Overføring av energi over en ledning

En elektrisk krets består av minst tre elementer: en generator, som er en kilde til elektrisk energi, mottaker av energi og ledninger som forbinder generatoren og mottakeren.

Kraftverk ligger ofte langt fra der elektrisitet forbrukes. En luftledning strekker seg titalls og til og med hundrevis av kilometer mellom kraftverket og energiforbruksstedet. Lederne til kraftledningen er festet på stolper med isolatorer laget av et dielektrisk, oftest porselen.

Ved hjelp av luftledninger som utgjør det elektriske nettet, tilføres strøm til bolig- og industribygg der energiforbrukerne befinner seg. Inne i bygninger er elektriske ledninger laget av isolerte kobberledninger og kabler og kalles innendørs ledninger.

Når elektrisitet overføres gjennom ledninger, observeres en rekke uønskede fenomener knyttet til ledningenes motstand mot elektrisk strøm. Disse fenomenene inkluderer spenningstap, strømtap på linje, varmeledninger.

Tap av linjespenning

Når strømmen flyter, skapes et spenningsfall over linjemotstanden. Linjemotstand Rl kan beregnes hvis lengden på linjen l (i meter), tverrsnittet til lederen S (i kvadratmillimeter) og motstanden til trådmaterialet ρ er kjent:

Rl = ρ (2l / S)

(formelen inneholder tallet 2 fordi begge ledningene må tas i betraktning).

Hvis en strøm l går gjennom linjen, så er spenningsfallet i linjen ΔUl i henhold til Ohms lov lik: ΔUl = IRl.

Siden noe av spenningen i linjen går tapt, vil den på slutten av linjen (ved mottakeren) alltid være mindre enn ved begynnelsen av linjen (ikke ved generatorterminalene). Et fall i mottakerspenningen på grunn av et linjespenningsfall kan hindre mottakeren i å fungere normalt.

Anta for eksempel at glødelamper normalt brenner på 220 V og er koblet til en generator som gir 220 V. Anta at ledningen har en lengde l = 92 m, et ledningstverrsnitt S = 4 mm2 og en motstand ρ = 0 , 0175.

Linjemotstand: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohm.

Hvis strømmen går gjennom lampene Az = 10 A, vil spenningsfallet i ledningen være: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Derfor vil spenningen i lampene være 2,4 V mindre enn generatoren spenning : Ulamper = 220 — 8 = 212 V. Lampene vil være en håndfull utilstrekkelig tent. En endring i strømmen som flyter gjennom mottakerne forårsaker en endring i spenningsfallet over linjen, noe som resulterer i en endring i spenningen over mottakerne.

La en av lampene slå seg av i dette eksemplet og strømmen i linjen vil avta til 5 A. I dette tilfellet vil spenningsfallet i linjen avta: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

På den påslåtte lampen vil spenningen stige, noe som vil føre til en merkbar økning i lysstyrken. Eksemplet viser at å slå på eller av en individuell mottaker forårsaker en endring i spenningen til andre mottakere på grunn av en endring i spenningsfallet i ledningen. Disse fenomenene forklarer spenningssvingningene som ofte observeres i elektriske nettverk.

Effekten av linjemotstand på nettverksspenningsverdien er preget av det relative spenningstapet. Forholdet mellom spenningsfallet i linjen og normalspenningen, uttrykt som et prosentvis relativt spenningstap (angitt med ΔU%), kalles:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

I henhold til eksisterende standarder må lederne til linjen utformes slik at spenningstapet ikke overstiger 5%, og under lysbelastning ikke overstiger 2 - 3%.

Tap av energi

Noe av den elektriske energien som genereres av generatoren går over til varme og kastes bort i kalk, noe som forårsaker oppvarming ved ledning. Som et resultat er energien mottatt av mottakeren alltid mindre enn energien gitt av generatoren. På samme måte er strømmen som forbrukes i mottakeren alltid mindre enn strømmen utviklet av generatoren.

Effekttapet i linjen kan beregnes ved å kjenne strømstyrken og motstanden til linjen: Plosser = Az2Rl

For å karakterisere effektiviteten til kraftoverføring, definer linjeeffektivitet, som forstås som forholdet mellom kraften mottatt av mottakeren og kraften utviklet av generatoren.

Siden kraften utviklet av generatoren er større enn kraften til mottakeren med mengden strømtap i linjen, beregnes effektiviteten (angitt med den greske bokstaven η - dette) som: η = Pusful / (Puseful + Plosses)

hvor Ppolzn er strømforbruket i mottakeren, Ploss er strømtapet i linjene.

Fra eksemplet diskutert tidligere med strømstyrke Az = 10 Effekttap i linjen (Rl = 0,8 ohm):

Tap = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Nyttig effekt P nyttig = Ulamper x I = 212x 10 = 2120 W.

Effektivitet η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (eller 96 %), dvs. mottakerne mottar bare 96 % av strømmen som genereres av generatoren.

Oppvarming med ledning

Oppvarming av ledninger og kabler på grunn av varmen som genereres av elektrisk strøm er et skadelig fenomen. Ved langvarig drift ved høye temperaturer eldes isolasjonen til ledninger og kabler, blir sprø og kollapser. Ødeleggelse av isolasjonen er uakseptabelt, da dette skaper muligheten for kontakt mellom de bare delene av ledningene og den såkalte kortslutningen.

Berøring av synlige ledninger kan forårsake elektrisk støt. Til slutt kan overdreven oppvarming av ledningen antenne isolasjonen og forårsake brann.

For å sikre at oppvarmingen ikke overstiger tillatt verdi, må du velge riktig tverrsnitt av ledningen. Jo større strømmen er, desto større tverrsnitt må en ledning ha, for når tverrsnittet øker, reduseres motstanden og følgelig reduseres mengden varme som genereres.

Valget av tverrsnittet til varmetrådene utføres i henhold til tabellene som viser hvor mye strøm som kan passere gjennom ledningen uten å forårsake uakseptabel overoppheting.va. Noen ganger indikerer de den tillatte strømtettheten, det vil si mengden strøm per kvadratmillimeter av ledningens tverrsnitt.

Strømtetthet Ј er lik styrken til strømmen (i ampere) delt på lederens tverrsnitt (i kvadratmillimeter): Ј = I / S а / mm2

Å kjenne den tillatte strømtettheten ЈI tillegg kan du finne den nødvendige lederseksjonen: S = I /Јadop

For intern kabling er tillatt strømtetthet i gjennomsnitt 6A/mm2.

Et eksempel. Det er nødvendig å bestemme tverrsnittet av ledningen, hvis det er kjent at strømmen som går gjennom den skal være lik I = 15A, og den tillatte strømtettheten Јadop - 6Аmm2.

Beslutning. Nødvendig ledningstverrsnitt S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2