Enerģijas pārraide pa vadu

Elektriskā ķēde sastāv no vismaz trim elementiem: ģeneratora, kas ir elektriskās enerģijas avots, enerģijas uztvērējs un vadi, kas savieno ģeneratoru un uztvērēju.

Elektrostacijas bieži atrodas tālu no elektroenerģijas patēriņa vietas. Desmitiem un pat simtiem kilometru starp elektrostaciju un enerģijas patēriņa vietu stiepjas gaisvadu elektrolīnija. Elektrības līnijas vadītāji ir piestiprināti pie stabiem ar izolatoriem, kas izgatavoti no dielektriķa, visbiežāk porcelāna.

Ar gaisvadu līniju palīdzību, kas veido elektrotīklu, elektroenerģija tiek piegādāta dzīvojamām un ražošanas ēkām, kurās atrodas enerģijas patērētāji. Ēku iekšpusē elektroinstalācija ir izgatavota no izolētiem vara vadiem un kabeļiem, un to sauc par iekštelpu elektroinstalāciju.

Kad elektrība tiek pārraidīta pa vadiem, tiek novērotas vairākas nevēlamas parādības, kas saistītas ar vadu pretestību elektriskajai strāvai. Šīs parādības ietver sprieguma zudums, līnijas jaudas zudumi, apkures vadi.

Līnijas sprieguma zudums

Kad strāva plūst, līnijas pretestībā tiek izveidots sprieguma kritums. Līnijas pretestību Rl var aprēķināt, ja ir zināms līnijas l garums (metros), vadītāja S šķērsgriezums (kvadrātmilimetros) un stieples materiāla pretestība ρ:

Rl = ρ (2l/S)

(formulā ir skaitlis 2, jo jāņem vērā abi vadi).

Ja caur līniju plūst strāva l, tad sprieguma kritums līnijā ΔUl saskaņā ar Oma likumu ir vienāds ar: ΔUl = IRl.

Tā kā daļa sprieguma līnijā tiek zaudēta, tad līnijas beigās (pie uztvērēja) tas vienmēr būs mazāks nekā līnijas sākumā (nevis pie ģeneratora spailēm). Uztvērēja sprieguma kritums līnijas sprieguma krituma dēļ var traucēt uztvērējam normāli darboties.

Pieņemsim, piemēram, ka kvēlspuldzes parasti deg pie 220 V un ir savienotas ar ģeneratoru, kas nodrošina 220 V. Pieņemsim, ka līnijas garums ir l = 92 m, stieples šķērsgriezums S = 4 mm2 un pretestība ρ = 0 , 0175.

Līnijas pretestība: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 omi.

Ja strāva iet cauri lampām Az = 10 A, tad sprieguma kritums līnijā būs: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Līdz ar to spriegums lampās būs par 2,4 V mazāks nekā ģeneratoram. spriegums : Ulampas = 220 — 8 = 212 V. Lampas būs saujas nepietiekami iedegtas. Izmaiņas strāvā, kas plūst caur uztvērējiem, izraisa izmaiņas sprieguma kritumā visā līnijā, kā rezultātā mainās spriegums uztvērējos.

Ļaujiet vienai no lampām šajā piemērā izslēgties, un strāva līnijā samazināsies līdz 5 A. Šajā gadījumā sprieguma kritums līnijā samazināsies: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Uz ieslēgtas spuldzes paaugstināsies spriegums, kas ievērojami palielinās tā spilgtumu. Piemērā redzams, ka atsevišķa uztvērēja ieslēgšana vai izslēgšana izraisa sprieguma izmaiņas citos uztvērējos, jo mainās sprieguma kritums līnijā. Šīs parādības izskaidro sprieguma svārstības, kas bieži tiek novērotas elektrotīklos.

Līnijas pretestības ietekmi uz tīkla sprieguma vērtību raksturo relatīvais sprieguma zudums. Sprieguma krituma līnijā attiecību pret parasto spriegumu, kas izteikta procentos relatīvā sprieguma zuduma (apzīmē ar ΔU%), sauc:

ΔU% = (ΔUl/U)x100%

Atbilstoši esošajiem standartiem līnijas vadītāji jāprojektē tā, lai sprieguma zudumi nepārsniegtu 5%, bet pie apgaismojuma slodzes nepārsniegtu 2 — 3%.

Enerģijas zudums

Daļa no ģeneratora saražotās elektriskās enerģijas pāriet siltumā un tiek izšķērdēta kaļķos, izraisot karsēšanu vadīšanas rezultātā. Rezultātā uztvērēja saņemtā enerģija vienmēr ir mazāka par ģeneratora doto enerģiju. Tāpat uztvērējā patērētā jauda vienmēr ir mazāka par ģeneratora izstrādāto jaudu.

Jaudas zudumu līnijā var aprēķināt, zinot līnijas strāvas stiprumu un pretestību: Ploses = Az2Rl

Enerģijas pārvades efektivitātes raksturošanai definējiet līnijas efektivitāti, ar ko saprot uztvērēja saņemtās jaudas attiecību pret ģeneratora attīstīto jaudu.

Tā kā ģeneratora izstrādātā jauda ir lielāka par uztvērēja jaudu par jaudas zuduma lielumu līnijā, efektivitāti (apzīmē ar grieķu burtu η — tas) aprēķina šādi: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

kur Ppolzn ir uztvērējā patērētā jauda, ​​Ploss ir jaudas zudumi līnijās.

No iepriekš apskatītā piemēra ar strāvas stiprumu Az = 10 Jaudas zudums līnijā (Rl = 0,8 omi):

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

Noderīgā jauda P noderīga = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

Efektivitāte η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (vai 96%), t.i. uztvērēji saņem tikai 96% no ģeneratora saražotās jaudas.

Apkure ar vadu

Vadu un kabeļu uzkaršana elektriskās strāvas radītā siltuma dēļ ir kaitīga parādība. Ilgstoši darbojoties paaugstinātā temperatūrā, vadu un kabeļu izolācija noveco, kļūst trausla un sabrūk. Izolācijas iznīcināšana ir nepieņemama, jo tas rada iespēju saskarties starp vadu tukšajām daļām un tā saukto īssavienojumu.

Pieskaroties atklātajiem vadiem, var rasties elektriskās strāvas trieciens. Visbeidzot, stieples pārmērīga uzkaršana var aizdegties tā izolācijā un izraisīt ugunsgrēku.

Lai nodrošinātu, ka apkure nepārsniedz pieļaujamo vērtību, jums jāizvēlas pareizais stieples šķērsgriezums. Jo lielāka ir strāva, jo lielākam ir jābūt stieples šķērsgriezumam, jo, palielinoties šķērsgriezumam, samazinās pretestība un attiecīgi samazinās radītā siltuma daudzums.

Apkures vadu šķērsgriezuma atlase tiek veikta saskaņā ar tabulām, kas parāda, cik daudz strāvas var iziet caur vadu, neizraisot nepieņemamu pārkaršanu.va. Dažreiz tie norāda pieļaujamo strāvas blīvumu, tas ir, strāvas daudzumu uz stieples šķērsgriezuma kvadrātmilimetru.

Strāvas blīvums Ј ir vienāds ar strāvas stiprumu (ampēros), kas dalīts ar vadītāja šķērsgriezumu (kvadrātmilimetros): Ј = I / S а / mm2

Zinot pieļaujamo strāvas blīvumu Јpapildus, var atrast nepieciešamo vadītāja sekciju: S = I /Јadop

Iekšējai elektroinstalācijai pieļaujamais strāvas blīvums ir vidēji 6A/mm2.

Piemērs. Jānosaka stieples šķērsgriezums, ja zināms, ka caur to ejošajai strāvai jābūt vienādai ar I = 15A, bet pieļaujamajam strāvas blīvumam Јadop — 6Аmm2.

Lēmums. Nepieciešamais stieples šķērsgriezums S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2