Energijos perdavimas laidu

Elektros grandinę sudaro mažiausiai trys elementai: generatorius, kuris yra elektros energijos šaltinis, energijos imtuvas ir laidai, jungiantys generatorių ir imtuvą.

Elektrinės dažnai yra toli nuo elektros suvartojimo vietos. Tarp elektrinės ir energijos vartojimo vietos driekiasi dešimčių ir net šimtų kilometrų oro linija. Elektros linijos laidininkai tvirtinami ant polių izoliatoriais iš dielektriko, dažniausiai porceliano.

Oro linijų, sudarančių elektros tinklą, pagalba elektra tiekiama gyvenamiesiems ir pramoniniams pastatams, kuriuose yra energijos vartotojai. Pastatų viduje elektros laidai yra pagaminti iš izoliuotų varinių laidų ir kabelių ir vadinami vidaus laidais.

Kai elektra perduodama laidais, pastebima daugybė nepageidaujamų reiškinių, susijusių su laidų atsparumu elektros srovei. Šie reiškiniai apima įtampos praradimas, linijos galios nuostoliai, šildymo laidai.

Linijos įtampos praradimas

Kai teka srovė, linijos varžoje susidaro įtampos kritimas. Linijos varžą Rl galima apskaičiuoti, jei žinomas linijos ilgis l (metrais), laidininko S skerspjūvis (kvadratiniais milimetrais) ir vielos medžiagos varža ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(formulėje yra skaičius 2, nes reikia atsižvelgti į abu laidus).

Jeigu linija teka srovė l, tai įtampos kritimas linijoje ΔUl pagal Omo dėsnį yra lygus: ΔUl = IRl.

Kadangi prarandama dalis įtampos linijoje, tai linijos gale (prie imtuvo) ji visada bus mažesnė nei linijos pradžioje (ne generatoriaus gnybtuose). Imtuvo įtampos kritimas dėl tinklo įtampos kritimo gali trukdyti imtuvui normaliai veikti.

Tarkime, pavyzdžiui, kaitinamosios lempos paprastai dega 220 V įtampa ir yra prijungtos prie generatoriaus, tiekiančio 220 V. Tarkime, kad linijos ilgis l = 92 m, laido skerspjūvis S = 4 mm2 ir varža ρ = 0 , 0175.

Linijos varža: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 omo.

Jei srovė teka per lempas Az = 10 A, tai įtampos kritimas linijoje bus: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Todėl lempose įtampa bus 2,4 V mažesnė nei generatoriaus. įtampa : Ulamps = 220 — 8 = 212 V. Lempos bus nepakankamai apšviestos. Srovės, tekančios per imtuvus, pasikeitimas lemia įtampos kritimo linijoje pokytį, dėl to keičiasi imtuvų įtampa.

Tegul viena iš lempučių šiame pavyzdyje išsijungia ir srovė linijoje sumažės iki 5 A. Tokiu atveju įtampos kritimas linijoje sumažės: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Įjungtoje lempoje įtampa padidės, o tai žymiai padidins jos ryškumą. Pavyzdyje matyti, kad įjungus arba išjungus atskirą imtuvą pasikeičia kitų imtuvų įtampa dėl įtampos kritimo linijoje pasikeitimo. Šie reiškiniai paaiškina dažnai elektros tinkluose stebimus įtampos svyravimus.

Linijos varžos poveikis tinklo įtampos vertei apibūdinamas santykiniu įtampos nuostoliu. Įtampos kritimo linijoje ir normalios įtampos santykis, išreikštas santykinio įtampos nuostolių procentais (žymimas ΔU%), vadinamas:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Pagal galiojančius standartus linijos laidininkai turi būti suprojektuoti taip, kad įtampos nuostoliai neviršytų 5%, o esant apšvietimo apkrovai neviršytų 2 — 3%.

Energijos praradimas

Dalis generatoriaus generuojamos elektros energijos pereina į šilumą ir iššvaistoma kalkėse, todėl laidumas sukelia šilumą. Dėl to imtuvo gaunama energija visada yra mažesnė už generatoriaus duodamą energiją. Taip pat imtuvo suvartojama galia visada yra mažesnė už generatoriaus išvystytą galią.

Galios nuostolius linijoje galima apskaičiuoti žinant linijos srovės stiprumą ir varžą: Plossai = Az2Rl

Energijos perdavimo efektyvumui apibūdinti apibrėžkite linijos efektyvumą, kuris suprantamas kaip imtuvo gaunamos galios ir generatoriaus išvystytos galios santykis.

Kadangi generatoriaus išvystyta galia yra didesnė už imtuvo galią energijos nuostolių linijoje dydžiu, efektyvumas (žymimas graikiška raide η - tai) apskaičiuojamas taip: η = smukus / (Puseful + Plosses)

kur Ppolzn yra imtuve sunaudota galia, Ploss yra galios nuostoliai linijose.

Iš anksčiau aptarto pavyzdžio su srovės stipriu Az = 10 Galios nuostoliai linijoje (Rl = 0,8 omo):

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

Naudinga galia P naudinga = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

Efektyvumas η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (arba 96%), t.y. imtuvai gauna tik 96% generatoriaus generuojamos galios.

Šildymas viela

Laidų ir kabelių įkaitimas dėl elektros srovės generuojamos šilumos yra žalingas reiškinys. Ilgai dirbant aukštesnėje temperatūroje, laidų ir kabelių izoliacija sensta, tampa trapi ir griūva. Izoliacijos sunaikinimas yra nepriimtinas, nes tai sukuria galimybę plikoms laidų dalims liestis viena su kita ir taip vadinamas trumpasis jungimas.

Palietus atvirus laidus, galite sukelti elektros smūgį. Galiausiai per didelis laido įkaitimas gali uždegti jo izoliaciją ir sukelti gaisrą.

Norėdami užtikrinti, kad šildymas neviršytų leistinos vertės, turite pasirinkti tinkamą laido skerspjūvį. Kuo didesnė srovė, tuo didesnį laido skerspjūvį turi turėti, nes didėjant skerspjūviui varža mažėja ir atitinkamai mažėja generuojamos šilumos kiekis.

Šildymo laidų skerspjūvio parinkimas atliekamas pagal lenteles, kuriose parodyta, kiek srovė gali praeiti per laidą nesukeliant nepriimtino perkaitimo.va. Kartais jie nurodo leistiną srovės tankį, tai yra, srovės kiekį kvadratiniame milimetre vielos skerspjūvio.

Srovės tankis Ј yra lygus srovės stipriui (amperais), padalytam iš laidininko skerspjūvio (kvadratiniais milimetrais): Ј = I / S а / mm2

Žinodami leistiną srovės tankį, be to, galite rasti reikiamą laidininko atkarpą: S = I /Јadop

Vidiniams laidams leistinas srovės tankis yra vidutiniškai 6A/mm2.

Pavyzdys. Būtina nustatyti laido skerspjūvį, jei žinoma, kad per jį einanti srovė turi būti lygi I = 15A, o leistinas srovės tankis Јadop — 6Аmm2.

Sprendimas. Reikalingas laido skerspjūvis S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2