Energia átvitel vezetéken

Egy elektromos áramkör legalább három elemből áll: generátorból, amely elektromos energiaforrás, energia befogadója valamint a generátort és a vevőt összekötő vezetékek.

Az erőművek gyakran távol helyezkednek el a villamosenergia-fogyasztás helyétől. Az erőmű és az energiafelhasználás helye között több tíz, sőt több száz kilométeren át húzódik egy légvezeték. Az elektromos vezeték vezetékei dielektrikumból, leggyakrabban porcelánból készült szigetelőkkel vannak rögzítve oszlopokra.

Az elektromos hálózatot alkotó felsővezetékek segítségével a lakossági és ipari épületek áramellátása történik, ahol az energiafogyasztók találhatók. Az épületeken belül az elektromos vezetékek szigetelt rézhuzalokból és -kábelekből készülnek, és beltéri vezetékeknek nevezik.

Amikor az elektromosságot vezetékeken keresztül továbbítják, számos nemkívánatos jelenség figyelhető meg a vezetékek elektromos árammal szembeni ellenállásával kapcsolatban. Ezek a jelenségek magukban foglalják feszültségveszteség, vonali teljesítményveszteség, fűtőhuzalok.

A hálózati feszültség elvesztése

Amikor áram folyik, feszültségesés jön létre a vezeték ellenállásán. Az Rl vezetékellenállás akkor számítható, ha ismert az l vezeték hossza (méterben), az S vezető keresztmetszete (négyzetmilliméterben) és a huzal anyagának ρ ellenállása:

Rl = ρ (2l / S)

(a képlet a 2-es számot tartalmazza, mert mindkét vezetéket figyelembe kell venni).

Ha a vezetéken l áram folyik át, akkor a ΔUl vezeték feszültségesése Ohm törvénye szerint egyenlő: ΔUl = IRl.

Mivel a vezeték feszültségének egy része elveszik, ezért a vonal végén (a vevőnél) mindig kisebb lesz, mint a vonal elején (nem a generátor kapcsain). A vevő feszültségének a hálózati feszültségesés miatti csökkenése megakadályozhatja a vevő normál működését.

Tegyük fel például, hogy az izzólámpák általában 220 V-on égnek, és 220 V-os generátorhoz vannak kötve. Tegyük fel, hogy a vezeték hossza l = 92 m, vezeték-keresztmetszete S = 4 mm2 és ellenállása ρ = 0 , 0175.

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

Ha az áram áthalad a lámpákon Az = 10 A, akkor a vezetékben a feszültségesés a következő lesz: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Ezért a lámpák feszültsége 2,4 V-tal kisebb lesz, mint a generátoré feszültség : Ulampák = 220 — 8 = 212 V. A lámpák egy maréknyi elégtelenül világítanak. A vevőkön átfolyó áram változása változást okoz a vonal feszültségesésében, ami a vevők feszültségének változását eredményezi.

Ebben a példában hagyja, hogy az egyik lámpa kialudjon, és a vezetékben lévő áram 5 A-re csökken. Ebben az esetben a vezeték feszültségesése csökken: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

A bekapcsolt lámpán a feszültség emelkedik, ami észrevehető fényerőnövekedést okoz. A példa azt mutatja, hogy az egyes vevőegységek be- vagy kikapcsolása a vezeték feszültségesésének változása miatt a többi vevő feszültségének változását okozza. Ezek a jelenségek magyarázzák az elektromos hálózatokban gyakran megfigyelhető feszültségingadozásokat.

A vezeték ellenállásának a hálózati feszültség értékére gyakorolt ​​hatását a relatív feszültségveszteség jellemzi. A vezeték feszültségesésének a normál feszültséghez viszonyított arányát, százalékos relatív feszültségveszteségben kifejezve (ΔU%), nevezzük:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

A meglévő szabványok szerint a vezeték vezetékeit úgy kell megtervezni, hogy a feszültségveszteség ne haladja meg az 5%-ot, és világítási terhelés esetén ne haladja meg a 2-3%-ot.

Energiavesztés

A generátor által termelt elektromos energia egy része hővé alakul, és mészben elpazarolódik, ami a vezetés révén felmelegedést okoz. Ennek eredményeként a vevő által kapott energia mindig kisebb, mint a generátor által adott energia. Hasonlóképpen, a vevőben felvett teljesítmény mindig kisebb, mint a generátor által termelt teljesítmény.

A vezeték áramvesztesége a vezeték áramerősségének és ellenállásának ismeretében számítható ki: Plosses = Az2Rl

Az energiaátvitel hatásfokának jellemzésére definiálja a vonali hatásfokot, amely a vevő által kapott teljesítmény és a generátor által kifejlesztett teljesítmény aránya.

Mivel a generátor által kifejlesztett teljesítmény nagyobb, mint a vevő teljesítménye a vezetékben lévő teljesítményveszteség mértékével, a hatásfok (a görög η betűvel jelölve - ez) a következőképpen kerül kiszámításra: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

ahol Ppolzn a vevőben elfogyasztott teljesítmény, Ploss pedig a vonalak teljesítményvesztesége.

A korábban tárgyalt példából az áramerősség Az = 10 teljesítményveszteség a vezetékben (Rl = 0,8 ohm):

Veszteség = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Hasznos teljesítmény P hasznos = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

Hatékonyság η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (vagy 96%), azaz. a vevőkészülékek a generátor által termelt teljesítménynek csak 96%-át kapják.

Fűtés vezetékkel

A vezetékek, kábelek felmelegedése az elektromos áram által termelt hő miatt káros jelenség. Hosszabb ideig tartó, magas hőmérsékleten történő működés során a vezetékek és kábelek szigetelése elöregszik, törékennyé válik és összeomlik. A szigetelés megsemmisítése elfogadhatatlan, mivel ez megteremti a vezetékek csupasz részei egymással való érintkezésének és az úgynevezett rövidzárlat lehetőségét.

A szabadon lévő vezetékek érintése áramütést okozhat. Végül a vezeték túlzott melegítése meggyújthatja a szigetelését és tüzet okozhat.

Annak érdekében, hogy a fűtés ne haladja meg a megengedett értéket, ki kell választania a vezeték megfelelő keresztmetszetét. Minél nagyobb az áramerősség, annál nagyobb keresztmetszetűnek kell lennie egy vezetéknek, mert a keresztmetszet növekedésével az ellenállás csökken, és ennek megfelelően a keletkező hő mennyisége is csökken.

A fűtővezetékek keresztmetszetének kiválasztása a táblázatok szerint történik, amelyek azt mutatják, hogy mekkora áram tud áthaladni a vezetéken anélkül, hogy elfogadhatatlan túlmelegedést okozna.va. Néha jelzik a megengedett áramsűrűséget, vagyis a vezeték keresztmetszetének négyzetmilliméterenkénti áramát.

Az áramsűrűség Ј egyenlő az áram erősségével (amperben) osztva a vezető keresztmetszetével (négyzetmilliméterben): Ј = I / S а / mm2

A megengedett áramsűrűség ismeretében Јráadásul megtalálhatja a szükséges vezetékszakaszt: S = I /Јadop

Belső huzalozásnál a megengedett áramsűrűség átlagosan 6A/mm2.

Egy példa. Meg kell határozni a vezeték keresztmetszetét, ha ismert, hogy a rajta áthaladó áramnak egyenlőnek kell lennie I = 15A-val, és a megengedett áramsűrűség Јadop - 6 mm2.

Döntés. Szükséges vezeték-keresztmetszet S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2