Предаване на енергия по проводник

Електрическата верига се състои от поне три елемента: генератор, който е източник на електрическа енергия, приемник на енергия и проводници, свързващи генератора и приемника.

Често електроцентралите се намират далеч от мястото, където се консумира електричество. Въздушен електропровод се простира на десетки и дори стотици километри между електроцентралата и мястото на консумация на енергия. Проводниците на електропровода са фиксирани върху стълбове с изолатори, изработени от диелектрик, най -често порцелан.

С помощта на въздушни линии, които изграждат електрическата мрежа, токът се подава към жилищни и промишлени сгради, в които се намират консуматори на енергия. Вътре в сградите електрическото окабеляване е направено от изолирани медни проводници и кабели и се нарича вътрешно окабеляване.

Когато електричеството се предава по проводници, се наблюдават редица нежелани явления, свързани с устойчивостта на проводниците към електрически ток. Тези явления включват загуба на напрежение, загуби на мощност в линията, нагревателни проводници.

Загуба на напрежение в линията

Когато токът премине, се създава спад на напрежението през съпротивлението на линията. Линейно съпротивление Rl може да се изчисли, ако дължината на линията е известна л (в метри), напречното сечение на проводника S (в квадратни милиметри) и съпротивлението на жичния материал ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(формулата съдържа числото 2, тъй като и двата проводника трябва да бъдат взети под внимание).

Ако през линията тече ток л, след това спадът на напрежението в линията ΔUл според закона на Ом е равно на: ΔUl = IRл.

Тъй като част от напрежението в линията се губи, тогава в края на линията (в приемника) тя винаги ще бъде по -малка, отколкото в началото на линията (не в клемите на генератора). Намаляването на напрежението на приемника поради спадане на напрежението в линията може да попречи на нормалната работа на приемника.

Да предположим например, че лампите с нажежаема жичка обикновено изгарят при 220 V и са свързани към генератор, осигуряващ 220 V. Да предположим, че линията има дължина l = 92 m, напречно сечение на тел S = 4 mm2 и съпротивление ρ = 0,0175.

Линейно съпротивление: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ома.

Ако токът преминава през лампите Аз = 10 A, тогава спадът на напрежението в линията ще бъде: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V… Следователно напрежението в лампите ще бъде с 2,4 V по -малко от напрежението на генератора: Uлампи = 220 — 8 = 212 V. Лампите ще бъдат шепа недостатъчно запалени. Промяната в тока, преминаващ през приемниците, причинява промяна в спада на напрежението в линията, в резултат на което се променя и напрежението в приемниците.

Нека една от лампите се изключи в разглеждания пример и токът в линията ще намалее до 5 А. В този случай спадът на напрежението в линията ще намалее: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

На включената лампа напрежението ще се повиши, което ще доведе до забележимо увеличаване на светенето му. Примерът показва, че включването или изключването на отделен приемник причинява промяна в напрежението на други приемници поради промяна в спада на напрежението в линията. Тези явления обясняват колебанията в напрежението, които често се наблюдават в електрическите мрежи.

Ефектът на съпротивлението на линията върху стойността на мрежовото напрежение се характеризира с относителната загуба на напрежение. Извиква се съотношението на спада на напрежението в линията към нормалното напрежение, изразено като процент относителна загуба на напрежение (означени с ΔU%):

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Съгласно съществуващите стандарти, проводниците на линията трябва да бъдат проектирани така, че загубата на напрежение да не надвишава 5%, а при натоварване при осветление да не надвишава 2 — 3%.

Загуба на енергия

Част от електрическата енергия, генерирана от генератора, преминава в топлина и се използва безполезно във вар, причинявайки нагряване чрез провеждане. В резултат на това енергията, получена от приемника, винаги е по -малка от енергията, дадена от генератора. По същия начин, консумираната мощност в приемника винаги е по -малка от мощността, развита от генератора.

Загубата на мощност в линията може да се изчисли, като се знае текущата сила и съпротивлението на линията: Pзагуби = Аз2Rл

За да характеризирате ефективността на предаването на енергия, дефинирайте ефективност на линията, което се разбира като съотношението на мощността, получена от приемника, към мощността, развита от генератора.

Тъй като мощността, развита от генератора, е по -голяма от мощността на приемника с размера на загубата на мощност в линията, ефективността (обозначена с гръцката буква η — това) се изчислява като: η = Pполезен / (Pполезно + Pзагуби)

където, Ppolzn е консумираната мощност в приемника, Ploss е загубата на мощност в линиите.

От разгледания по -рано пример със сила на тока Аз = 10 Загуба на мощност в линията (Rl = 0,8 ома):

Загуба = Аз2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Полезна мощност P полезна = Uлампи x Аз = 212x 10 = 2120 W.

Ефективност η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (или 96%), т.е. приемниците получават само 96% от енергията, генерирана от генератора.

Отопление с тел

Затоплянето на проводници и кабели поради топлината, генерирана от електрически ток, е вредно явление. При продължителна работа при повишени температури изолацията на проводниците и кабелите остарява, става крехка и се руши. Разрушаването на изолацията е неприемливо, тъй като това създава възможност за контакт на оголените части на проводниците помежду си и така нареченото късо съединение.

Докосването на открити проводници може да причини токов удар. И накрая, прекомерното повишаване на температурата на проводника може да запали изолацията му и да причини пожар.

За да сте сигурни, че отоплението не надвишава допустимата стойност, трябва да изберете правилното напречно сечение на проводника. Колкото по -голям е токът, колкото по-голямо е напречното сечение, трябва да има тел, тъй като с увеличаване на напречното сечение съпротивлението намалява и съответно количеството генерирана топлина намалява.

Изборът на напречното сечение на проводниците за отопление се извършва съгласно таблиците, които показват колко ток може да премине през проводника, без да причинява неприемливо прегряване.vа. Понякога те показват допустимата плътност на тока, тоест количеството ток на един квадратен милиметър от напречното сечение на проводника.

Плътност на тока Ј е равен на силата на тока (в ампери), разделена на напречното сечение на проводника (в квадратни милиметри): Ј = I / S а / мм2

Познаване на допустимата плътност на тока Јдопълнително, можете да намерите необходимото раздел проводници: S = I /Јadop

За вътрешно окабеляване допустимата плътност на тока е средно 6А/ mm2.

Пример. Необходимо е да се определи напречното сечение на проводника, ако е известно, че токът, преминаващ през него, трябва да бъде равен на I = 15А, и допустимата плътност на тока Јadop — 6Аmm2.

Решенне. Необходимо напречно сечение на тел S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 мм2