Overdracht van energie over een draad

Een elektrisch circuit bestaat uit minstens drie elementen: een generator, die een bron van elektrische energie is, ontvanger van energie en draden die de generator en de ontvanger verbinden.

Elektriciteitscentrales staan ​​vaak ver van de plaats waar elektriciteit wordt verbruikt. Een bovengrondse hoogspanningslijn strekt zich uit over tientallen en zelfs honderden kilometers tussen de elektriciteitscentrale en de plaats van energieverbruik. De geleiders van de hoogspanningslijn zijn bevestigd op palen met isolatoren gemaakt van een diëlektricum, meestal porselein.

Met behulp van bovenleidingen die het elektriciteitsnet vormen, wordt elektriciteit geleverd aan woon- en industriële gebouwen waar energieverbruikers zich bevinden. Binnen gebouwen is elektrische bedrading gemaakt van geïsoleerde koperdraden en kabels en wordt binnenbedrading genoemd.

Wanneer elektriciteit via draden wordt overgedragen, worden een aantal ongewenste verschijnselen waargenomen die verband houden met de weerstand van de draden tegen elektrische stroom. Deze verschijnselen omvatten spanningsverlies, lijnvermogensverliezen, verwarmingsdraden.

Verlies van netspanning

Wanneer stroom vloeit, ontstaat er een spanningsval over de lijnweerstand. Lijnweerstand Rl kan worden berekend als de lengte van de lijn l (in meters), de doorsnede van de geleider S (in vierkante millimeters) en de weerstand van het draadmateriaal ρ bekend zijn:

Rl = ρ (2l / S)

(de formule bevat het getal 2 omdat met beide draden rekening moet worden gehouden).

Als er een stroom l door de leiding vloeit, dan is de spanningsval in de leiding ΔUl volgens de wet van Ohm gelijk aan: ΔUl = IRl.

Aangezien een deel van de spanning in de lijn verloren gaat, zal deze aan het einde van de lijn (bij de ontvanger) altijd lager zijn dan aan het begin van de lijn (niet bij de generatorklemmen). Een daling van de ontvangerspanning als gevolg van een lijnspanningsdaling kan voorkomen dat de ontvanger normaal werkt.

Stel bijvoorbeeld dat gloeilampen normaal branden op 220 V en zijn aangesloten op een generator die 220 V levert. Stel dat de lijn een lengte l = 92 m heeft, een draaddoorsnede S = 4 mm2 en een weerstand ρ = 0 , 0175.

Lijnweerstand: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohm.

Als de stroom door de lampen gaat Az = 10 A, dan is de spanningsval in de lijn: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Daarom zal de spanning in de lampen 2,4 V minder zijn dan de generator spanning : Ulampen = 220 — 8 = 212 V. De lampen zullen een handvol onvoldoende branden. Een verandering in de stroom die door de ontvangers vloeit, veroorzaakt een verandering in de spanningsval over de lijn, wat resulteert in een verandering in de spanning over de ontvangers.

Laat in dit voorbeeld één van de lampen uitgaan en de stroom in de lijn zal afnemen tot 5 A. In dit geval zal de spanningsval in de lijn afnemen: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Op de ingeschakelde lamp zal de spanning stijgen, wat een merkbare toename van de helderheid zal veroorzaken. Het voorbeeld laat zien dat het in- of uitschakelen van een individuele ontvanger een verandering in de spanning van andere ontvangers veroorzaakt door een verandering in de spanningsval in de lijn. Deze verschijnselen verklaren de spanningsschommelingen die vaak worden waargenomen in elektrische netwerken.

Het effect van lijnweerstand op de netwerkspanningswaarde wordt gekenmerkt door het relatieve spanningsverlies. De verhouding van de spanningsval in de lijn tot de normale spanning, uitgedrukt als een percentage relatief spanningsverlies (aangegeven met ΔU%), wordt genoemd:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Volgens de bestaande normen moeten de geleiders van de lijn zo zijn ontworpen dat het spanningsverlies niet meer dan 5% bedraagt ​​en onder verlichtingsbelasting niet meer dan 2 - 3%.

Verlies van energie

Een deel van de elektrische energie die door de generator wordt opgewekt, gaat over in warmte en wordt verspild in kalk, waardoor verwarming door geleiding ontstaat. Hierdoor is de energie die de ontvanger ontvangt altijd minder dan de energie die de generator levert. Evenzo is het vermogen dat in de ontvanger wordt verbruikt altijd lager dan het vermogen dat door de generator wordt ontwikkeld.

Het vermogensverlies in de lijn kan worden berekend door de huidige sterkte en weerstand van de lijn te kennen: Plossen = Az2Rl

Om de efficiëntie van krachtoverbrenging te karakteriseren, definieert u lijnefficiëntie, die wordt opgevat als de verhouding tussen het vermogen dat door de ontvanger wordt ontvangen en het vermogen dat door de generator wordt ontwikkeld.

Aangezien het door de generator ontwikkelde vermogen groter is dan het vermogen van de ontvanger door de hoeveelheid vermogensverlies in de lijn, wordt de efficiëntie (aangegeven door de Griekse letter η - dit) berekend als: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

waarbij Ppolzn het stroomverbruik in de ontvanger is, Ploss het vermogensverlies in de lijnen.

Uit het eerder besproken voorbeeld met stroomsterkte Az = 10 Vermogensverlies in de lijn (Rl = 0,8 ohm):

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

Nuttig vermogen P nuttig = Ulampen x I = 212x 10 = 2120 W.

Efficiëntie η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (of 96%), d.w.z. de ontvangers ontvangen slechts 96% van het vermogen dat door de generator wordt opgewekt.

Verwarming met draad

Het opwarmen van draden en kabels door de warmte die wordt gegenereerd door elektrische stroom is een schadelijk fenomeen. Bij langdurig gebruik bij verhoogde temperaturen veroudert de isolatie van draden en kabels, wordt broos en stort in. Vernietiging van de isolatie is onaanvaardbaar, omdat dit de mogelijkheid creëert van contact van de blote delen van de draden met elkaar en de zogenaamde kortsluiting.

Het aanraken van blootliggende draden kan een elektrische schok veroorzaken. Ten slotte kan overmatige verhitting van de draad de isolatie doen ontbranden en brand veroorzaken.

Om ervoor te zorgen dat de verwarming de toegestane waarde niet overschrijdt, moet u de juiste doorsnede van de draad kiezen. Hoe groter de stroom, hoe groter de doorsnede die een draad moet hebben, want naarmate de doorsnede toeneemt, neemt de weerstand af en daarmee ook de hoeveelheid opgewekte warmte.

De selectie van de doorsnede van de verwarmingsdraden wordt uitgevoerd volgens de tabellen die laten zien hoeveel stroom er door de draad kan gaan zonder onaanvaardbare oververhitting te veroorzaken.va. Soms geven ze de toegestane stroomdichtheid aan, dat wil zeggen de hoeveelheid stroom per vierkante millimeter van de doorsnede van de draad.

Stroomdichtheid Ј is gelijk aan de sterkte van de stroom (in ampère) gedeeld door de doorsnede van de geleider (in vierkante millimeters): Ј = I / S а / mm2

Als u de toegestane stroomdichtheid kent, kunt u bovendien de benodigde geleiderdoorsnede vinden: S = I /Јadop

Voor interne bedrading is de toegestane stroomdichtheid gemiddeld 6A/mm2.

Een voorbeeld. Het is noodzakelijk om de doorsnede van de draad te bepalen, als bekend is dat de stroom die er doorheen gaat gelijk moet zijn aan I = 15A, en de toegestane stroomdichtheid Јadop - 6Аmm2.

Beslissing. Vereiste draaddoorsnede S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2