Overførsel af energi over en ledning

Et elektrisk kredsløb består af mindst tre elementer: en generator, som er en kilde til elektrisk energi, modtager af energi og ledninger, der forbinder generatoren og modtageren.

Kraftværker er ofte placeret langt fra, hvor der forbruges elektricitet. En luftledning strækker sig ti og endda hundredvis af kilometer mellem kraftværket og energiforbrugsstedet. Lederne af kraftledningen er fastgjort på poler med isolatorer lavet af et dielektrisk, oftest porcelæn.

Ved hjælp af luftledninger, der udgør elnettet, leveres el til bolig- og industribygninger, hvor energiforbrugerne er placeret. Inde i bygninger er elektriske ledninger lavet af isolerede kobberledninger og kabler og kaldes indendørs ledninger.

Når elektricitet transmitteres gennem ledninger, observeres en række uønskede fænomener relateret til ledningernes modstand mod elektrisk strøm. Disse fænomener omfatter spændingstab, ledningsstrømtab, varmeledninger.

Tab af netspænding

Når strømmen løber, skabes et spændingsfald over ledningsmodstanden. Linjemodstand Rl kan beregnes, hvis længden af ​​linjen l (i meter), tværsnittet af lederen S (i kvadratmillimeter) og modstanden af ​​trådmaterialet ρ er kendt:

Rl = ρ (2l/S)

(formlen indeholder tallet 2, fordi begge ledninger skal tages i betragtning).

Hvis der løber en strøm l gennem ledningen, så er spændingsfaldet i ledningen ΔUl ifølge Ohms lov lig med: ΔUl = IRl.

Da noget af spændingen i ledningen går tabt, vil den i slutningen af ​​ledningen (ved modtageren) altid være mindre end i begyndelsen af ​​ledningen (ikke ved generatorens terminaler). Et fald i modtagerspændingen på grund af et netspændingsfald kan forhindre modtageren i at fungere normalt.

Antag for eksempel, at glødelamper normalt brænder ved 220 V og er forbundet til en generator, der leverer 220 V. Antag, at ledningen har en længde l = 92 m, et ledningstværsnit S = 4 mm2 og en modstand ρ = 0 , 0175.

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

Hvis strømmen går gennem lamperne Az = 10 A, så vil spændingsfaldet i ledningen være: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Derfor vil spændingen i lamperne være 2,4 V mindre end generatoren spænding : Ulamper = 220 — 8 = 212 V. Lamperne vil være en håndfuld utilstrækkeligt tændte. En ændring i strømmen, der løber gennem modtagerne, forårsager en ændring i spændingsfaldet over linjen, hvilket resulterer i en ændring i spændingen over modtagerne.

Lad en af ​​lamperne slukke i dette eksempel, og strømmen i ledningen vil falde til 5 A. I dette tilfælde vil spændingsfaldet i ledningen falde: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

På den tændte lampe vil spændingen stige, hvilket vil medføre en mærkbar stigning i lysstyrken. Eksemplet viser, at tænd eller sluk for en individuel modtager medfører en ændring i spændingen på andre modtagere på grund af en ændring i spændingsfaldet i ledningen. Disse fænomener forklarer de spændingsudsving, der ofte observeres i elektriske netværk.

Effekten af ​​linjemodstand på netværksspændingsværdien er karakteriseret ved det relative spændingstab. Forholdet mellem spændingsfaldet i ledningen og den normale spænding, udtrykt som et procentuelt relativt spændingstab (angivet med ΔU%), kaldes:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

I henhold til eksisterende standarder skal ledningens ledere designes, så spændingstabet ikke overstiger 5%, og under lysbelastning ikke overstiger 2 - 3%.

Tab af energi

Noget af den elektriske energi, der genereres af generatoren, går over i varme og spildes i kalk, hvilket forårsager opvarmning ved ledning. Som følge heraf er den energi, modtageren modtager, altid mindre end den energi, som generatoren giver. Ligeledes er den strøm, der forbruges i modtageren, altid mindre end den effekt, som generatoren udvikler.

Effekttabet i ledningen kan beregnes ved at kende ledningens strømstyrke og modstand: Plosser = Az2Rl

For at karakterisere effektiviteten af ​​krafttransmission skal du definere linjeeffektivitet, hvilket forstås som forholdet mellem den effekt, modtageren modtager, og den effekt, der udvikles af generatoren.

Da effekten udviklet af generatoren er større end modtagerens effekt med mængden af ​​strømtab i linjen, beregnes effektiviteten (angivet med det græske bogstav η - dette) som: η = Pusful / (Puseful + Plosses)

hvor Ppolzn er den strøm, der forbruges i modtageren, Ploss er strømtabet i linjerne.

Fra eksemplet diskuteret tidligere med strømstyrke Az = 10 Strømtab i ledningen (Rl = 0,8 ohm):

Tab = 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. modtagerne modtager kun 96% af den strøm, der genereres af generatoren.

Opvarmning med ledning

Opvarmning af ledninger og kabler på grund af den varme, der genereres af elektrisk strøm, er et skadeligt fænomen. Ved langvarig drift ved forhøjede temperaturer ældes isoleringen af ​​ledninger og kabler, bliver skøre og kollapser. Ødelæggelse af isoleringen er uacceptabel, da dette skaber mulighed for kontakt mellem de nøgne dele af ledningerne og den såkaldte kortslutning.

Berøring af blottede ledninger kan forårsage elektrisk stød. Endelig kan overdreven opvarmning af ledningen antænde dens isolering og forårsage brand.

For at sikre, at opvarmningen ikke overstiger den tilladte værdi, skal du vælge det korrekte tværsnit af ledningen. Jo større strømmen er, jo større tværsnit skal en ledning have, for efterhånden som tværsnittet øges, falder modstanden, og følgelig falder mængden af ​​genereret varme.

Valget af varmeledningernes tværsnit udføres i henhold til tabellerne, der viser, hvor meget strøm der kan passere gennem ledningen uden at forårsage uacceptabel overophedning.va. Nogle gange angiver de den tilladte strømtæthed, det vil sige mængden af ​​strøm pr. kvadratmillimeter af ledningens tværsnit.

Strømtæthed Ј er lig med styrken af ​​strømmen (i ampere) divideret med lederens tværsnit (i kvadratmillimeter): Ј = I / S а / mm2

Ved at kende den tilladte strømtæthed Јyderligere kan du finde den nødvendige ledersektion: S = I /Јadop

For intern ledningsføring er den tilladte strømtæthed i gennemsnit 6A/mm2.

Et eksempel. Det er nødvendigt at bestemme ledningens tværsnit, hvis det er kendt, at strømmen, der passerer gennem den, skal være lig med I = 15A, og den tilladte strømtæthed Јadop — 6Аmm2.

Afgørelse. Påkrævet ledningstværsnit S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2