Передача электроэнергии по проводам

Электрическая цепь состоит по меньшей мере из трех элементов: генератора, являющегося источником электрической энергии, приемника энергии и проводов, соединяющих генератор и приемник.

Электрические станции зачастую расположены вдали от мест потребления электроэнергии. На десятки и даже сотни километров между электростанцией и местом потребления энергии протягивается воздушная линия передачи. Провода линии передачи укрепляются на столбах изоляторами, изготовленными из диэлектрика, чаще всего из фарфора.

С помощью воздушных линий, составляющих электрическую сеть, ток подводится к жилым и промышленным зданиям, в которых расположены потребители энергии. Внутри зданий электрическая проводка выполняется из изолированных медных проводов и кабелей и называется внутренней электропроводкой.

При передаче электроэнергии по проводам наблюдается ряд нежелательных явлений, связанных с сопротивлением проводов электрическому току. К этим явлениям относятся потери напряжения, потери мощности в линии, нагрев проводов.

Потери напряжения в линии

При прохождении тока на сопротивлении линии создается падение напряжения. Сопротивление линии R л можно вычислить, если известны длина линии l (в метрах), поперечное сечение провода S (в квадратных миллиметрах) и удельное сопротивление материала провода ρ :

(в формуле стоит цифра 2, так как нужно учесть оба провода).

Если по линии проходит ток l , то падение напряжения в линии Δ U л по закону Ома равно: Δ U л = IR л .

Так как в линии часть напряжения теряется, то в конце линии (в приемнике) оно будет всегда меньшим, чем вначале линии (ни зажимах генератора). Уменьшение напряжения на приемнике за счет падения напряжения в линии может нарушить нормальную работу приемника.

Пусть, например, лампы накаливания нормально горят при напряжении 220 В и подключены к генератору, дающему напряжение 220 В. Предположим, что линия имеет длину l = 9 2 м, сечение провода S = 4 мм 2 и удельное сопротивление ρ=0,0175.

Сопротивление линии: R л = ρ( 2l/S) = 0,0175(2 х 92)/4 = 0,8 ом.

Если через лампы проходит ток I = 10 А, то падение напряжения в линии составит: Δ U л = IR л = 10 х 0,8 = 8 В . Следовательно, на лампах напряжение будет меньше напряжения генератора на 2,4 В: U ламп = 220 — 8 = 212 В. Лампы будут горсть с недокалом. Изменение тока, проходящего через приемники, вызывает изменение падения напряжении в линии, в результате чего меняется и напряжении на приемниках.

Пусть в рассмотренном примере отключается одна из ламп, и ток в линии уменьшится до 5 А. При этом падение напряжения в линии уменьшится: ΔUл = IRл = 5 х 0,8 = 4 В.

На включенной лампе напряжение повысится до что вызовет заметное увеличение ее накала. Из примера видно, что включение или отключение отдельных приемником вызывает изменение напряжении па других приемниках за счет изменении падении напряжения в линии. Рассмотренными явлениями объясняются колебания напряжении, часто наблюдаемые в электрических сетях.

Влияние сопротивления линии на величину напряжения сети характеризуют относительной потерей напряжения. Выраженное в процентах отношение падении напряжения в линии к нормальному напряжению называется относительной потерей напряжения (обозначается Δ U %):

По существующим нормам провода линии должны быть рассчитаны так, чтобы потери напряжения но превосходили 5%, а при осветительной нагрузке не превышали 2 — 3%.

Часть электрической энергии, вырабатываемой генератором, переходит в тепловую и бесполезно затрачивается в липни, вызывая нагрев проводив. В результате энергия, получаемая приемником, всегда меньше энергии, отдаваемой генератором. Точно так же мощность, затрачиваемая в приемнике, всегда меньше мощности, развиваемой генератором.

Потери мощности в линии можно вычислить, зная силу тока и сопротивление линии: P потерь = I 2 R л

Чтобы характеризовать экономичность передачи энергии, определяют коэффициент полезного действия линии , под которым понимают отношение мощности, полученном приемником, к мощности, развиваемой генератором.

Так как мощность, развиваемая генератором, больше мощности приемника на величину мощности потерь в линии, то коэффициент полезного действия (обозначается греческой буквой η — эта) вычисляется, как: η = P полезн/( P полезн + P потерь)

где, Рполезн — мощность, затрачиваемая в приемнике, Рпотерь — потери мощности в линий.

Из ранее рассмотренном примере при силе тока I = 10 А потери мощности в линии ( R л = 0,8 Ом):

Рпотерь = I 2 R л = 10 2 х 0 ,8 = 80 Вт.

Полезная мощность Рполезн = U ламп х I = 212 х 10 = 2120 Вт.

Коэффициент полезного действия η = 2120/(2120 + 80) = 0,96 (или 96%), т.е. приемники получают лишь 96% энергии, вырабатываемой генератором.

Нагрев проводов и кабелей за счет тепла, выделяемого электрическим током,— вредное явление. При длительной работе в условиях повышенной температуры изоляция проводов и кабелей стареет, становится хрупкой и крошится. Разрушение изоляции недопустимо, так как при этом создается возможность соприкосновения оголенных частей проводов друг с другом и так называемого короткого замыкания.

Прикосновение к оголенным проводам может вызвать поражение электрическим током. Наконец, чрезмерное повышение температуры провода может привести к воспламенению его изоляции и к пожару.

Чтобы нагрев не превосходил допустимой величины, нужно правильно выбирать сечение проводов. Чем больше сила тока , тем большее сечение должен иметь провод, так как с увеличением сечения уменьшается сопротивление, а следовательно, уменьшается количество выделяемого тепла.

Выбор сечения проводов по нагреву производится по таблицам, в которых указано, какой силы ток может проходить по проводу, не вызывая недопустимого перегре в а. Иногда указывают допустимую плотность тока, т. е. величину тока, приходящуюся на один квадратный миллиметр поперечного сечения провода.

Плотность тока Ј равна силе тока (в амперах), деленной на поперечное сечение провода (в квадратных миллиметрах): Ј = I/S а/мм 2

Зная допустимую плотность тока Ј доп, можно найти необходимое сечение провода: S = I/ Јдоп

Для внутренней электропроводки допустимая плотность тока составляет в среднем 6 А /мм2.

Пример . Необходимо определить сечение провода, если известно, что ток, проходящий через него, должен быть равен I = 15 А , а допустимая плотность тока Јдоп — 6 А мм 2 .

Решен ие . Необходимое сечение провода S = I/ Јдоп = 15/6 = 2,5 мм 2

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

15. Передача электрической энергии по проводам.

Падение напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника 1 (рис. 23) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря ( падение ) напряжения в проводах линии

где:R_л — сопротивление проводов линии.

Врезультате этого напряжениеU₂ в конце электрической линии ока-зывается меньше напряжения U₁ в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ∆U_л не является постоянной величиной, она изменяется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля до макси-мальной. Кроме того, она зави-сит от сопротивления R_л проводов линии, а следовательно т. е. от их удельной проводимости ρ, площади поперечного сечения s и длины линии l.

На метрополитене и электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих тяговую подстанцию с потребителем — электрическим подвижным составом, является контактный рельс (на железных дорогах – контактный провод), а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ∆U_л в этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

1. Что такое электрическое поле?

2. Что такое электрический ток?

3. Как образуется электрическая цепь и из каких частей она состоит?

4. Какова физическая природа электрического тока в металлических проводниках и при каких условиях он возникает?

5. Какова физическая природа электрического сопротивления и в каких единицах оно измеряется?

6. От чего зависит электрическое сопротивление прямолинейных проводников?

7. Как делятся вещества по проводимости электрического тока?

8. Сформулируйте закон Ома для электрической цепи и отдельного ее участка.

9. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа.

10. В каких режимах может работать электрическая цепь?

11. Для чего применяют резисторы и реостаты и из чего они изготовляются?

12. Как определить эквивалентное сопротивление цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединениях резисторов?

13. Что такое тепловое действие тока? От чего зависит количество теплоты?

14. Как определить работу, совершаемую электрическим током, и электрическую мощность? В каких единицах они измеряются?

Глава 2. Электромагнетизм и электромагнитная индукция

16. Магнитное поле и его основные характеристики.

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле. Магнитное поле представляет собой один из видов энергии, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на движущиеся электрические заряды, а также на их потоки, т. е. электрический ток.

Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заря-женные частицы отклоняются от своей траектории в направ-лении, перпендикуляр-ном полю (рис. 24). Магнитное поле обра-зуется только вокруг движущихся электри-ческих зарядов, и его действие распростра-

Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые всегда являются непрерывными и замкнутыми.

Полюс постоянного магнита, из которого выходят силовые линии (рис. 25, а), принято считать северным, а в который входят — южным (силовые линии, проходящие внутри магнита, не показаны).

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция и магнитный поток. Интенсивность магнитного поля, т. е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнитное поле, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т. е. числом силовых линий, проходящих через единицу площади, расположенной перпендикулярно магнитному полю.

Магнитный поток Ф, проходящий через какую-либо поверхность, определяется общим числом магнитных силовых линий, пронизывающих эту поверхность,

где S — площадь поперечного сечения поверхности, через которую проходят магнитные силовые линии.

Отсюда следует, что магнитная индукция равна потоку, приходящемуся на единицу площади S поперечного сечения:

В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (Вб), эта единица имеет размерность В·с (вольт-секунда). Магнитная индукция в системе единиц СИ измеряется в теслах (Тл); 1 Тл = 1 Вб/м 2 .

Магнитная проницаемость. Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по проводнику или катушке, но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит магнитная проницаемость µ _а .

Напряженность магнитного поля. Напряженность Н не зависит от магнитных свойств среды, но учитывает влияние силы тока и формы проводников на интен-сивность магнитного поля.

Источник