Energian siirto langan yli

Sähköpiiri koostuu vähintään kolmesta elementistä: generaattori, joka on sähköenergian lähde, energian vastaanottaja ja johdot, jotka yhdistävät generaattorin ja vastaanottimen.

Voimalaitokset sijaitsevat usein kaukana sähkönkulutuksesta. Voimalaitoksen ja energiankulutuspaikan välillä kulkee ilmajohto kymmeniä ja jopa satoja kilometrejä. Sähkölinjan johtimet on kiinnitetty napoihin eristeillä, useimmiten posliinilla.

Sähköverkon muodostavien ilmajohtojen avulla sähköä toimitetaan asuin- ja teollisuusrakennuksiin, joissa energiankuluttajat sijaitsevat. Rakennusten sisällä sähköjohdot valmistetaan eristettyistä kuparilangoista ja -kaapeleista, ja niitä kutsutaan sisäjohdotuksiksi.

Kun sähköä siirretään johtojen kautta, havaitaan useita ei-toivottuja ilmiöitä, jotka liittyvät johtimien sähkövirran vastukseen. Näitä ilmiöitä ovat mm jännitehäviö, linjan tehohäviöt, lämmitysjohdot.

Verkkojännitteen menetys

Kun virta kulkee, jännitehäviö syntyy linjavastuksen yli. Johdon resistanssi Rl voidaan laskea, jos tunnetaan johdon l pituus (metreinä), johtimen S poikkileikkaus (neliömillimetreinä) ja lankamateriaalin vastus ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(kaava sisältää luvun 2, koska molemmat johdot on otettava huomioon).

Jos johdon läpi kulkee virta l, jännitehäviö johdossa ΔUl Ohmin lain mukaan on yhtä suuri kuin: ΔUl = IRl.

Koska osa linjan jännitteestä katoaa, niin linjan lopussa (vastaanottimessa) se on aina pienempi kuin linjan alussa (ei generaattorin liittimissä). Verkkojännitteen laskusta johtuva vastaanottimen jännitteen lasku voi estää vastaanotinta toimimasta normaalisti.

Oletetaan esimerkiksi, että hehkulamput palavat normaalisti 220 V jännitteellä ja ne on kytketty generaattoriin, joka tuottaa 220 V. Oletetaan, että johdon pituus on l = 92 m, johdon poikkileikkaus S = 4 mm2 ja resistanssi ρ = ​​0 , 0175.

Linjan vastus: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohmia.

Jos virta kulkee lamppujen läpi Az = 10 A, niin jännitehäviö johdossa on: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Siksi lamppujen jännite on 2,4 V pienempi kuin generaattorissa jännite : Ulamput = 220 — 8 = 212 V. Lamput ovat kourallinen riittämättömästi sytytettyjä. Muutos vastaanottimien läpi kulkevassa virrassa aiheuttaa muutoksen jännitehäviössä linjan yli, mikä johtaa muutokseen vastaanottimien jännitteessä.

Anna tässä esimerkissä yhden lampun sammua ja johdon virta pienenee 5 A:iin. Tässä tapauksessa jännitehäviö linjassa pienenee: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Sytytetyssä lampussa jännite nousee, mikä lisää sen kirkkautta huomattavasti. Esimerkki osoittaa, että yksittäisen vastaanottimen kytkeminen päälle tai pois päältä aiheuttaa muutoksen muiden vastaanottimien jännitteessä johtuen johdon jännitehäviön muutoksesta. Nämä ilmiöt selittävät sähköverkoissa usein havaitut jännitteen vaihtelut.

Linjavastuksen vaikutusta verkon jännitearvoon kuvaa suhteellinen jännitehäviö. Johdon jännitehäviön suhdetta normaalijännitteeseen, ilmaistaan ​​prosentteina suhteellisesta jännitehäviöstä (merkitty ΔU%), kutsutaan:

ΔU % = (ΔUl /U)x100 %

Nykyisten standardien mukaan johdon johtimet on suunniteltava siten, että jännitehäviö ei ylitä 5 % ja valaistuskuormituksen alaisena enintään 2 - 3 %.

Energian menetys

Osa generaattorin tuottamasta sähköenergiasta siirtyy lämmöksi ja menee hukkaan kalkkiin aiheuttaen kuumenemista johtuessa. Tämän seurauksena vastaanottimen vastaanottama energia on aina pienempi kuin generaattorin antama energia. Vastaavasti vastaanottimen kulutettu teho on aina pienempi kuin generaattorin kehittämä teho.

Johdon tehohäviö voidaan laskea tietämällä johdon virran voimakkuus ja vastus: Plosses = Az2Rl

Tehonsiirron tehokkuuden kuvaamiseksi määrittele linjahyötysuhde, jolla tarkoitetaan vastaanottimen vastaanottaman tehon suhdetta generaattorin kehittämään tehoon.

Koska generaattorin kehittämä teho on suurempi kuin vastaanottimen teho linjan tehohäviön määrällä, hyötysuhde (merkitty kreikkalaisella kirjaimella η - tämä) lasketaan seuraavasti: η = Puseful / (Puseful + Losses)

missä Ppolzn on vastaanottimen kulutettu teho, Ploss on johtojen tehohäviö.

Aiemmin käsitellystä esimerkistä virranvoimakkuudella Az = 10 Tehohäviö johdossa (Rl = 0,8 ohmia):

Häviö = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Hyödyllinen teho P hyödyllinen = Ulamput x I = 212x 10 = 2120 W.

Hyötysuhde η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (tai 96 %), so. vastaanottimet saavat vain 96 % generaattorin tuottamasta tehosta.

Lämmitys langalla

Johtojen ja kaapeleiden kuumeneminen sähkövirran tuottaman lämmön vuoksi on haitallinen ilmiö. Pitkäaikaisessa käytössä korkeissa lämpötiloissa johtojen ja kaapeleiden eristys vanhenee, haurastuu ja romahtaa. Eristyksen tuhoamista ei voida hyväksyä, koska tämä luo mahdollisuuden johtimien paljaiden osien kosketukseen toistensa kanssa ja niin sanotun oikosulun.

Paljaiden johtojen koskettaminen voi aiheuttaa sähköiskun. Lopuksi langan liiallinen kuumeneminen voi sytyttää sen eristeen ja aiheuttaa tulipalon.

Varmistaaksesi, että lämmitys ei ylitä sallittua arvoa, sinun on valittava oikea langan poikkileikkaus. Mitä suurempi virta, sitä suurempi johtimen poikkileikkaus tulee olla, koska poikkileikkauksen kasvaessa vastus pienenee ja vastaavasti syntyvän lämmön määrä pienenee.

Lämmitysjohtojen poikkileikkauksen valinta suoritetaan taulukoiden mukaan, jotka osoittavat, kuinka paljon virtaa voi kulkea johdon läpi aiheuttamatta ei-hyväksyttävää ylikuumenemista.va. Joskus ne osoittavat sallitun virrantiheyden, eli virran määrän langan poikkileikkauksen neliömillimetriä kohti.

Virran tiheys Ј on yhtä suuri kuin virran voimakkuus (ampeereina) jaettuna johtimen poikkileikkauksella (neliömillimetreinä): Ј = I / S а / mm2

Kun tiedät sallitun virrantiheyden Јlisäksi, löydät tarvittavan johdinosan: S = I /Јadop

Sisäisen johdotuksen sallittu virrantiheys on keskimäärin 6 A/mm2.

Esimerkki. Johdon poikkileikkaus on määritettävä, jos tiedetään, että sen läpi kulkevan virran tulee olla yhtä suuri kuin I = 15A ja sallittu virrantiheys Јadop - 6Аmm2.

Päätös. Vaadittu langan poikkileikkaus S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2