где U p , I p — линейные напряжение и ток; jф — угол сдвига фаз между фазными напряжением и током.
П. В. Ермуратский.
Электрическая нагрузка
Электри'ческая нагру'зка, мощность, фактически отдаваемая источником энергии её потребителю (приёмнику). При малых изменениях напряжения Э. н. характеризуется величиной тока. Э. н. называют часто также сами приёмники энергии (двигатели, осветит. приборы и др.). В электрических цепях постоянного тока Э. н. бывает только активной, в цепях переменного тока — активной и реактивной. Активная Э. н. выражается энергией, расходуемой на механическую работу, тепло и т. п. (например, в нагревательных и осветительных приборах). Реактивная Э. н. отражает обмен энергией между источником и приёмником (например, между электрической сетью и первичной обмоткой трансформатора, работающего вхолостую).
Электрическая печь
Электри'ческая печь, плавильная или нагревательная печь, в которой используется тепловой эффект электрических явлений. По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают следующие типы Э. п.: дуговые печи , индукционные печи , электрические печи сопротивления , электроннолучевые печи ; установки диэлектрического нагрева . По области применения различают Э. п. промышленные, лабораторные, коммунально-бытового назначения. Важные характеристики Э. п. — рабочая среда (воздух, агрессивная среда, инертная атмосфера и др.), род или частота тока, конструктивное исполнение. Э. п. выполняет технологические, теплотехнические и электротехнические функции. Поэтому существует понятие электропечной установки, в состав которой входят собственно Э. п., силовое электрооборудование (электропечной трансформатор, выпрямитель, генератор повышенной частоты, ламповый генератор и т. п.), вспомогательное электрооборудование (дроссель, балластное сопротивление, конденсатор, анодный выпрямитель и т. п.), коммутационная аппаратура (выключатель, разъединитель и т. п.), контрольно-измерительные приборы, пирометрическая аппаратура, система автоматического регулирования. Все составляющие электропечной установки, кроме Э. п., сосредоточены на печной подстанции. Размеры установки характеризуются ёмкостью (массой материалов или изделий) или линейным размером рабочего пространства Э. п. и мощностью силового электрооборудования.
Лит.: Электротермическое оборудование. Справочник, М., 1967; Егоров А. В., Моржин А. Ф., Электрические печи, М., 1975; Фарнасов Г. А., Рабинович В. Л., Егоров А. В., Электрооборудование и элементы автоматизации электроплавильных установок. Справочник, М., 1976.
А. В. Егоров, А. Ф. Моржин.
Электрическая печь сопротивления
Электри'ческая печь сопротивле'ния, электрическая печь , в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Э. п. с. широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов. Распространение Э. п. с. определяется их достоинствами: возможностью получения в печной камере любых температур до 3000°С; возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы; лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи; удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии; хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование); компактностью и пр.
Большая часть Э. п. с. — косвенного действия; в них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью. Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем (рис. 1 ). Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. Для нагрева больших партий одинаковых деталей применяют печи непрерывного действия (методические), в которых изделия непрерывно перемещаются от одного торца к другому. Производительность таких печей больше, нагрев изделий более однороден, расход энергии меньше; как правило, они в высокой степени механизированы. В Э. п. с. с рабочими температурами до 700° С (как периодического действия, так и в методических) широко используется принудительная циркуляция газов с помощью вентиляторов, встраиваемых в печь или вынесенных из печи вместе с нагревателями в электрокалориферы. Э. п. с. косвенного действия для расплавления легкоплавких металлов (свинец, баббит, алюминиевые и магниевые сплавы) конструируются либо в виде печей с металлическим тиглем и наружным обогревом, либо в виде отражательных печей с ванной и расположенными над ней в своде нагревателями. К лабораторным Э. п. с. относятся небольшие трубчатые, муфельные и камерные печи, а также термостаты и сушильные шкафы.
В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током (рис. 2 ), что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты).
Почти все промышленные и лабораторные печи снабжаются автоматическим регулированием температурного режима.
Лит.: Свенчанский А. Д., Электрические промышленные печи, 2 изд., ч. 1., М., 1975.
А. Д. Свенчанский.
Рис.2. Схема устройства печи сопротивления прямого действия: 1 - нагреваемое изделие; 2 - понизительный трансформатор; 3, 4 - контакты.
Рис. 1. Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия: 1 - нагревательные элементы; 2 - огнеупорная часть кладки; 3 - теплоизоляция; 4 - жароупорная подовая плита.
Электрическая постоянная
Электри'ческая постоя'нная (по старой терминологии — диэлектрическая проницаемость вакуума), коэффициент пропорциональности e0 в Кулона законе , определяющем силу взаимодействия двух покоящихся точечных электрических зарядов. В Международной системе единиц (СИ) ф/м = (8.85418782 ± 0,00000007) ф/м. В СГС системе единиц (гауссовой) e0 принимают равной единице (безразмерной). В отличие от диэлектрической проницаемости e (зависящей от типа вещества, температуры, давления и других параметров) e0 зависит только от выбора системы единиц.
Электрическая прочность
Электри'ческая про'чность, напряжённость однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков . При определении Э. п. для исключения теплового пробоя измерения производятся, как правило, в импульсном режиме, но импульсы напряжения должны быть достаточно длительными, чтобы процессы, приводящие к Э. п., протекали без перенапряжений. Такими процессами являются ударная ионизация либо туннельное просачивание, либо то и другое.
При напряжениях выше Э. п. диэлектрик становится проводником (когда напряжённость электрического поля Е достигает пробивной Епр , электропроводность скачкообразно возрастает). Переход в проводящее состояние часто приводит к разрушению материала из-за перегрева. Э. п. обладают все газы, в том числе пары металлов, твёрдые и жидкие диэлектрики. У слюды, кварца и других хороших диэлектриков Э. п. достигает 106 —107 в/см; в тщательно очищенных и обезгаженных жидких диэлектриках Э. п. также достигает 106 в/см; в газах Э. п. зависит от давления и других условий и составляет для воздуха при нормальных условиях и толщине слоя порядка 1 см около 3×104 в/см; у полупроводников (Ge, Si) Э. п. порядка 105 в/см, однако при очень низких температурах, когда пробой вызывается ударной ионизацией примесей, Э. п. в Ge порядка 5 в/см.
Электрическая разведка
Электри'ческая разве'дка, электроразведка, группа методов разведочной геофизики, основана на изучении естественных или искусственно возбуждаемых электрических и электромагнитных полей в земной коре. Физическая основа Э. р. — различие горных пород и руд по их удельному электрическому сопротивлению, диэлектрической проницаемости, магнитной восприимчивости и другим свойствам.
Впервые Э. р. для поисков полезных ископаемых применили в конце 19 в. К. Барус (США) и Е. И. Рагозин (Россия). В 1912 К. Шлюмберже (Франция) разработал и практически использовал методы, основанный на исследовании постоянных электрических полей. В 1919—22 К. Лундберг и Х. Зундберг (Швеция) положили начало методам Э. р., изучающим переменные электромагнитные поля. Первые электроразведочные работы в СССР выполнил в 1924 А. А. Петровский. При этом изучались естественные электрические поля, возникающие в результате электрохимических процессов, происходящих на контакте руды с вмещающими породами.
По характеру исследуемых электромагнитных полей методы Э. р. делятся на несколько групп.
Методы кажущегося сопротивления. Основаны на изучении постоянных электрических полей, создаваемых в земной коре двумя заземлёнными проводниками (заземлениями), подключенными к полюсам источника постоянного тока. Электрическое поле исследуется при помощи измерительной цепи, состоящей из двух заземлений и прибора для измерения разности потенциалов между этими заземлениями. Результаты измерений выражаются в виде т. н. кажущегося сопротивления, изменение которого даёт представление о геологическом строении исследуемой площади.
Методы электрохимической поляризации. Этими методами изучают электрические поля, возникающие вокруг рудных залежей, минерализованных зон и других геологических объектов вследствие их электрической поляризации. Причиной поляризации могут быть естественные электрохимические процессы, в которых участвует рудное тело (окисление, восстановление и др.), либо электрохимические процессы, искусственно вызванные пропускаемым током. По распределению потенциалов этого поля определяют наличие поляризующихся объектов и их положение. Основная область применения — поиски рудных месторождений.
Методы магнитотеллурического поля. С помощью этих методов исследуется переменная составляющая естественного электромагнитного поля Земли. Глубина проникновения магнитотеллурического поля в землю благодаря скин-эффекту зависит от его частоты, поэтому поведение низких частот поля (сотые и тысячные доли гц ) отражает строение земной коры на глубинах в несколько км, а более высоких частот (десятки и сотни гц ) — на глубинах в несколько десятков м. Исследование зависимости измеренных электрических и магнитных компонент поля от его частоты позволяет изучать геологическое строение исследуемой территории.
Методы электромагнитного зондирования позволяют изучать геологический разрез в вертикальном направлении. Измерения проводятся в одной и той же точке профиля при изменении расстояния между электродами (дистанционное зондирование) или изменении частот электромагнитного поля (частотное зондирование). Электромагнитные зондирования применяются главным образом для изучения полого залегающих геологических структур (в т. ч. благоприятных для скопления нефти и газа). Индуктивные (или электромагнитные) методы. При работе этими методами поле возбуждается индуктивным способом (незаземлёнными контурами с переменным током). См. Электромагнитная разведка . Радиоволновые методы основаны на изучении поглощения радиоволн при их распространении в горных породах. Основной радиоволновой метод — радиоволновое просвечивание, при котором в одной из скважин или горных выработок помещается радиопередатчик, а в соседних измеряется напряжённость электромагнитного поля. Хорошо проводящие рудные залежи, находящиеся в пространстве между скважинами или выработками, поглощают большей частью электромагнитного поля и создают в области измерений радиотень. По её положению и размерам устанавливают наличие рудных тел и их контуров. Изучение геологического строения приповерхностных частей геологического разреза (до глубин 20—30 м ) основано на использовании полей радиовещательной станций, распространяющихся вдоль поверхности земли и индуцирующих в проводящих объектах вторичные токи.
По характеру решаемых геологических задач выделяют рудную, структурную и инженерно-геологическую Э. р. Специфическая область применения — археология, гляциология и др. Существуют наземные, воздушные, скважинно-рудничные и морские модификации Э. р.
Электроразведочная аппаратура состоит из источников тока, источников электромагнитного поля и измерительных устройств. Источники тока — батареи сухих элементов, генераторы и аккумуляторы; источники поля — заземлённые на концах линии или незаземлённые контуры, питаемые постоянным или переменным током. Измерительные устройства состоят из входного преобразователя (датчика поля), системы промежуточных преобразователей сигнала, преобразовывающей сигнал для его регистрации и фильтрующей помехи, и выходного устройства, обеспечивающего измерение сигнала. Электроразведочная аппаратура, предназначенная для изучения геологического разреза на глубине, не превышающей 1—2 км, изготавливается в виде лёгких переносимых комплектов. Для изучения больших глубин применяются электроразведочные станции .
При первичной обработке результатов полевых наблюдений вычисляют кажущиеся сопротивления, потенциалы постоянных полей и др.; представляют их в виде графиков, карт, таблиц. В процессе дальнейшей геологической интерпретации проводится сравнение наблюдаемого поля с результатами теоретически рассчитанных моделей геологического разреза, используются сведения об электромагнитных свойствах пород, результаты работ другими методами.
Применение Э. р. позволяет удешевить и ускорить геологические исследования за счёт сокращения объёма дорогостоящих горно-проходческих и буровых работ. Развитие Э. р. связано с разработкой новых методов, увеличением исследуемой глубины земной коры и повышением степени надёжности получаемых результатов.
Лит: Заборовский А. И., Электроразведка, М., 1963; Якубовский Ю. В., Электроразведка, М., 1973; Якубовский Ю. В., Ляхов Л. Л., Электроразведка, 3 изд., М., 1974.
Ю. В. Якубовский.
Электрическая сепарация
Электри'ческая сепара'ция, разделение сыпучих тонкозернистых или измельченных полезных ископаемых и материалов (абразивы, промышленные отходы: и т. п.) в электрическом поле сепаратора . При Э. с. частицы в зависимости от электрических свойств, химического состава, размеров, плотности и т. п. получают различные электрические заряды и рассортировываются в бункера.
Методы Э. с.: электростатические (использующие различия в электропроводности, электризации трением, диэлектрической проницаемости, пироэлектрический эффект), коронные, трибоадгезионные, флюидизационно-электростатические и комбинированные (например, коронно-электростатические). При разделении по электропроводности хорошо проводящие частицы, соприкасаясь с электродом, получают одноимённый заряд и отталкиваются от электрода, а остальные практически не заряжаются. При трибоэлектростатических методах частицы заряжаются при распылении, ударе и трении о поверхность аппарата; разнородные частицы заряжаются одинаково по величине, но различно по знаку. При пироэлектрической сепарации нагретые смеси охлаждаются, соприкасаясь с холодным барабаном (электрод). Одни компоненты смеси поляризуются, а другие остаются незаряженными. Метод диэлектрической сепарации минеральных смесей основан на различии в траекториях частиц с различной диэлектрической проницаемостью в неоднородном электрическом поле. При коронной сепарации коронный разряд создается в воздухе между электродом в виде острия и заземлённым электродом (барабанном). Проводящие частицы отдают свои заряд заземлённому электроду. Трибоадгезионная сепарация основана на использовании явлений поляризации трением и адгезии (прилипания); исходные материалы разделяются на барабанных сепараторах в основном по размеру частиц и их химическому составу. При флюидизационно-электростатической сепарации в псевдосжиженном (кипящем) слое частицы заряжаются во время трения друг о друга и о стенки аппарата и разделяются при прохождении через электростатические поля, образованные сетчатыми электродами.
В СССР и за рубежом (США, Канада, Швеция и др.) получили распространение электростатические, коронные и трибоадгезионные методы Э. с. На электростатических сепараторах обогащаются материалы крупностью 1,2 (1,5)—0,05 мм, на коронных—до 8 мм (можно выделять фракции 50—0 мкм ), на трибоадгезионных классифицируются в любом диапазоне материалы до 5 мм (можно выделять фракции 20—0 мкм ), на флюидизационно-электростатических — в любом диапазоне порошки 100—0 мкм.
Извлечение полезного компонента около 92—98%, содержание его в концентрате 95—97%. Расход электроэнергии на процесс около 0,1 (квт ·ч )/т.
Первые попытки использовать электрическое поле для Э. с. известны с конца 19 в.; в 1901 изобретён электрический сепаратор (США), в 1936 — коронный, в 1952 — трибоадгезионный, в 1961 — диэлектрический (непрерывнодействующий), в 1967 — флюидизационно-электростатический (все в СССР). Серийно электросепараторы изготавливают в СССР с 1971.
Лит.: Олофинский Н. Ф., Новикова В. А., Трибоадгезионная сепарация, М., 1974; Волкова 3. В., Жусь Г. В., Кузьмин Д. В., Диэлектрическая сепарация различных поликонцентратов и материалов, М., 1975; Олофинский Н. Ф., Электрические методы обогащения, 4 изд., М., 1977; Ревнивцев В. И., Олофинский Н. Ф., Состояние и перспективы развития электросепарации полезных ископаемых и материалов, М., 1977 (Всемирный электротехнический конгресс. Москва. 1977. Секция 4Б. Доклад 58).
Н. Ф. Олофинский.
Электрическая сеть
Электри'ческая сеть, совокупность устройств, служащих для передачи и распределения электроэнергии от ее источников к электроприёмникам. Э. с. общего назначения, по которым передается и распределяется около 98% всей вырабатываемой электроэнергии, объединяют электростанции и потребителей электроэнергии в электрические системы, а также системы между собой посредством воздушных и кабельных линий электропередачи (ЛЭП). Э. с. обеспечивают надёжное централизованное электроснабжение территориально рассредоточенных потребителей при требуемом качестве электроэнергии и высоких экономических показателях. Существуют также Э. с., не связанные с линиями электропередачи, автономные сети (самолётные, судовые, автомобильные и др.).
Э. с. можно классифицировать по ряду признаков. Так, по назначению различают: питающие и распределительные сети, служащие соответственно для передачи и распределения электрической энергии от узловых подстанций до электроприёмников (городских, промышленных, с.-х. и других потребителей). В зависимости от напряжения Э. с. делят на две группы: до 1 кв и выше 1 кв. Кроме того, различают Э. с. по роду тока — сети переменного и постоянного тока, по исполнению — воздушные и кабельные сети: по конфигурации — кольцевые и радиальные; по режиму нормальной работы — разомкнутые и замкнутые и т. д. Кроме линий электропередачи, в состав Э. с. входят подстанции электрические для преобразования, распределения электроэнергии и управления режимом работы сети (повышения и понижения напряжения, преобразования трёхфазного переменного тока в постоянный и наоборот, изменения числа отходящих линий по сравнению с числом подходящих и т. д.). Понижение (или повышение) напряжения происходит обычно несколькими ступенями. Каждой ступени напряжения соответствует своя сеть линий электропередачи и электрических подстанций, через которые электрическая энергия поступает в сеть следующей ступени напряжения. Э. с. получаются как бы многоярусными, состоящими из ряда взаимосвязанных сетей различного напряжения.
Преимущественное распространение получили Э. с. переменного тока. В СССР приняты номинальные напряжения для таких Э с.: 12, 24, 36, 48, 60, 127, 220, 380, 660 в ; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кв. Э. с. напряжением до 220 в применяют для питания электроприёмников малой мощности (осветительные бытовые приборы, электрические аппараты и др.). В условиях повышенной опасности, например для местного освещения рабочих мест на промышленных предприятиях, используют напряжение не выше 36 в , а в шахтах — 12 в. Э. с. напряжением 380 в—10 кв предназначаются для питания более мощных электроприёмников, главным образом крупных электродвигателей. Э. с. напряжением 6 кв и выше используют в основном для передачи и распределения электроэнергии с последующим понижением напряжения. Питающие сети и большая часть распределит, сетей выполняются воздушными линиями электропередачи. Однако в плотно застроенной местности, в районах с тяжёлыми климатическими условиями (часты гололёд, ветры, грозы), с ценными с.-х. угодьями и т. п. получили распространение кабельные Э. с., которые выполняются главным образом подземными, а также подводными, в некоторых случаях — надземными. Максимальное напряжение питающих кабельных Э. с. переменного тока в СССР — 500 кв, пропускная способность 0,5 Гвт. Известны также кабельные Э. с. напряжением 750 кв (например, во Франции). Распределительные Э. с. постоянного тока служат главным образом для электроснабжения городского и частично ж.-д. электротранспорта и некоторых электрохимических предприятий. Питающие Э. с. постоянного тока применяют: для сверхдальней передачи потоков электроэнергии более 5 Гвт без промежуточных отборов на расстояния свыше 1500 км (например, линия Экибастуз — Центр в СССР напряжением 750 кв, протяжённостью 2500 км, с передаваемой мощностью 6 Гвт ), для связи электрических систем переменного тока с разными частотами (принято в Японии, Канаде); для связи (при ограниченной пропускной способности) между крупными объединениями энергосистем (например, линия Волгоград — Донбасс напряжением ± 400 кв, Тихоокеанская передача в США напряжением ± 400 кв ), для передачи электроэнергии по кабельным линиям через водные пространства (линия Швеция — о. Готланд напряжением 100 кв , линия Великобритания — Франция напряжением ± 100 кв ). Общая длина питающих линий постоянного тока во всём мире менее 1% длины питающих линий переменного тока.
Рост единичной мощности электростанций и размещение крупнейших электростанций в Азиатской части СССР вызывают необходимость интенсивного роста пропускной способности Э. с., увеличения расстояний передачи электроэнергии. Эти положения определяют основные направления в развитии Э. с. Высшее номинальное напряжение воздушной Э. с. переменного тока в СССР и США в 70-е гг. 20 в. достигло 750 кв (пропускная способность 2,5 Гвт на одну цепь). Ближайшая следующая ступень напряжения — 1150 кв (около 6 Гвт ), а в перспективе — 1500 кв (до 15 Гвт ). Сооружение воздушных линий и открытых подстанций переменного тока ещё более высоких напряжений сдерживается главным образом резким возрастанием при этом габаритов опорных конструкций, ограниченными возможностями воздушной изоляции, экологическими факторами. Предполагаемое максимально возможное напряжение воздушной Э. с. постоянного тока ± 1100 кв при пропускной способности до 15 Гвт. Дальнейшее повышение пропускной способности Э. с. требует принципиально новых технических решений, например создания ЛЭП новых видов с проводами, имеющими газовую изоляцию (элегаз, фреон) и прокладываемыми в герметизированных трубах диаметром до 3 м. Пропускная способность таких Э. с. переменного тока напряжением 500 кв к 1977 составила 6,5 Гвт. Принципиально возможно создание линий с газовой изоляцией напряжением до 3000 кв с пропускной способностью 180 Гвт.
Лит.: Электрические системы, т. 1—7, М., 1970—77; Холмский В. Г., Расчёт и оптимизация режимов электрических сетей, М., 1975; Тиходеев Н. Н., Передача электроэнергии сегодня и завтра, Л., 1975.
Д. В. Холмский.
Электрическая станция
Электри'ческая ста'нция, см. Электростанция .
Электрическая схема
Электри'ческая схе'ма, графическое изображение электрической цепи , в котором реальные элементы представлены в виде условных обозначений. Различают Э. с.: принципиальные, отражающие функциональные элементы электрической цепи и связи между ними; монтажные (подключения и соединения), на которых указывается расположение элементов цепи и соединительных проводов; развёрнутые, в которых условные обозначения элементов располагают в соответствии с принципом действия устройства и удобством чтения схемы; расчётные, в которых все элементы или некоторые из них представлены т. н. схемами замещения. В расчётных схемах источники эдс, источники тока, сопротивления, индуктивности, ёмкости и т. п. считаются элементами с сосредоточенными параметрами. Э. с. используют при изучении работы электрических цепей, расчёте их режимов.
Электрическая цепь
Электри'ческая цепь , совокупность источников, приёмников электрической энергии и соединяющих их проводов. Кроме этих элементов, в Э. ц. могут входить выключатели, переключатели, предохранители и другие электрические аппараты защиты и коммутации, а также измерит, и контрольные приборы. В Э. ц. осуществляются передача, распределение и преобразование электрической (электромагнитной) или других видов энергии, связанные с наличием в цепи электрического тока , разности потенциалов , электродвижущей силы (эдс) и т. п. В источниках осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в электрическую, приёмники преобразуют электрическую энергию в тепловую, механическую и др. Режим Э. ц. характеризуется значениями токов и напряжений на всех участках. Связь между токами, эдс и напряжениями в Э. ц. описывается законами Кирхгофа (см. Кирхгофа правила ). Основные элементы Э. ц. резисторы , в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, индуктивности катушки , запасающие энергию в магнитных полях токов, проходящих в их обмотках, и конденсаторы электрические , накапливающие энергию в электрических полях зарядов на обкладках.
Э. ц. называется цепью с сосредоточенными параметрами, если каждый из её элементов может быть отнесён к одной точке цепи. Процессы в таких цепях описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями. Э. ц. называется цепью с распределёнными параметрами, если необходимо учитывать геометрические размеры её элементов. Такие цепи описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.
Э. ц. называется линейной, если она состоит из элементов, у которых зависимость между током и напряжением, током и потокосцеплением, зарядом и напряжением линейная. В противном случае Э. ц. называется нелинейной. Для линейных Э. ц. законы Кирхгофа записываются в виде системы линейных уравнений, в результате решения которой определяется режим работы Э. ц. В линейных Э. ц. справедлив суперпозиции принцип . Расчёт нелинейных Э. ц. производится графическими или численными методами с использованием приближения и интерполирования функций.
Различают Э. ц. постоянного тока и Э. ц. переменного тока, среди последних наиболее распространены цепи гармонического тока. В них эдс и токи представляют собой синусоидальные функции времени одной частоты. При расчёте режимов Э. ц. гармонического тока пользуются символическим методом. Большое распространение получили трёхфазные цепи . Э. ц. можно представить в виде соединения двухполюсников (источники, приёмники электрической энергии), четырехполюсников (линии связи, усилители, трансформаторы и др.) или многополюсников (сумматоры ЭВМ, запоминающие устройства и др.). Понятие Э. ц. применяют в электротехнике, радиотехнике, автоматике, бионике и др.
Лит.: Основы теории цепей. 4 изд., М., 1975.
П. В. Ермуратский.
Электрические измерения
Электри'ческие измере'ния, измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др. Э. и. — один из распространённых видов измерений. Благодаря созданию электротехнических устройств, преобразующих различные неэлектрические величины в электрические, методы и средства Э. и. используются при измерениях практически всех физических величин. Область применения Э. и.: научные исследования в физике, химии, биологии и др.; технологические процессы в энергетике, металлургии, химической промышленности и др.; транспорт; разведка и добыча полезных ископаемых; метеорологические и океанологические работы; медицинская диагностика; изготовление и эксплуатация радио и телевизионных устройств, самолётов и космических аппаратов.
Большое разнообразие электрических величин, широкие диапазоны их значений, требования высокой точности измерений, разнообразие условий и областей применения Э. и. обусловили многообразие методов и средств Э. и. Измерение «активных» электрических величин (силы тока, электрического напряжения и др.), характеризующих энергетическое состояние объекта измерений, основывается на непосредственном воздействии этих величин на средство Э. и. и, как правило, сопровождается потреблением некоторого количества электрической энергии от объекта измерений (см. Амперметр, Векторметр , Вольтметр , Логометр , Ваттметр , Счётчик электрический , Частотомер ). Измерение «пассивных» электрических величин (электрического сопротивления, его комплексных составляющих, индуктивности, тангенса угла диэлектрических потерь и др.), характеризующих электрические свойства объекта измерений, требует возбуждения объекта измерений посторонним источником электрической энергии и измерения ответной реакции (см. Омметр , Мегомметр , Индуктивности измерители , Ёмкости измеритель , Добротности измеритель ).
Методы и средства Э. и. в цепях постоянного и переменного тока существенно различаются. В цепях переменного тока они зависят от частоты и характера изменения величин, а также от того, какие характеристики переменных электрических величин (мгновенные, действующие, максимальные, средние) измеряются. Для Э. и. в цепях постоянного тока наиболее широко применяют измерительные магнитоэлектрические приборы и цифровые измерительные устройства . Для Э. и. в цепях переменного тока — электромагнитные приборы , электродинамические приборы , индукционные приборы , электростатические приборы , выпрямительные электроизмерительные приборы , осциллографы , цифровые измерительные приборы. Некоторые из перечисленных приборов применяют для Э. и. как в цепях переменного, так и постоянного тока (см. Электроизмерительный комбинированный прибор ).
Значения измеряемых электрических величин заключаются примерно в пределах: силы тока — от 10-16 до 105 а, напряжения — от 10-9 до 107 в, сопротивления — от 10-8 до 1016 ом, мощности — от 10-16 вт до десятков Гвт, частоты переменного тока — от 10-3 до 1012 гц. Диапазоны измеряемых значений электрических величин имеют непрерывную тенденцию к расширению. Измерения на высоких и сверхвысоких частотах, измерение малых токов и больших сопротивлений, высоких напряжений и характеристик электрических величин в мощных энергетических установках выделились в разделы, развивающие специфические методы и средства Э. и. (см. Радиоизмерения , Диэлектрические измерения , Высоких напряжений техника , Импульсная техника , Импульсная техника высоких напряжений). Расширение диапазонов измерений электрических величин связано с развитием техники электрических измерительных преобразователей, в частности с развитием техники усиления и ослабления электрических токов и напряжений (см. Электрических сигналов усилитель , Делитель напряжения , Шунт , Измерительный трансформатор ). К специфическим проблемам Э. и. сверхмалых и сверхбольших значений электрических величин относятся борьба с искажениями, сопровождающими процессы усиления и ослабления электрических сигналов, и разработка методов выделения полезного сигнала на фоне помех.
Пределы допускаемых погрешностей Э. и. колеблются приблизительно от единиц до 10-4 %. Для сравнительно грубых измерений пользуются измерительными приборами прямого действия. Для более точных измерений используются методы, реализуемые с помощью мостовых и компенсационных электрических цепей (см. Компенсационный метод измерений , Потенциометр , Мост измерительный ).
Применение методов Э. и. для измерения неэлектрических величин основывается либо на известной связи между неэлектрическими и электрическими величинами, либо на применении измерительных преобразователей (датчиков ). Для обеспечения совместной работы датчиков с вторичными измерительными приборами, передачи электрических выходных сигналов датчиков на расстояние, повышения помехоустойчивости передаваемых сигналов применяют разнообразные электрические промежуточные измерительные преобразователи, выполняющие одновременно, как правило, функции усиления (реже, ослабления) электрических сигналов, а также нелинейные преобразования с целью компенсации нелинейности датчиков. На вход промежуточных измерительных преобразователей могут быть поданы любые электрические сигналы (величины), в качестве же выходных сигналов наиболее часто используют электрические унифицированные сигналы постоянного, синусоидального или импульсного тока (напряжения). Для выходных сигналов переменного тока используется амплитудная, частотная или фазовая модуляция. Всё более широкое распространение в качестве промежуточных измерительных преобразователей получают цифровые преобразователи.
Комплексная автоматизация научных экспериментов и технологических процессов привела к созданию комплексных средств Э. и. измерительных установок, измерительно-информационных систем , а также к развитию техники телеметрии , радиотелемеханики .
Современное развитие Э. и. характеризуется использованием новых физических эффектов: (например, Джозефсона эффекта , Холла эффекта ) для создания более чувствительных и высокоточных средств Э. и., внедрением в технику Э. и. достижении электроники, микроминиатюризацией средств Э. и., сопряжением их с вычислительной техникой, автоматизацией процессов Э. и., а также унификацией метрологических и других требований к ним. В СССР разработана агрегатированная система средств электроизмерительной техники — АСЭТ. С 1 июля 1978 введён в действие ГОСТ 22261—76 «Средства измерений электрических величин. Общие технические условия», регламентирующий единые технические, в частности метрологические, требования к средствам Э. и. (см. Измерительная техника ).
Лит: Электрические измерения. Средства и методы измерений, (Общий курс), под ред. Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Основы электроизмерительной техники, под ред. М. И. Левина М., 1972; Илюкович А. М., Техника электрометрии, М., 1976; Шваб А., Измерения на высоком напряжении, пер. с нем., М., 1973; Электрические измерительные преобразователи, под ред. Р. Р. Харченко, М. — Л., 1967; Цапенко М. П., Измерительные информационные системы, 1974.
В. П. Кузнецов.
Электрические колебания
Электри'ческие колеба'ния, электромагнитные колебания в системе проводников в случае, когда можно не учитывать электромагнитные поля в окружающем пространстве, а рассматривать только движения электрических зарядов в проводниках. Обычно это возможно в так называемых квазистационарных системах с размерами, малыми по сравнению с длиной электромагнитной волны.
Электрические органы
Электри'ческие о'рганы, парные образования у ряда рыб, способные генерировать электрические разряды; служат для защиты, нападения, внутривидовой сигнализации и ориентации в пространстве. Э. о. развились в процессе эволюции независимо у нескольких неродственных групп пресноводных и морских рыб. Были широко представлены у ископаемых рыб и бесчелюстных; известны у более 300 современных видов. Расположение, форма и строение Э, о. у различных видов разнообразны. Они могут находиться симметрично по бокам тела в виде почкоподобных образований (электрические скаты и электрические угри) или подкожного тонкого слоя (электрический сом), нитевидных цилиндрических образований (мормириды и гимнотиды), в подглазничном пространстве (американский звездочёт), могут составлять, например, до 1 /6 (электрические скаты) и 1 /4 (электрические угри и сом) массы (рыбы. Каждый Э. о. состоит из многочисленных собранных в столбики электрических пластинок (ЭП) — видоизменённых (уплощённых) мышечных, нервных или железистых клеток, мембраны которых являются электрическими генераторами. Кол-во ЭП и столбиков в Э. о. разных видов рыб различно: у электрического ската около 600 расположенных в виде пчелиных сотов столбиков по 400 ЭП в каждом, у электрического угря — 70 горизонтально размещенных столбиков по 6000 ЭП в каждом, у электрического сома ЭП (около 2 млн.) распределены беспорядочно. ЭП в каждом столбике соединены последовательно, а электрические столбики — параллельно. Э. о. иннервируются ветвями блуждающего, лицевого и языкоглоточного нервов, подходящими к электроотрицательной стороне ЭП. Разность потенциалов, развиваемая на концах Э. о., может достигать 1200 в (электрический угорь), а мощность разряда в импульсе от 1 до 6 квт (Torpedo occidentalis). Разряды излучаются сериями залпов, форма, продолжительность и последовательность которых зависят от степени возбуждения и вида рыбы. Частота следования импульсов связана с их назначением (например, электрический скат излучает 10—12 «оборонных» и от 14 до 562 «охотничьих» импульсов в сек в зависимости от размера жертвы). Величина напряжения в разряде колеблется от 20 (электрические скаты) до 600 в (электрические угри), сила тока — от 0,1 (электрический сом) до 50 а (электрические скаты). Рыбы, обладающие Э. о., переносят без вреда напряжения, которые убивают рыб, не имеющих Э. о. (электрический угорь — до 220 в ). Электрические разряды крупных рыб опасны для человека.
Лит.: Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967; Протасов В. Р., Биоэлектрические поля в жизни рыб, М., 1972; Лаздин А. В., Протасов В. Р., Электричество в жизни рыб, М., 1977.
В. Р. Протасов.
Электрический скат: а — электрические органы.
Электрические системы
Электри'ческие систе'мы , совокупность объединённых для параллельной работы электростанций , линии электропередачи , преобразовательных подстанций и потребителей электроэнергии. Э. с. имеет общий резерв и централизованное оперативно-диспетчерское управление для координации работы станций, подстанций и сетей. Часто Э. с. отождествляют с электроэнергетическими системами (ЭЭС), охватывающими теплоэлектроцентрали и тепловые сети. Электроэнергетическая система наряду с централизованным электроснабжением осуществляет централизованное теплоснабжение городов и промышленных центров. В научно-техническом плане переход к более широкому понятию — «ЭЭС» означает рассмотрение и не только электрической части системы и происходящих в ней электрических и электромеханических процессов, но и учёт связанных и с ними механических и тепломеханических процессов, протекающих в турбинах, котлах, трубопроводах.
ЭЭС различают по установленной мощности , наличию связей с другими системами, структуре, генерирующим мощностям, территориальному охвату, плотности нагрузки, конфигурации. По установленной мощности системы разделяются (в первом приближении) на 3 группы: системы мощностью свыше 5 Гвт, от 1 до 5 Гвт, до 1 Гвт (к последней группе относятся также автономные системы электроснабжения, в том числе системы подвижных объектов — кораблей, самолётов и др.). Структура ЭЭС и установленная мощность зависят от типа и мощности входящих в систему электростанций (тепловых, гидроэлектрических, атомных и др.). Конфигурация ЭЭС и её коммутация могут быть различными (под конфигурацией системы понимается взаимное расположение входящих в ЭЭС электростанций, основных электрических сетей или, в случае объединённой системы, отдельных подсистем; под коммутацией ЭЭС понимаются связи между электростанциями и центрами потребления электроэнергии). Отдельные ЭЭС соединены между собой (в электрической части) магистральными связями, служащими для однонаправленной передачи мощности из одной системы в другую, и межсистемными связями , предназначенными для взаимного обмена мощностью.
Работа Э. с. (или ЭЭС) характеризуется режимом — совокупностью процессов, определяющих в любой момент времени значения мощностей, напряжений, токов, частоты и других величин, меняющихся в процессе работы системы. Различают установившийся и переходный режимы работы ЭЭС. При установившемся режиме ЭЭС мощность, напряжения, токи и т. д. практически неизменны; при переходном режиме они меняются либо в результате управления, т. н. целенаправленного воздействия персонала или автоматических устройств, — нормальные переходные процессы, либо под действием появившихся случайных возмущений, нарушающих режим системы, аварийные переходные процессы. Соответственно различают нормальный режим, т. е. работу ЭЭС в заданных условиях, при нормальных показателях электроэнергии качества , и аварийный режим, т. е. работу ЭЭС при возникновении в ней аварий, или при показателях качества электроэнергии, отличных от нормальных. Послеаварийный режим определяется как состояние системы после устранения аварийных условий. Качество работы Э. с. в первую очередь зависит от надёжности электроснабжения и показателей качества электроэнергии. Надёжность ЭЭС в целом определяется главным образом устойчивостью э. с. и их способностью противостоять развитию аварий, т. е. живучестью системы. Надёжная работа ЭЭС при авариях в значит. мере обеспечивается противоаварийной автоматикой, содержащей автоматическое регулирование возбуждения , релейную защиту , а также профилактическую защиту, сообщающую о состоянии элементов системы и возникающей опасности их отказа. Противоаварийная автоматика содержит автоматическую разгрузку по частоте (АРЧ), а в ряде случаев и по напряжению (отключение части потребителей при опасном изменении этих параметров режима), автоматическое включение резерва (АРВ), автоматическое повторное включение (АПВ) элементов системы, автоматическую ликвидацию асинхронного хода у части системы, а также ряд других мероприятий.
Основная задача ЭЭС — обеспечить централизованное энергоснабжение при едином оперативно-диспетчерском регулировании процессов производства, передачи и распределения электроэнергии. В СССР управление работой ЭЭС возложено на диспетчерские службы районных энергоуправлений, подчинённых объединённым диспетчерским управлениям (ОДУ) ЭЭС. Оперативно-диспетчерское управление работой объединённых ЭЭС (ОЭЭС) осуществляется Центральным диспетчерским управлением Единой энергетической системы СССР (см. Энергосистемы диспетчерское управление ).
Достижение оптимального уровня электрификации страны при наиболее экономичном и бесперебойном электроснабжении требует решения многих научных задач, в том числе по оптимизации развития и оперативному управлению работой ЭЭС. При решении этих задач широко используют системный подход , системный анализ и средства кибернетики .
Создание ЭЭС обеспечивает экономически целесообразное увеличение мощности электрических станций и энергоагрегатов; повышает надёжность энергоснабжения за счёт более гибкого маневрирования резервами Э. с.; снижает общий (совмещенный) максимум нагрузки вследствие несовпадения суточных пиков нагрузки по отд. районам, что приводит к снижению потребной мощности в объединённой энергосистеме; позволяет устанавливать наиболее выгодные режимы работы для различных типов электростанций и агрегатов; способствует сокращению перевозок топлива и широкому использованию гидроэнергетических ресурсов, часто удалённых от основных потребителей электроэнергии на значительные расстояния.
Создание связей между Э. с. усиленно ведётся также в странах Западной Европы и в США. Однако образование Единой Э. с. в национальном масштабе не увязывается с капиталистическим способом производства. Электроснабжение, осуществляемое отд. Э. с., связанными только взаимной продажей электроэнергии, часто не обеспечивает требуемого качества электроэнергии, что находит отражение в несоответствии развитой техники технико-экономическим и социальным условиям. Для преодоления этого несоответствия в США, например, пошли по пути создания т. н. пулов и сверхпулов — объединений частных компаний, задача которых заключается в совместной разработке и эксплуатации Э. с.
В СССР развитие Э. с. неразрывно связано с концентрацией производства электроэнергии и централизацией её распределения. К 1970 было практически завершено создание Единой электроэнергетической системы Европейской части СССР (ЕЭЭС). В её состав вошли 61 районная ЭЭС и 7 ОЭЭС. Созданы ОЭЭС Сибири и Средней Азии. Большое развитие получила международная ЭЭС «Мир» , объединяющая ЭЭС стран — членов СЭВ (см. Энергетические объединения международные ).
Лит.: Электрические системы. — 1—7, М., 1970—77; Веников В. Л., Мелентьев Л. А., Задачи оптимального оперативного управления в электроэнергетических системах, «Вести. АН СССР», 1975, №7; Чернухин А. А., Флакеерман Ю. Н., Экономика энергетики СССР, 2 изд., М., 1975; Виленский М. А., Экономические проблемы электрификации СССР, М., 1975; Мелентьев Л. А., Оптимизация развития и управления больших систем энергетики, М., 1976.
В. А. Веников.
Электрические скаты
Электри'ческие ска'ты (Тогреdiniformes), отряд рыб, называемый иногда отрядом гнюсообразных. Тело уплощённое, почти круглое, толстое и мясистое. Длина до 1,8 м, весят до 90 кг. Имеют электрические органы , расположенные по бокам туловища. Обитают в тропических и субтропических морях, в основном на мелководье, некоторые виды — на глубине до 1000 м. Питаются преимущественно донными беспозвоночными. В отряде 3 семейства: Э. с., или гнюсы (Torpedinidae), Narkidae и Temeridae. Особенно широко распространено семейство Torpedinidae, включающее 7 родов с 30 видами. Наиболее богат видами род Torpedo, из которого более других известен обыкновенный Э. с. (Т. marmorata), знакомый ещё древним обитателям Средиземноморья: они использовали его для лечения подагры. У Новой Зеландии обитает слепой Э. с. (Typhlonarke aysoni). Промысловое значение Э. с. невелико.
Лит.: Жизнь животных, т. 4, ч. 1, М., 1971.
В. М. Макушок.
«Электрические станции»
