Техника - молодёжи 1938-11, страница 45
покажет, что по проводам течет ток, равный двум амперам. Этот ток не может причинить установке никакого вреда. Подводящие провода и батарея останутся холодными. Но 'если вместо лампочки к проводам присоединить кусок медной проволоки, то результат будет иной. Стрелка амперметра дернется, как от удара, и покажет, что по цепи течет ток, равный нескольким десяткам ампер. В местах соединений посыплются искры, проволока расплавится и сгорит. Если же она достаточно толстая, то еще раньше, чем она, сгорят подводящие провода. Батарея также выйдет из строя, так как ее,, элементы разрушатся. Произойдет то, что принято называть коротким замыканием. Причиной его было то, что присоединенный к клеммам батареи кусок медной проволоки обладает значительно меньшим электрическим сопротивлением, чем лампочка. Ток в электрической цепи определяется формулой; f где I — электрический ток, V — напряжение, R — сопротивление. Следовательно, чем меньше сопротивление, тем больше ток при данном напряжении. Пока батарея была включена на электрическую лампочку, сопротивление которой сравнительно велико, ток был мал. Но когда батарея оказалась замкнутой на медный проводник, сопротивление которого ничтожно, ток возрос в десятки раз и разрушил провода и батарею. Возьмем другой пример. В едущем трамвае ток из контактного провода через токоприемник, контроллер, сопротивления и моторы идет в рельсы, а оттуда — обратно на подстанцию. Величина этого тока равна 150—200 амперам. Вдруг по какой-нибудь причине изоляция нарушилась и возник контакт между проводом, идущим от токоприемника, и металлическим каркасом вагона. Тогда ток из контактного провода пройдет в рельсы прямо через каркас вагона, оси и колеса, минуя моторы и сопротивления. Этот путь имеет гораздо меньшее электрическое сопротивление, и поэтому ток достигнет очень большой величины. Провод начнет гореть и плавиться. Генератор на подстанции также пострадает, потому что он не рассчитан на такой большой ток. Следовательно, чтобы избежать аварии, и потребитель электрической энергии и источник этой энергии должны быть защищены от токов коротких замыканий. Ученый Джоуль вывел формулу, по которой можно подсчитать количество тепла, выделяемого электрическим током на каждом участке электрической цепи. Он доказал, что количество тепла пропорционально электрическому сопротивлению данного участка и квадрату силы тока. Это значит, что если ток возрастет в 10 раз, то количество выделяемого тепла возрастет в 100 раз. Большое количество тепла, выделяющегося при коротких замыканиях, опасно не только для самой электрической установки. Известно, что немало пожаров происходит вследствие плохого состояния электрической проводки, от случайных замыканий, порчи изоляции и т. п. Ясно, что без надежной защиты от коротких замыканий практическое применение электрического тока невозможно. Такая защита была найдена и впервые предложена е 1880 г. знаменитым ученым, талантливым изобретателем Эдисоном, которому современная техника обязана очень 'многим. Эдисон предложил использовать для защиты от коротких замыканий предохранитель—медный провод или пластинку, сечения значительно меньшего, чем защищаемые провода. При правильно выбранных размерах такого предохранителя он 'всегда успеет перегореть прежде, чем другим частям установки будет причинен какой-нибудь вред. Это следует из той же формулы Джоуля. Вспомним Апример с лампочкой: ее волосок раскаляется добела, в то время как подводящие провода остаются холодными. Происходит это потому, что волосок лампочки очень тонок '.и сделан из металла, имеющего большое удельное сопротивление. Подводящие провода имеют сечение во много раз большее и сделаны из меди — материала с очень малым удельным сопротивлением. Таким образом, при одном и том же токе на каждый сантиметр длины лампового волоска приходится в сотни раз большее количество тепла, чем на сантиметр длины. Яровода. Вот почему температура провода не превышает 40—50°, а температура волоска достигает 1000°. Волосок не расплавляется и не сгорает только потому, что он сделан из особо тугоплавкого металла и находится в пустоте или в пространстве, заполненном инертным газом. Если лопнет стекло электрической лампочки, волосок мгновенно сгорит. Предохранитель не должен быть так тонок, чтобы сгорать при нормальном токе. Но он должен иметь такое сечение, чтобы при увеличении силы тока вдвое-втрое он перегорал в течение несколь, ких секунд. Расчет и опыт п0казывают, что* для небольших токов и небольших напряжений этого сравнительно легко добиться. Например, кусочек медной проволоки диаметром 0,5 мм и длиной 20—25 мм вполне надежно защитил бы провода и батарею в нашем первом опыте. Однако попытки применить такого типа предохранитель для защиты более мощной установки встречают целый ряд затруднений. Прежде всего, чем выше напряжение, тем труднее сделать предохранитель так, чтобы он перегорал надежно и быстро. Уже при напряжении в 50 вольт предохранитель сгорает с яркой вспышкой и может обжечь окружающие предметы. А при напряжении в 500 вольт (трамвай) и выше при сгорании предохранителя образуется вольтова дуга, и нужно принимать специальные меры, чтобы ее Электричество — великая сила. С'овре-иная жизнь невозможна без электриче-гаа. Оно привод^ в движение огром-1е станки на фабриках и заводах, вра-ает мощные моторы электровозов и нкты подводных лодок, плавит сталь и Юминий в электропечах, сваривает же-йные балки мостов и корпуса судов, и |о же колеблет легкую мембрану теле-Шного аппарата, переводит стрелки гктрических часов, накаливает волосок ектрической лампочки и дает крохот-ю искру, воспламеняющую горючую весь в цилиндрах авиационного двига-еля. Нет такой области техники Или бы-куда не проникло бы электричество. Электрическая энергия может бытьпре-разована в движение, тепло, свет. Ее 1жно передать' 'на расстояние. Откры-! электрической энергии и использова-е ее для технических целей явилось оддинной революцией в технике. Еще самой ранней заре практической элек-Ютехники Энгельс писал по поводу рытов Депре с передачей электрической нергии на расстояние: «Дело это имеет кзвычайно' революционный характер... вьзование электричеством открывает I пути превращения всех форм энер-I—теплоты, механического движения, бктричества, магнетизма, света — одной другую и обратно и промышленного 'ениальное предвидение Энгельса полстью оправдалось. Конец XIX и начало I века являются свидетелями букваль-триумфального шествия электриче-ва. Величайшие ученые этого времени 1'смятся разрешить теоретические про-Й1ы, связанные с электричеством. Но наряду с вопросами принципиаль-■теоретического характера. \ целый ряд актических вопросов также требовал jero немедленного разрешения. В част-сти, таким был вопрос о защите кктрических установок от коротких ■мыканий. Короткое замыкание — это Мение, при котором ток электрической сгановки достигает ненормально боль-ой, опасной для установки величины, ожно представить себе запруженную ку, вода из которой течет через узкое верстие в плотине. Вдруг под напором |ды плотина дает трещину, часть ее обливается. В образовавшуюся пробоину ревом бросается вода. Мощная струя змывает и сносит остатки плотины и Кется вниз, сокрушая все на своем пути, вмените в этой картине воду электри- |:ким током, разность уровней воды — зностью потенциалов, и получится кар-jjtt короткого замыкания. Если к клеммам 12-вольтовой электричкой батареи присоединить при помо-i медных проводов электрическую ШЧку, то она загорится. Амперметр Инж. Л. ЛЕХТМАН 43 |
