Prenos energije po žici

Električni krog sestavljajo vsaj trije elementi: generator, ki je vir električne energije, sprejemnik energije in žice, ki povezujejo generator in sprejemnik.

Elektrarne so pogosto postavljene daleč od mest porabe električne energije. Nadzemni daljnovod se razteza na desetine in celo stotine kilometrov med elektrarno in mestom porabe energije. Prevodniki daljnovoda so pritrjeni na stebre z izolatorji iz dielektrika, najpogosteje iz porcelana.

S pomočjo nadzemnih vodov, ki sestavljajo električno omrežje, se z električno energijo napajajo stanovanjski in industrijski objekti, kjer se nahajajo porabniki energije. V zgradbah je električna napeljava izdelana iz izoliranih bakrenih žic in kablov in se imenuje notranja napeljava.

Pri prenosu električne energije po žicah opazimo številne nezaželene pojave, povezane z odpornostjo žic na električni tok. Ti pojavi vključujejo izguba napetosti, izgube električne energije, grelne žice.

Izguba omrežne napetosti

Ko tok teče, nastane padec napetosti na uporu linije. Upornost voda Rl je mogoče izračunati, če so znani dolžina voda l (v metrih), prečni prerez vodnika S (v kvadratnih milimetrih) in upornost materiala žice ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(formula vsebuje številko 2, ker je treba upoštevati obe žici).

Če skozi vod teče tok l, potem je padec napetosti v vodu ΔUl po Ohmovem zakonu enak: ΔUl = IRl.

Ker se nekaj napetosti v liniji izgubi, bo na koncu linije (pri sprejemniku) vedno manjša kot na začetku linije (ne na sponkah generatorja). Padec napetosti sprejemnika zaradi padca omrežne napetosti lahko prepreči normalno delovanje sprejemnika.

Recimo, da žarnice z žarilno nitko običajno gorijo pri 220 V in so priključene na generator, ki zagotavlja 220 V. Recimo, da ima vod dolžino l = 92 m, presek žice S = 4 mm2 in upor ρ = 0 , 0175.

Omrežni upor: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohmov.

Če tok teče skozi svetilke Az = 10 A, bo padec napetosti v liniji: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V ... Zato bo napetost v žarnicah za 2,4 V manjša od generatorja napetost : Užarnice = 220 — 8 = 212 V. Svetilke bodo peščice nezadostno osvetljene. Sprememba toka, ki teče skozi sprejemnike, povzroči spremembo padca napetosti na liniji, kar povzroči spremembo napetosti na sprejemnikih.

Naj ena od svetilk v tem primeru ugasne in tok v liniji se bo zmanjšal na 5 A. V tem primeru se bo padec napetosti v liniji zmanjšal: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Na vklopljeni svetilki se bo napetost dvignila, kar bo povzročilo opazno povečanje njene svetlosti. Iz primera je razvidno, da vklop ali izklop posameznega sprejemnika povzroči spremembo napetosti drugih sprejemnikov zaradi spremembe padca napetosti v vodu. Ti pojavi pojasnjujejo nihanja napetosti, ki jih pogosto opazimo v električnih omrežjih.

Vpliv linijskega upora na vrednost omrežne napetosti je označen z relativno izgubo napetosti. Razmerje med padcem napetosti v liniji in normalno napetostjo, izraženo kot odstotek relativne izgube napetosti (označeno z ΔU%), se imenuje:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

V skladu z obstoječimi standardi morajo biti vodniki linije zasnovani tako, da izguba napetosti ne presega 5%, pri svetlobni obremenitvi pa ne presega 2 - 3%.

Izguba energije

Nekaj ​​električne energije, ki jo proizvede generator, preide v toploto in se izgubi v apnu, kar povzroči segrevanje s prevodnostjo. Zaradi tega je energija, ki jo sprejme sprejemnik, vedno manjša od energije, ki jo odda generator. Prav tako je moč, porabljena v sprejemniku, vedno manjša od moči, ki jo razvije generator.

Izgubo moči v liniji lahko izračunate tako, da poznate trenutno jakost in upornost linije: Plosses = Az2Rl

Za opredelitev učinkovitosti prenosa električne energije definirajte učinkovitost linije, ki se razume kot razmerje med močjo, ki jo prejme sprejemnik, in močjo, ki jo razvije generator.

Ker je moč, ki jo razvije generator, večja od moči sprejemnika za količino izgube moči v liniji, se izkoristek (označen z grško črko η – to) izračuna kot: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

kjer je Ppolzn moč, porabljena v sprejemniku, Ploss izguba moči v vodih.

Iz prej obravnavanega primera s trenutno močjo Az = 10 Izguba moči v liniji (Rl = 0,8 ohmov):

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

Uporabna moč P koristna = Užarnice x I = 212x 10 = 2120 W.

Učinkovitost η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (ali 96%), tj. sprejemniki prejmejo le 96 % energije, ki jo proizvede generator.

Ogrevanje z žico

Segrevanje žic in kablov zaradi toplote, ki jo proizvaja električni tok, je škodljiv pojav. Pri dolgotrajnem delovanju pri povišanih temperaturah se izolacija žic in kablov postara, postane krhka in se zruši. Uničenje izolacije je nesprejemljivo, saj to ustvarja možnost stika golih delov žic med seboj in tako imenovanega kratkega stika.

Dotikanje izpostavljenih žic lahko povzroči električni udar. Končno lahko prekomerno segrevanje žice vname njeno izolacijo in povzroči požar.

Da zagotovite, da ogrevanje ne preseže dovoljene vrednosti, morate izbrati pravilen presek žice. Večji kot je tok, večji prerez mora imeti žica, saj se z večanjem prereza upor zmanjšuje in s tem tudi količina proizvedene toplote.

Izbira prereza grelnih žic se izvaja v skladu s tabelami, ki prikazujejo, koliko toka lahko prehaja skozi žico, ne da bi pri tem prišlo do nesprejemljivega pregrevanja.va. Včasih označujejo dovoljeno gostoto toka, to je količino toka na kvadratni milimeter preseka žice.

Gostota toka Ј je enaka jakosti toka (v amperih), deljeni s prečnim prerezom prevodnika (v kvadratnih milimetrih): Ј = I / S а / mm2

Poznavanje dovoljene gostote toka Јpoleg tega lahko najdete potreben odsek prevodnika: S = I /Јadop

Za notranjo napeljavo je dovoljena gostota toka v povprečju 6A/mm2.

Primer. Treba je določiti prečni prerez žice, če je znano, da mora biti tok, ki teče skozi to, enak I = 15A, dovoljena gostota toka Јadop - 6Аmm2.

Odločitev. Potreben presek žice S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2