Определения электрического тока и напряжения, единицы СИ и связи между ними. Технические требования к измерениям и проверке корректности результата.
Определение и назначение
Электрический ток (electric current) — физическая величина, характеризующая перенос электрического заряда через заданную ориентированную поверхность. Для непрерывного потока заряда применяется соотношение:I = dQ/dtгде I — ток, Q — электрический заряд, t — время.
Электрическое напряжение (разность потенциалов) (electric potential difference) — разность электрических потенциалов двух точек, численно равная работе электрического поля по переносу заряда между этими точками, отнесённой к величине заряда:U = A/Q где U — напряжение, A — работа, Q — заряд.
Назначение величин в технических расчётах:
ток задаёт токовую нагрузку проводников, контактных соединений и коммутационных аппаратов, определяет тепловые потери;
напряжение задаёт режим питания оборудования и требования к электрической прочности изоляции.
Режимы тока и напряжения
Постоянный ток и постоянное напряжение
Постоянный ток и постоянное напряжение — режимы, при которых значения I(t) и U(t) не изменяются во времени в пределах требуемой точности задачи.
Применение: цепи управления, аккумуляторные системы, цепи питания электроники, шины постоянного тока преобразовательных устройств.
Переменный ток и переменное напряжение
Переменный ток и переменное напряжение — режимы, при которых I(t) и/или U(t) изменяются во времени. Для периодических режимов используются параметры:
частота f [Hz];
угловая частота omega = 2*pi*f;
действующее значение (root mean square, RMS) как величина, эквивалентная по тепловому эффекту постоянному сигналу;
фазовый угол phi между током и напряжением.
Для несинусоидальных сигналов в измерениях применяется истинное действующее значение (True RMS) — RMS, рассчитанное по определению (по среднему квадрату мгновенного значения), а не по упрощённой модели синусоиды. Режим измерения влияет на корректность результата при наличии гармоник.Единицы измерения и связи единицТокЕдиница СИ: ампер (ampere, A).Определяющая связь:1 A = 1 C/s где C — кулон (coulomb), s — секунда.Напряжение Единица СИ: вольт (volt, V).Эквивалентные формы записи:1 V = 1 J/C1 V = 1 W/A
Связанные производные величины:
сопротивление: R [ohm] = U [V] / I [A]
мощность (для мгновенных значений): p(t) = u(t)*i(t)
активная мощность для постоянного режима: P [W] = U [V] * I [A]
энергия: E [J] = P [W] * t [s]
заряд: Q [C] = I [A] * t [s]
Ключевые параметры и ограничения
Параметры тока:
номинальный ток нагрузки;
длительно допустимый ток проводника и соединений (ограничение по нагреву);
пусковой ток;
ток короткого замыкания (ограничение по отключающей способности аппаратуры и стойкости токоведущих частей).
Техническое следствие: превышение длительно допустимого тока увеличивает температуру проводников и контактных соединений, ускоряет старение изоляции и снижает ресурс аппаратуры.Критерий проверки: сопоставление измеренного тока с расчётным током нагрузки и допустимыми значениями для кабеля, клемм, шин и аппаратов защиты.
Параметры напряжения:
номинальное напряжение системы;
допустимый диапазон напряжения питания оборудования;
электрическая прочность изоляции (испытательное напряжение, категория перенапряжений);
импульсные и коммутационные перенапряжения.
Техническое следствие: превышение допустимых уровней напряжения увеличивает риск пробоя изоляции и отказа входных цепей электроники.Критерий проверки: измерение напряжения в контрольных точках при заданной нагрузке и сравнение с паспортными допусками оборудования.Измерения и технические требования Измерение напряжения Метод: подключение измерителя параллельно участку цепи.Для переменного напряжения при несинусоидальной форме требуется режим истинного действующего значения (True RMS).Критерий проверки результата: согласованность измерений на выходе источника и на клеммах нагрузки, а также соответствие допускам источника и оборудования.Измерение тока Методы:
последовательное включение амперметра (в разрыв цепи);
измерение токовыми клещами по одному проводнику.
Критерий проверки результата: согласованность с расчётом по мощности и напряжению, а также соответствие длительно допустимым токам проводников и номиналам аппаратов защиты.
Неисправности и диагностика
Формат: проявление → причина → проверка → действие.
Пониженное напряжение на нагрузке → повышенное сопротивление линии или контактных соединений, перегрузка источника → измерение напряжения на выходе источника и на клеммах нагрузки, измерение падения напряжения по участкам → устранение переходных сопротивлений, пересмотр сечения линии, перераспределение нагрузки.
Повышенный ток в штатном режиме → снижение сопротивления изоляции, частичное короткое замыкание в нагрузке, нарушение режима работы привода → измерение тока по ветвям или фазам, измерение сопротивления изоляции, контроль параметров нагрузки → локализация дефектного участка, ремонт или замена элемента, корректировка режимов управления.
Отключение аппарата защиты при включении нагрузки → высокий пусковой ток или заряд ёмкостной нагрузки, несоответствие времятоковой характеристики защиты режиму включения → регистрация пускового тока, сравнение с характеристикой аппарата защиты → применение ограничителей пускового тока, схем предварительного заряда, софтстартеров; корректировка выбора защиты с соблюдением требований по селективности и сечению линии.
Несогласованные результаты измерений тока или напряжения → режим измерения не соответствует форме сигнала, влияние помех, некорректная точка подключения → повтор измерения в контрольной точке, выбор режима True RMS при несинусоидальном сигнале, сравнение с альтернативным прибором → корректировка методики измерения и точки контроля.
Более подробно смотри в "Технарях"