопротивлений контактов, обмоток двигателей и др.).

Существует большое разнообразие омметров по конструктиву разных производителей, от электромеханических до микроэлектронных. Стоит отметить, что классический омметр измеряет активную часть сопротивления (так называемые омики).

Любое сопротивление (металл или полупроводник) в цепи переменного токаимеет активную и реактивную составляющую. Сумма активного и реактивного сопротивления составляют полное сопротивление цепи переменного тока и вычисляется по формуле:

где, Z — полное сопротивление цепи переменного тока;

R — активное сопротивление цепи переменного тока;

Xc — емкостное реактивное сопротивление цепи переменного тока;

( С- емкость, w — угловая скорость переменного тока)

Xl — индуктивное реактивное сопротивление цепи переменного тока;

( L- индуктивность, w — угловая скорость переменного тока).

Активное сопротивление— это часть полного сопротивления электрической цепи, энергия которого полностью преобразуется в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую). Отличительным свойством активной составляющей — полное потребление всей электроэнергии (в сеть обратно в сеть энергия не возвращается), а реактивное сопротивление возвращает часть энергии обратно в сеть (отрицательное свойство реактивной составляющей).


Физический смысл активного сопротивления

Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.

Таким образом, происходит падение напряжения (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.

Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.

Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.

Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, «дырки» в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.

Электрическое сопротивление

Для термина «Сопротивление» см. также другие значения.

Электрическое сопротивление

R {\displaystyle \ R}

Размерность

L2MT −3I −2 (СИ);
TL −1 (СГСЭ, гауссова система);
LT −1 (СГСМ)

Единицы измерения

СИ

Ом

СГСЭ

статом, с/см

СГСМ

абом, см/с

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Ковариантная формулировка

См. также: Портал:Физика

Электрическое напряжение
Сила тока
Электрическая мощность
Электрическое сопротивление

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.

Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

R = U I , {\displaystyle R={\frac {U}{I}},}

где

R — сопротивление, Ом; U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

Единицы и размерности

Размерность электрического сопротивления в Международной системе величин: dim R = L2MT −3I −2. В Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин, единицей сопротивления является ом (русское обозначение: Ом; международное: Ω). В системе СГС как таковой единица сопротивления не имеет специального названия, однако в её расширениях (СГСЭ, СГСМ и гауссова система единиц) используются:

  • статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (109 c−2) с/см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) ≈ 8,98755·1011 Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер);
  • абом (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10−9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер).

Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL−1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости, с/см), в СГСМ — LT−1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с).

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом−1), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ — абсименс.

Физика явления

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.

Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

R = ρ ⋅ l S , {\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}},}

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, м².

Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.

Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника

В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

Из формулы

R = ρ ⋅ l S , {\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}},}

видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.

Сопротивление тела человека

  • Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.
  • Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц.

Изменение сопротивления электрической сети

Предыдущая678910111213

В ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения, а также в трансформаторах индуктивное сопротивление намного превышает активное сопротивление и поэтому оказывает большее влияние на потери напряжения. Если изменить реактивное сопротивление сети, то в некоторых случаях можно улучшить условия регулирования напряжения у потребителей.

Одним из способов уменьшения индуктивного сопротивления линии является продольная компенсация – последовательное включение в рассечку линии конденсаторов (рисунок 5.15). Батарея конденсаторов с устройством переключения называется устройством продольной компенсации (УПК).

Рисунок 5.15. Продольная компенсация индуктивного сопротивления линии

Напряжения в начале и конце линии при включенном УПК с сопротивлением конденсаторной батареи Хс будут связаны соотношением

. (5.13)

Рассмотрим векторную диаграмму напряжений ЛЭП при компенсации ее продольного сопротивления. Без конденсаторной батареи потеря напряжения в линии измеряется отрезком ОА (рисунок 5.16). При установленном устройстве УПК потеря напряжения опреде­ляется отрезком ОВ. Как видно, она меньше, чем в линии без УПК,

Изменяя мощность конденсаторной батареи, можно получить любую потерю напряжения в линии, доводя ее даже до отрицательного значения, когда напряжение в конце окажется выше, чем в начале. При равенстве индуктивного сопротивления линии емкостному сопротивлению УПК падение напряжения в линии определяется только ее активным сопротивлением:

. (5.14)

Рисунок 5.16. Векторная диаграмма напряжений при установке УПК

На практике применяют лишь частичную компенсацию индуктивного сопротивления линии. Полная или значительная компенсация в распределительных сетях связана с возможным появлением в сети перенапряжений. Снижение результирующего индуктивного сопротивления линии приводит также к увеличе­нию токов короткого замыкания в сети.

Изменение сопротивления сети можно обеспечить отключением и включением части параллельно работающих элементов – одной цепи двухцепных ЛЭП или одного из параллельно работающих трансформаторов. В режимах небольших нагрузок, когда потери напряжения невелики, для уменьшения напряжения можно отключить одну цепь линии или один трансформатор, а при больших нагрузках держать включенными все элементы.

Отключение части линий сети влечет за собой увеличение потерь электроэнергии и снижение надежности питания потребителей, поэтому такой способ регулирования напряжения практически не применяют. Отключение же параллельно работающих трансформаторов в слабонагруженных режимах может даже уменьшить потери электроэнергии за счет снижения потерь холостого хода. Кроме того, трансформаторы являются очень надежными элементами электрической сети, поэтому работа с одним трансфор­матором вполне допустима.

Таким образом, регулирование напряжения в электрической сети рассмотренным методом осуществляют, как правило, за счет отключения части параллельно работающих трансформаторов.

5.2.6 Регулирование напряжения в распределительных сетях методом характеристического узла

Кроме принципа встречного регулирования напряжения, основанного на линейной характеристике регулирования от Uном (или меньшего Uном) в часы минимальных нагрузок до (1,05…1,1) Uном в часы максимальных нагрузок, нашли применение и другие под­ходы к выбору закона регулирования напряжения . В частности, во Франции используют подход, основанный на минимизации ущерба, наносимого потребителю при отклонении напряжения от номинального значения. Напряжение на понижающей подстанции регулируется таким образом, чтобы обеспечить потребителям сети с наибольшей потребляемой энергией напряжение, близкое к номинальному. С этой целью строят специальную модель экви­валентного сопротивления сети (рисунок 5.17), за которым в узле регулируется напряжение по специально полученному закону.

Данный подход к регулированию напряжения, так же как и встречное регулирование, является согласным (токовой нагрузке шин НН), однако выбор диапазона регулирования осуществляется иначе. Узел, в котором регулируется напряжение, называется характеристическим. Он является модельным образованием и не существует в действительности.

На подстанции, где размещено устройство РПН, располагают только информацией о напряжении (U), активной (Р) и реактивной (Q) составляющих мощности нагрузки и токе I.

Рисунок 5.17. РПН на понижающей Рисунок 5.18 Модель полного

подстанции сопротивления

Модель эквивалентного сопротивления, по которому протекает ток (рисунок 5.18), соответствует отдаваемой в сеть мощности. Получается, что регулированию подлежит одно напряжение, но потребителей много, и они распределены по всей сети. Следовательно, характеристическая точка должна быть выбрана таким образом, чтобы при регулировании напряжения общий ущерб (для всей сети) был минимальным, поскольку всякое перемещение регулируемой точки вызывает увеличение общего ущерба.

Если отходящая линия – неразветвленная, то в характеристи­ческой точке среднее квадратическое отклонение напряжения должно быть равным средневзвешенной величине (по потребляемым энергиям) в различных точках линии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лыкин А.В. Электрические системы и сети: Учеб. пособие. – М.: Университетская книга; Логос, 2006. – 254 с.

2. Электрические системы и сети: Учебник / Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычев – Мн.: УП «Технопринт», 2004. – 720 с.

3. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – 720 с.

4. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии / под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. 9-е изд., стер. – М.: Издательство МЭИ. 2004. – 964 с.

5. Блок В.М. Электрические сети и системы. т. – М.: Высшая школа, 1986. – 430 с.

6. Идельчик В.И.. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.

7. Буслова Н.В. и др. Электрические системы и сети. – Киев, Высшая школа, 1986. – 584 с.

8. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. – 352с.

9. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 – 35 кВ и 110 – 1150 кВ: учебно-производственное издание: в 6-ти Т. / под ред. И.Т. Горюнова, А.А. Любимова. – М.: Энергия Т. 1 – 6. – 2008.

Предыдущая678910111213

Дата добавления: 2018-02-08; просмотров: 188;

Добавить комментарий

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