Bir tel üzerinden enerji iletimi

Bir elektrik devresi en az üç elemandan oluşur: elektrik enerjisi kaynağı olan bir jeneratör, enerji alıcısı ve jeneratör ile alıcıyı birbirine bağlayan teller.

Santraller genellikle elektriğin tüketildiği yerlerden uzakta bulunur. Bir havai elektrik hattı, santral ile enerji tüketim yeri arasında onlarca ve hatta yüzlerce kilometre uzanır. Güç hattının iletkenleri, çoğunlukla porselen olmak üzere dielektrikten yapılmış yalıtkanlarla direklere sabitlenir.

Elektrik şebekesini oluşturan havai hatlar yardımıyla, enerji tüketicilerinin bulunduğu konut ve endüstriyel binalara elektrik sağlanır. Binaların içinde elektrik kabloları yalıtılmış bakır tel ve kablolardan yapılır ve bina içi kablolama olarak adlandırılır.

Elektrik teller aracılığıyla iletildiğinde, tellerin elektrik akımına direnci ile ilgili bir takım istenmeyen olaylar gözlemlenir. Bu fenomenler şunları içerir: gerilim kaybı, hat güç kayıpları, ısıtma telleri.

Hat gerilimi kaybı

Akım aktığında, hat direnci boyunca bir voltaj düşüşü oluşur. Hat direnci Rl, hattın uzunluğu l (metre olarak), iletken S'nin enine kesiti (milimetre kare olarak) ve tel malzemesinin direnci ρ biliniyorsa hesaplanabilir:

Rl = ρ (2l / S)

(her iki telin de dikkate alınması gerektiğinden formül 2 sayısını içerir).

Hattan bir l akımı akarsa, Ohm yasasına göre hattaki ΔUl gerilim düşüşü şuna eşittir: ΔUl = IRl.

Hattaki voltajın bir kısmı kaybolduğundan, hattın sonunda (alıcıda) her zaman hattın başlangıcından (jeneratör terminallerinde değil) daha az olacaktır. Hat voltajı düşüşü nedeniyle alıcı voltajındaki düşüş, alıcının normal çalışmasını engelleyebilir.

Örneğin, akkor lambaların normalde 220 V'ta yandığını ve 220 V sağlayan bir jeneratöre bağlı olduğunu varsayalım. Hattın l = 92 m uzunluğunda, tel kesitinin S = 4 mm2 ve direncin ρ = 0 olduğunu varsayalım. , 0175.

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

Az = 10 A lambalardan akım geçerse, hattaki voltaj düşüşü şu şekilde olacaktır: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Bu nedenle, lambalardaki voltaj jeneratörden 2,4 V daha az olacaktır. voltaj : Ulambalar = 220 — 8 = 212 V. Lambalar yetersiz yanacak. Alıcılardan geçen akımdaki bir değişiklik, hattaki voltaj düşüşünde bir değişikliğe neden olur ve bu da alıcılar arasındaki voltajda bir değişikliğe neden olur.

Bu örnekte lambalardan biri sönünce hattaki akım 5 A'ya düşecektir. Bu durumda hattaki gerilim düşümü azalacaktır: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Açık lambada voltaj yükselecek ve bu da parlaklığında gözle görülür bir artışa neden olacaktır. Örnek, tek bir alıcının açılmasının veya kapatılmasının, hattaki voltaj düşüşündeki bir değişiklik nedeniyle diğer alıcıların voltajında ​​bir değişikliğe neden olduğunu göstermektedir. Bu fenomenler, elektrik şebekelerinde sıklıkla gözlemlenen voltaj dalgalanmalarını açıklar.

Hat direncinin şebeke voltajı değeri üzerindeki etkisi, bağıl voltaj kaybı ile karakterize edilir. Hattaki gerilim düşüşünün normal gerilime oranı, bağıl gerilim kaybı yüzdesi olarak ifade edilir (%ΔU ile gösterilir), şu şekilde adlandırılır:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Mevcut standartlara göre, hattın iletkenleri, gerilim kaybı %5'i ve aydınlatma yükü altında %2-3'ü geçmeyecek şekilde tasarlanmalıdır.

enerji kaybı

Jeneratör tarafından üretilen elektrik enerjisinin bir kısmı ısıya geçer ve kirecin içinde boşa harcanarak iletim yoluyla ısınmaya neden olur. Sonuç olarak, alıcının aldığı enerji daima jeneratörün verdiği enerjiden daha azdır. Aynı şekilde alıcıda tüketilen güç her zaman jeneratörün ürettiği güçten daha azdır.

Hattaki güç kaybı, hattın mevcut gücü ve direnci bilinerek hesaplanabilir: Plosses = Az2Rl

Güç aktarımının verimliliğini karakterize etmek için, alıcı tarafından alınan gücün jeneratör tarafından geliştirilen güce oranı olarak anlaşılan hat verimliliğini tanımlayın.

Jeneratör tarafından geliştirilen güç, hattaki güç kaybı miktarına göre alıcının gücünden daha büyük olduğundan, verimlilik (Yunan harfi η ile gösterilir - bu) şu şekilde hesaplanır: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

burada, Ppolzn alıcıda tüketilen güçtür, Ploss hatlardaki güç kaybıdır.

Az = 10 akım gücüyle daha önce tartışılan örnekten Hattaki güç kaybı (Rl = 0,8 ohm):

Kayıp = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Faydalı güç P kullanışlı = Ulambalar x I = 212x 10 = 2120 W.

Verimlilik η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (veya %96), yani alıcılar, jeneratör tarafından üretilen gücün yalnızca %96'sını alır.

tel ile ısıtma

Elektrik akımı tarafından üretilen ısı nedeniyle tellerin ve kabloların ısınması zararlı bir olgudur. Yüksek sıcaklıklarda uzun süre çalıştırıldığında tellerin ve kabloların yalıtımı eskir, kırılgan hale gelir ve çöker. İzolasyonun tahrip edilmesi kabul edilemez, çünkü bu, tellerin çıplak kısımlarının birbiriyle temas etme ve sözde kısa devre olasılığını yaratır.

Açıktaki kablolara dokunmak elektrik çarpmasına neden olabilir. Son olarak, telin aşırı ısınması yalıtımını tutuşturabilir ve yangına neden olabilir.

Isıtmanın izin verilen değeri aşmamasını sağlamak için doğru kablo kesitini seçmelisiniz. Akım ne kadar büyükse, bir telin kesiti de o kadar büyük olmalıdır, çünkü kesit arttıkça direnç azalır ve buna bağlı olarak üretilen ısı miktarı azalır.

Isıtma tellerinin kesit seçimi, kabul edilemez aşırı ısınmaya neden olmadan telden ne kadar akım geçebileceğini gösteren tablolara göre yapılır.va. Bazen izin verilen akım yoğunluğunu, yani telin enine kesitinin milimetre karesi başına akım miktarını gösterirler.

Akım yoğunluğu Ј, akımın gücünün (amper olarak) iletkenin enine kesitine (milimetre kare olarak) bölünmesine eşittir: Ј = I / S а / mm2

İzin verilen akım yoğunluğunu bilmek ek olarak, gerekli iletken kesitini bulabilirsiniz: S = I /Јadop

Dahili kablolama için izin verilen akım yoğunluğu ortalama 6A/mm2'dir.

Bir örnek. İçinden geçen akımın I = 15A'ya eşit olması gerektiği ve izin verilen akım yoğunluğunun Јadop — 6Аmm2 olması gerektiği biliniyorsa, telin enine kesitini belirlemek gerekir.

Karar. Gerekli kablo kesiti S = I /Ädop = 15/6 = 2,5 mm2