«Гильдия Мастеров». В гостях у дядюшки Ома. ПОЛНАЯ И РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТИ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Часть 23
Мы продолжаем познавательную рубрику "В гостях у дядюшки Ома". Наш автор Виктор Марков, @markvial в интересной увлекательной форме познакомит вас с миром электричества, его тонкостями и особенностями, а также поделится полезными советами, наблюдениями своими личными изобретениями и лайфхаками.
Иллюстрация @konti
Предыдущие части: 1 часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 часть 6 часть 7 часть 8 часть 9 часть 10 часть 11 часть 12 часть 13 часть 14 часть 15 часть 16 часть 17 часть 18 часть 19 часть 20 часть 21 часть 22 часть
ПОЛНАЯ И РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТИ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
В предыдущих беседах мы выяснили, почему человечество пришло к переменному напряжению, решили спор между Эдисоном и Теслой, что лучше три фазы или одна и выяснили, что такое работа электрического тока и от чего зависит её мощность.
Я рассказывал, как появилась нейтраль и что такое фаза и ноль. При всех удобствах передачи, трансформации и использовании переменного напряжения, у него есть один неприятный фактор - пульсирующее магнитное поле и нестабильная мощность потребителя переменного тока.
Нет, конечно, магнитное поле создаётся и постоянным напряжением, но ввиду того, что переменные напряжение и ток колеблются от максимума амплитуды до ноля, то и магнитное поле, следует за этими колебаниями, изменяясь по значению.
Рассмотрим график трёхфазного переменного напряжения.
Каждая фаза два раза пересекает нулевую отметку за цикл. Это происходит 50 раз в секунду.
Сдвиг пересечения нулевой отметки у каждой фазы сдвинут относительно другой на 120 градусов. (На графике фазы выделены разным цветом).
Значит, магнитное поле потребителя каждой фазы тоже будет сдвигаться в колебаниях на эту же величину.
Хорошо это или плохо?
Для трёхфазного электродвигателя – хорошо. Его принцип работы построен именно на таких сдвигах магнитного поля.
Для трансформатора – всё равно. Каждая фаза будет преобразовываться отдельно от соседней.
Для потребителя активной энергии – плохо. Теряется общая мощность. Активную энергию используют приборы и механизмы, в составе которых нет индуктивных или ёмкостных нагрузок. Это различные нагреватели, печи, лампы накаливания, паяльники и пр.
Получается, что активная мощность расходуется на совершение работы (нагрев, свет), а реактивная (ёмкостная и индукционная) уходит на создание магнитного поля и, в результате, на бесполезный нагрев проводов и потребителей.
Полная мощность сети – это геометрическая сумма активной и реактивной мощностей.
По этой причине ввели понятие коэффициент мощности, который равен отношению потребляемой активной мощности к полной.
Понятно, что при переменном напряжении этот коэффициент не может быть равным единице. Нормальным считается значение 0.4 - 0,7. Коэффициент 0.9 приравнивают к хорошим показателям нагрузки сети.
В качестве единицы измерения мощности приняли 1 Ватт (Вт), чтобы отличать от единицы полной мощности - 1 Вольт-Ампер (ВА).
Неравенство фазных напряжений или отклонение фазового сдвига от 120 градусов у электриков называется перекосом фаз.
На графике это выражается провалом любой из трёх амплитуд или неравномерным промежутком в пересечении нулевой отметки.
Такая неисправности сети приводит к резкому снижению мощности электродвигателя и к опасному перегреву.
Поэтому параметры трёхфазной сети (а значит, и однофазной, поскольку они взаимосвязаны) закреплены ГОСТами.
К примеру, ГОСТ 13109-97 "Качество электрических сетей" строго регламентирует и напряжение, и частоту сети, в пределах +/- 5%.
Поскольку переменный ток использует, в том числе, и реактивную мощность, которая выражается в магнитных полях, то весь наш быт окружён такими магнитными полями.
Любой провод в доме под нагрузкой – есть источник магнитного поля. И домашние приборы тоже.
Особо мощными источниками таких полей являются трансформаторы. Вот по этой причине запрещено устройство трансформаторных подстанций внутри жилых домов. Все они строятся на удалении от жилья.
Внешние электромагнитные поля, создаваемые электроустановками, оказывают экологическое влияние на все биологические объекты, и на человека тем более.
Существует ГОСТ, который строго ограничивает предельно допустимую норму напряжённости магнитного поля.
Если в период строительства соблюдены все ГОСТы и оборудование исправное, то вреда от ТП нет.
Но даже в минимальном варианте такие поля в домах есть.
Вот почему работают индикаторы-отвёртки напряжения от одного провода.
Принцип работы такого индикатора в том, что человек в переменном магнитном поле имеет какую-то ёмкость, и, касаясь металлического торца отвёртки, образует реактивную электрическую цепь с комплексным сопротивлением и силой тока, достаточной для зажигания неоновой лампочки внутри этого индикатора.
Нетрудно подсчитать. Комплексное сопротивление на переменном токе зависит от частоты и емкости цепи. Х = 1/ 23.14f* C, где f = 50 Гц (частота сети), а С = 0,000000083 F (83пF - усреднённая ёмкость средней массы человека)
Сопротивление Х = 1/ 2х3.14х50х0,000000083 =38360 Ом. Ток будет 220/ 38360 = 0.0057 А. Этой силы тока достаточно, для индикации лампочки.
Вот отсюда ответ на вопрос, почему индикатор срабатывает, если электрик стоит на резиновом коврике или на деревянных полах. Здесь имеет значение ток утечки через ёмкостное сопротивление человека.
А этот прибор индицирует напряжение, не касаясь проводов.
"Помогает" ему магнитное поле переменного тока. Где-то вдали от жилья, на природе, он работать не будет. В предыдущих главах я рассказывал об его устройстве.
Всего доброго всем! И будьте осторожны с электричеством. Давайте вместе заботиться о безопасности нашего жилья!
Мы надеемся, что полезные знания из этого цикла статей станут предостерегающими и кому-то помогут. Берегите себя, своих родных и коллег, уважаемые читатели. Жизнь - это самое большое богатство, её нужно беречь.
Статья подготовлена сообществом "Гильдия Мастеров" (@vp-handmade), в рамках проекта Vox Populi.
Новый клиент экосистемы блокчейн-платформы Голос для поэтов
Проголосовать за делегата stihi-io можно здесь
