Μετάδοση ενέργειας μέσω καλωδίου

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από τουλάχιστον τρία στοιχεία: μια γεννήτρια, η οποία είναι πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, δέκτης ενέργειας και καλώδια που συνδέουν τη γεννήτρια και τον δέκτη.

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής βρίσκονται συχνά μακριά από το σημείο όπου καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια. Μια εναέρια γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας εκτείνεται σε δεκάδες ή και εκατοντάδες χιλιόμετρα μεταξύ του σταθμού παραγωγής ενέργειας και του τόπου κατανάλωσης ενέργειας. Οι αγωγοί της γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας είναι στερεωμένοι σε πόλους με μονωτήρες κατασκευασμένους από διηλεκτρικό, πιο συχνά πορσελάνη.

Με τη βοήθεια εναέριων γραμμών που συνθέτουν το ηλεκτρικό δίκτυο, παρέχεται ηλεκτρική ενέργεια σε κατοικίες και βιομηχανικά κτίρια όπου βρίσκονται καταναλωτές ενέργειας. Στο εσωτερικό των κτιρίων, η ηλεκτρική καλωδίωση είναι κατασκευασμένη από μονωμένα χάλκινα καλώδια και καλώδια και ονομάζεται καλωδίωση εσωτερικού χώρου.

Όταν η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται μέσω καλωδίων, παρατηρείται μια σειρά από ανεπιθύμητα φαινόμενα που σχετίζονται με την αντίσταση των συρμάτων στο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτά τα φαινόμενα περιλαμβάνουν απώλεια τάσης, απώλειες ισχύος γραμμής, καλώδια θέρμανσης.

Απώλεια τάσης γραμμής

Όταν ρέει ρεύμα, δημιουργείται πτώση τάσης στην αντίσταση γραμμής. Η αντίσταση γραμμής Rl μπορεί να υπολογιστεί εάν είναι γνωστά το μήκος της γραμμής l (σε μέτρα), η διατομή του αγωγού S (σε τετραγωνικά χιλιοστά) και η αντίσταση του υλικού του σύρματος ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(ο τύπος περιέχει τον αριθμό 2 γιατί πρέπει να ληφθούν υπόψη και τα δύο καλώδια).

Εάν ένα ρεύμα l διαρρέει τη γραμμή, τότε η πτώση τάσης στη γραμμή ΔUl σύμφωνα με το νόμο του Ohm είναι ίση με: ΔUl = IRl.

Εφόσον χάνεται μέρος της τάσης στη γραμμή, τότε στο τέλος της γραμμής (στον δέκτη) θα είναι πάντα μικρότερη από ό,τι στην αρχή της γραμμής (όχι στους ακροδέκτες της γεννήτριας). Μια πτώση της τάσης του δέκτη λόγω πτώσης τάσης γραμμής μπορεί να εμποδίσει την κανονική λειτουργία του δέκτη.

Ας υποθέσουμε, για παράδειγμα, ότι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως καίγονται κανονικά στα 220 V και είναι συνδεδεμένοι σε μια γεννήτρια που παρέχει 220 V. Ας υποθέσουμε ότι η γραμμή έχει μήκος l = 92 m, διατομή σύρματος S = 4 mm2 και αντίσταση ρ = 0 , 0175.

Αντίσταση γραμμής: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohms.

Εάν το ρεύμα διέρχεται από τους λαμπτήρες Az = 10 A, τότε η πτώση τάσης στη γραμμή θα είναι: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Επομένως, η τάση στους λαμπτήρες θα είναι 2,4 V μικρότερη από τη γεννήτρια τάση : Ulamps = 220 — 8 = 212 V. Οι λάμπες θα είναι μια χούφτα ανεπαρκώς αναμμένες. Μια αλλαγή στο ρεύμα που διαρρέει τους δέκτες προκαλεί αλλαγή στην πτώση τάσης στη γραμμή, με αποτέλεσμα μια αλλαγή στην τάση στους δέκτες.

Αφήστε μια από τις λάμπες να σβήσει σε αυτό το παράδειγμα και το ρεύμα στη γραμμή θα μειωθεί στα 5 A. Σε αυτήν την περίπτωση, η πτώση τάσης στη γραμμή θα μειωθεί: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Στην αναμμένη λάμπα, η τάση θα αυξηθεί, γεγονός που θα προκαλέσει αισθητή αύξηση της φωτεινότητάς της. Το παράδειγμα δείχνει ότι η ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση ενός μεμονωμένου δέκτη προκαλεί αλλαγή στην τάση άλλων δεκτών λόγω αλλαγής στην πτώση τάσης στη γραμμή. Αυτά τα φαινόμενα εξηγούν τις διακυμάνσεις της τάσης που παρατηρούνται συχνά στα ηλεκτρικά δίκτυα.

Η επίδραση της αντίστασης γραμμής στην τιμή της τάσης του δικτύου χαρακτηρίζεται από τη σχετική απώλεια τάσης. Ο λόγος της πτώσης τάσης στη γραμμή προς την κανονική τάση, εκφρασμένος ως ποσοστό σχετικής απώλειας τάσης (που συμβολίζεται με ΔU%), ονομάζεται:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Σύμφωνα με τα υπάρχοντα πρότυπα, οι αγωγοί της γραμμής πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε η απώλεια τάσης να μην υπερβαίνει το 5%, και υπό φορτίο φωτισμού να μην υπερβαίνει το 2 — 3%.

Απώλεια ενέργειας

Μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τη γεννήτρια περνά σε θερμότητα και σπαταλιέται στον ασβέστη, προκαλώντας θέρμανση μέσω αγωγιμότητας. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια που λαμβάνει ο δέκτης είναι πάντα μικρότερη από την ενέργεια που δίνει η γεννήτρια. Ομοίως, η ισχύς που καταναλώνεται στον δέκτη είναι πάντα μικρότερη από την ισχύ που αναπτύσσει η γεννήτρια.

Η απώλεια ισχύος στη γραμμή μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας την τρέχουσα αντοχή και αντίσταση της γραμμής: Plosses = Az2Rl

Για να χαρακτηρίσετε την απόδοση της μετάδοσης ισχύος, ορίστε την απόδοση γραμμής, η οποία νοείται ως ο λόγος της ισχύος που λαμβάνει ο δέκτης προς την ισχύ που αναπτύσσει η γεννήτρια.

Δεδομένου ότι η ισχύς που αναπτύσσεται από τη γεννήτρια είναι μεγαλύτερη από την ισχύ του δέκτη κατά το ποσό της απώλειας ισχύος στη γραμμή, η απόδοση (που συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα η — αυτό) υπολογίζεται ως: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

όπου Ppolzn είναι η ισχύς που καταναλώνεται στον δέκτη, Ploss είναι η απώλεια ισχύος στις γραμμές.

Από το παράδειγμα που συζητήθηκε προηγουμένως με τρέχουσα ισχύ Az = 10 Απώλεια ισχύος στη γραμμή (Rl = 0,8 ohms):

Απώλεια = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Χρήσιμη ισχύς P χρήσιμη = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

Απόδοση η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (ή 96%), δηλ. οι δέκτες λαμβάνουν μόνο το 96% της ισχύος που παράγεται από τη γεννήτρια.

Θέρμανση με σύρμα

Η θέρμανση των καλωδίων και των καλωδίων λόγω της θερμότητας που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα επιβλαβές φαινόμενο. Με παρατεταμένη λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες, η μόνωση των συρμάτων και των καλωδίων γερνά, γίνεται εύθραυστη και καταρρέει. Η καταστροφή της μόνωσης είναι απαράδεκτη, καθώς αυτό δημιουργεί τη δυνατότητα επαφής των γυμνών τμημάτων των συρμάτων μεταξύ τους και το λεγόμενο βραχυκύκλωμα.

Το άγγιγμα των εκτεθειμένων καλωδίων μπορεί να προκαλέσει ηλεκτροπληξία. Τέλος, η υπερβολική θέρμανση του σύρματος μπορεί να πυροδοτήσει τη μόνωση του και να προκαλέσει πυρκαγιά.

Για να διασφαλίσετε ότι η θέρμανση δεν υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή, πρέπει να επιλέξετε τη σωστή διατομή του σύρματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η διατομή ενός σύρματος, γιατί όσο αυξάνεται η διατομή μειώνεται η αντίσταση και, κατά συνέπεια, μειώνεται η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται.

Η επιλογή της διατομής των καλωδίων θέρμανσης πραγματοποιείται σύμφωνα με τους πίνακες που δείχνουν πόσο ρεύμα μπορεί να περάσει από το σύρμα χωρίς να προκαλέσει απαράδεκτη υπερθέρμανση.va. Μερικές φορές υποδεικνύουν την επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος, δηλαδή την ποσότητα ρεύματος ανά τετραγωνικό χιλιοστό της διατομής του σύρματος.

Η πυκνότητα ρεύματος Ј ισούται με την ισχύ του ρεύματος (σε αμπέρ) διαιρούμενη με τη διατομή του αγωγού (σε τετραγωνικά χιλιοστά): Ј = I / S а / mm2

Γνωρίζοντας την επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος ЈΕπιπλέον, μπορείτε να βρείτε το απαραίτητο τμήμα αγωγού: S = I /Јadop

Για την εσωτερική καλωδίωση, η επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος είναι κατά μέσο όρο 6A/mm2.

Ενα παράδειγμα. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η διατομή του σύρματος, εάν είναι γνωστό ότι το ρεύμα που διέρχεται από αυτό πρέπει να είναι ίσο με I = 15A και η επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος Јadop — 6Аmm2.

Απόφαση. Απαιτούμενη διατομή σύρματος S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2