Пренос енергије преко жице

Електрично коло се састоји од најмање три елемента: генератора који је извор електричне енергије, пријемник енергије и жице које повезују генератор и пријемник.

Електране се често налазе далеко од места где се троши електрична енергија. Надземни далековод се протеже десетинама, па чак и стотинама километара између електране и места потрошње енергије. Проводници далековода су причвршћени на стубове са изолаторима од диелектрика, најчешће порцелана.

Уз помоћ надземних водова који чине електричну мрежу, електричном енергијом се снабдевају стамбени и индустријски објекти у којима се налазе потрошачи енергије. Унутар зграда, електрична инсталација је направљена од изолованих бакарних жица и каблова и назива се унутрашње ожичење.

Када се електрична енергија преноси кроз жице, примећују се бројне непожељне појаве везане за отпорност жица на електричну струју. Ови феномени укључују губитак напона, губици струје у линији, грејне жице.

Губитак линијског напона

Када струја тече, на отпору линије се ствара пад напона. Отпор водова Рл се може израчунати ако су познати дужина линије л (у метрима), попречни пресек проводника С (у квадратним милиметрима) и отпор материјала жице ρ:

Рл = ρ (2л / С)

(формула садржи број 2 јер се морају узети у обзир обе жице).

Ако кроз вод протиче струја л, онда је пад напона у линији ΔУл по Охмовом закону једнак: ΔУл = ИРл.

Пошто се део напона у линији изгуби, онда ће на крају линије (на пријемнику) увек бити мањи него на почетку линије (не на терминалима генератора). Пад напона пријемника због пада напона на линији може спречити пријемник да ради нормално.

Претпоставимо, на пример, да сијалице са жарном нити нормално горе на 220 В и да су повезане на генератор који обезбеђује 220 В. Претпоставимо да вод има дужину л = 92 м, пресек жице С = 4 мм2 и отпор ρ = 0 , 0175.

Отпор линије: Рл = ρ (2л / С) = 0,0175 (2 к 92) / 4 = 0,8 ома.

Ако струја прође кроз лампе Аз = 10 А, онда ће пад напона у линији бити: ΔУл = ИРл = 10 к 0,8 = 8 В... Дакле, напон у лампама ће бити 2,4 В мањи од генератора. напон : Улампс = 220 — 8 = 212 В. Лампе ће бити недовољно осветљене. Промена струје која тече кроз пријемнике изазива промену пада напона на линији, што резултира променом напона на пријемницима.

Нека се у овом примеру једна од лампи угаси и струја у линији ће се смањити на 5 А. У овом случају, пад напона у линији ће се смањити: ​​ΔУл = ИРл = 5 к 0,8 = 4 В.

На укљученој лампи, напон ће порасти, што ће изазвати приметно повећање његове осветљености. Пример показује да укључивање или искључивање појединачног пријемника изазива промену напона других пријемника услед промене пада напона у линији. Ови феномени објашњавају флуктуације напона које се често примећују у електричним мрежама.

Утицај отпора линије на вредност напона мреже карактерише релативни губитак напона. Однос пада напона у линији и нормалног напона, изражен као проценат релативног губитка напона (означен са ΔУ%), назива се:

ΔУ% = (ΔУл /У)к100%

Према постојећим стандардима, проводници линије морају бити пројектовани тако да губитак напона не прелази 5%, а под оптерећењем осветљења не прелази 2-3%.

Губитак енергије

Део електричне енергије коју генерише генератор прелази у топлоту и расипа се у креч, изазивајући загревање проводљивошћу. Као резултат, енергија коју прима пријемник је увек мања од енергије коју даје генератор. Исто тако, снага која се троши у пријемнику је увек мања од снаге коју развија генератор.

Губитак снаге у линији може се израчунати познавањем јачине струје и отпора линије: Плос = Аз2Рл

Да бисте окарактерисали ефикасност преноса енергије, дефинишете ефикасност линије, која се подразумева као однос снаге коју прима пријемник и снаге коју развија генератор.

Пошто је снага коју развија генератор већа од снаге пријемника за количину губитка снаге у линији, ефикасност (означена грчким словом η — ово) се израчунава као: η = Пусефул / (Пусефул + Плоссес)

где је Пползн снага потрошена у пријемнику, Плосс је губитак снаге у водовима.

Из претходног примера са јачином струје Аз = 10 Губитак снаге у линији (Рл ​​= 0,8 ома):

Губитак = Аз2Рл = 102НС0, 8 = 80 В.

Корисна снага П корисна = Улампс к И = 212к 10 = 2120 В.

Ефикасност η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (или 96%), тј. пријемници примају само 96% енергије коју генерише генератор.

Грејање жицом

Загревање жица и каблова услед топлоте произведене електричном струјом је штетна појава. Са продуженим радом на повишеним температурама, изолација жица и каблова стари, постаје ломљива и урушава се. Уништавање изолације је неприхватљиво, јер то ствара могућност међусобног контакта голих делова жица и такозваног кратког споја.

Додиривање изложених жица може изазвати струјни удар. Коначно, прекомерно загревање жице може запалити њену изолацију и изазвати пожар.

Да бисте осигурали да грејање не прелази дозвољену вредност, морате одабрати тачан попречни пресек жице. Што је струја већа, то жица мора имати већи попречни пресек, јер како се пресек повећава, отпор се смањује и, сходно томе, смањује се количина произведене топлоте.

Избор попречног пресека грејних жица врши се према табелама које показују колика струја може да прође кроз жицу а да се не изазове неприхватљиво прегревање.ва. Понекад указују на дозвољену густину струје, односно количину струје по квадратном милиметру попречног пресека жице.

Густина струје Ј једнака је јачини струје (у амперима) подељеној са попречним пресеком проводника (у квадратним милиметрима): Ј = И / С а / мм2

Познавајући дозвољену густину струје и додатно, можете пронаћи потребан пресек проводника: С = И /Јадоп

За унутрашње ожичење, дозвољена густина струје је у просеку 6А/мм2.

Пример. Неопходно је одредити попречни пресек жице, ако се зна да струја која пролази кроз њу треба да буде једнака И = 15А, а дозвољена густина струје Јадоп — 6Амм2.

Одлука. Потребан пресек жице С = И /Јадоп = 15/6 = 2,5 мм2