Prijenos energije preko žice

Električni krug se sastoji od najmanje tri elementa: generatora, koji je izvor električne energije, prijemnik energije i žice koje povezuju generator i prijemnik.

Elektrane su često smještene daleko od mjesta gdje se troši električna energija. Nadzemni dalekovod proteže se desecima, pa i stotinama kilometara između elektrane i mjesta potrošnje energije. Vodiči dalekovoda učvršćeni su na stupove s izolatorima od dielektrika, najčešće porculana.

Uz pomoć nadzemnih vodova koji čine električnu mrežu električnom energijom se opskrbljuju stambeni i industrijski objekti u kojima se nalaze potrošači energije. Unutar zgrada, električna instalacija izrađena je od izoliranih bakrenih žica i kabela i naziva se unutarnja instalacija.

Kada se električna energija prenosi kroz žice, uočava se niz nepoželjnih pojava vezanih uz otpornost žica na električnu struju. Ovi fenomeni uključuju gubitak napona, gubici električne energije, grijaće žice.

Gubitak mrežnog napona

Kada struja teče, stvara se pad napona preko otpora linije. Otpor voda Rl može se izračunati ako su poznati duljina voda l (u metrima), poprečni presjek vodiča S (u kvadratnim milimetrima) i otpor materijala žice ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(formula sadrži broj 2 jer se moraju uzeti u obzir obje žice).

Ako kroz vod teče struja l, tada je pad napona u vodu ΔUl prema Ohmovom zakonu jednak: ΔUl = IRl.

Budući da se dio napona u liniji gubi, tada će na kraju linije (na prijemniku) uvijek biti manji nego na početku linije (ne na stezaljkama generatora). Pad napona prijamnika zbog pada mrežnog napona može spriječiti normalan rad prijemnika.

Pretpostavimo, na primjer, da žarulje sa žarnom niti normalno gore na 220 V i spojene su na generator koji daje 220 V. Pretpostavimo da vod ima duljinu l = 92 m, presjek žice S = 4 mm2 i otpor ρ = 0 , 0175.

Otpor linije: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohma.

Ako kroz žarulje prolazi struja Az = 10 A, tada će pad napona u vodu biti: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Dakle, napon u žaruljama bit će za 2,4 V manji od generatora. napon : Ulampe = 220 — 8 = 212 V. Lampe će biti šačica nedovoljno osvijetljena. Promjena struje koja teče kroz prijemnike uzrokuje promjenu pada napona na liniji, što rezultira promjenom napona na prijemnicima.

Neka se u ovom primjeru jedna od žarulja ugasi i struja u liniji će se smanjiti na 5 A. U tom će se slučaju pad napona u liniji smanjiti: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Na uključenoj svjetiljci napon će porasti, što će uzrokovati osjetno povećanje njegove svjetline. Primjer pokazuje da uključivanje ili isključivanje pojedinog prijamnika uzrokuje promjenu napona drugih prijamnika zbog promjene pada napona u liniji. Ovi fenomeni objašnjavaju fluktuacije napona koje se često opažaju u električnim mrežama.

Učinak otpora voda na vrijednost napona mreže karakterizira relativni gubitak napona. Omjer pada napona u liniji prema normalnom naponu, izražen kao postotak relativnog gubitka napona (označen s ΔU%), naziva se:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Prema postojećim standardima, vodiči linije moraju biti projektirani tako da gubitak napona ne prelazi 5%, a pod svjetlosnim opterećenjem ne prelazi 2 — 3%.

Gubitak energije

Dio električne energije koju generiše generator prelazi u toplinu i gubi se u vapnu, uzrokujući zagrijavanje kondukcijom. Kao rezultat toga, energija koju prima prijamnik uvijek je manja od energije koju daje generator. Isto tako, snaga potrošena u prijemniku uvijek je manja od snage koju razvija generator.

Gubitak snage u vodu može se izračunati poznavanjem trenutne jakosti i otpora voda: Plosses = Az2Rl

Kako bi se okarakterizirala učinkovitost prijenosa energije, definirajte učinkovitost linije, koja se shvaća kao omjer snage koju prima prijamnik i snage koju razvija generator.

Budući da je snaga koju razvija generator veća od snage prijemnika za iznos gubitka snage u liniji, učinkovitost (označena grčkim slovom η — ovo) izračunava se kao: η = pulsno / (pusno + padno)

gdje je Ppolzn snaga potrošena u prijemniku, Ploss je gubitak snage u vodovima.

Iz ranije razmotrenog primjera sa jakošću struje Az = 10 Gubitak snage u liniji (Rl = 0,8 ohma):

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

Korisna snaga P korisna = Ulampe x I = 212x 10 = 2120 W.

Učinkovitost η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (ili 96%), tj. prijemnici primaju samo 96% energije koju generiše generator.

Grijanje žicom

Zagrijavanje žica i kabela zbog topline koju stvara električna struja je štetna pojava. Duljim radom na povišenim temperaturama izolacija žica i kabela stari, postaje krta i propada. Uništavanje izolacije je nedopustivo, jer to stvara mogućnost međusobnog kontakta golih dijelova žica i tzv. kratkog spoja.

Dodirivanje izloženih žica može izazvati strujni udar. Konačno, pretjerano zagrijavanje žice može zapaliti njezinu izolaciju i izazvati požar.

Kako biste osigurali da zagrijavanje ne prelazi dopuštenu vrijednost, morate odabrati ispravan poprečni presjek žice. Što je struja veća, to žica mora imati veći presjek, jer s povećanjem presjeka smanjuje se otpor i sukladno tome smanjuje se količina proizvedene topline.

Odabir presjeka grijaćih žica provodi se prema tablicama koje pokazuju kolika struja može proći kroz žicu a da ne dođe do neprihvatljivog pregrijavanja.va. Ponekad označavaju dopuštenu gustoću struje, odnosno količinu struje po kvadratnom milimetru poprečnog presjeka žice.

Gustoća struje J jednaka je jakosti struje (u amperima) podijeljenoj s poprečnim presjekom vodiča (u kvadratnim milimetrima): J = I / S a / mm2

Znajući dopuštenu gustoću struje Jadodatno, možete pronaći potreban presjek vodiča: S = I /Jadop

Za unutarnje ožičenje dopuštena gustoća struje je u prosjeku 6A/mm2.

Primjer. Potrebno je odrediti presjek žice, ako je poznato da struja koja prolazi kroz nju treba biti jednaka I = 15A, a dopuštena gustoća struje Jadop — 6Amm2.

Odluka. Potreban presjek žice S = I /Jadop = 15/6 = 2,5 mm2