Меню

Передача электрической энергии по проводам напряжение

Передача электрической энергии по проводам

Потеря напряжения в проводах линии.Передача электрической энергии от источника / (рис. 33) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря напряжения в проводах линии где — сопротивление проводов линии.

В результате этого напряжение 1)г в конце электрической линии оказывается меньше напряжения (Л в начале линии. Потеря напря­жения в проводах линии Д (/., не является постоянной величиной, она колеблется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при / = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления Цл проводов линии,

На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребите­лем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах Д 1)л в этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

Потери мощности з линии и ее к. п. д. При прохождении по ли­нии тока / часть мощности Р\, поступающей от источника, теряется в линии, вызывая нагрев проводов, эти потери мощности

Следовательно, приемник электрической энергии, включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность —

При увеличении тока / возрастают потери мощности в прово­дах линии Д Рд и уменьшаются к. п. д. линии и напряжение Иг, подаваемое на нагрузку.

Практически электрическую энергию передают по проводам при ц== 0,9ч-0,95, при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10 % сопротивления нагрузки и потери энергии в них не пре­вышают 5—10 % передаваемой мощности.

Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения [7г, при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

Следовательно, чем больше передаваемая мощность Рг и рас­стояние 1Л, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов зл и на­пряжение Сг в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому вы­годнее передавать электрическую энергию при более высоких на­пряжениях.

Принципы расчета проводов.Для правильной работы прием­ников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напряжение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает существенное ослабление накала электрических ламп и ухудшение режима работы электродвигателей, а увеличение по срав­нению с номинальным — сокращение срока службы ламп и электри­ческих машин.

Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой по­тере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электри­ческой энергии и обеспечения малого колебания напряжения на приемниках. В электрических сетях различного назначения допусти­мые потери напряжения составляют примерно 2—6 %. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор площади 5Л их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при максимальной нагрузке потери напряжения на участке от источника питания до самого удаленного приемника не превышали 2—6 % номинального напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из усло­вия, чтобы на токоприемнике электровоза действовало напряжение \]

В Советском Союзе все электростанции, расположенные в ев­ропейской части страны, объединены в Единую энергетическую систему европейской части СССР (ЕЕЭС). В нее входят свыше 600 электростанций, обеспечивающих энергоснабжение всех распо­ложенных в этих районах потребителей. Такой системы нет ни в од­ной стране мира. Она дает большие технико-экономические выгоды, так как позволяет наиболее целесообразно распределять нагрузку между электростанциями, широко маневрировать электроэнергией в пределах всей страны и даже передавать энергию в соседние дружественные страны.

Продолжаются работы по созданию Единой энергетической си­стемы СССР. Для связи ЕЕЭС с мощными электростанциями Сибири и Казахстана сооружают дальние линии электропередачи переменного тока напряжением 750 и 1150 кВ и постоянного тока напряжением 1500 кВ. Расширяются международные энергетические связи. Создана Единая энергетическая система «Мир», связываю­щая СССР, Болгарию, Венгрию, ГДР, Польшу, Румынию и Чехо­словакию.

Читайте также:  Простой стабилизатор напряжения 12в схема

При электрической тяге, чем больше напряжение в контакт­ном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь и тем на большем расстоянии могут быть расположены источники пита­ния контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снаб­жения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравнительно небольшую мощность, а контактная сеть — неболь­шую протяженность, используют напряжение 600 В, а на маги­стральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы),— 3300 В. Элек­трификация железных дорог на переменном токе дает возможность

поднять напряжение в контактной сети до 27 500 В, что позво­ляет значительно уменьшить площадь сечения проводов контакт­ной сети и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоянного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повышению напряжения в кон­тактной сети на дорогах переменного тока до 2X25 кВ.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Источник

Передача электроэнергии по проводам

Передача электроэнергии по проводамЭлектрическая 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.

Передача электроэнергии к электроприемникам

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.

лампы накаливания

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 %):

Δ U % = (Δ U л/ U) х100%

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

Воздушная линия электропередачи

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.

Читайте также:  Расчет падения напряжения для видеонаблюдения

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.

Перегрузка электрической сети

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

Источник



§ 15. Передача электрической энергии по проводам

Потеря напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника I (рис. 33) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря напряжения в проводах линии

где Rл, — сопротивление проводов линии.
В результате этого напряжение U2 в конце электрической линии оказывается меньше напряжения U1 в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ?Uл не является постоянной величиной, она колеблется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при I = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления Rл проводов линии,

Рис. 33. Схема передачи электрической энергии от источника к приемнику

Рис. 33. Схема передачи электрической энергии от источника к приемнику

т. е. от их удельной проводимости ?, площади поперечного сечения s и длины линии lл.

На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребителем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ?Uл этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

Потери мощности в линии и ее к. п. д. При прохождении по линии тока I часть мощности Р1, поступающей от источника, теряется в линии вызывая нагрев проводов, эти потери мощности

Следовательно, приемник электрической энергии включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность

Читайте также:  Пример расчета шагового напряжения

При увеличении тока I возрастают потери мощности в проводах линии ?Pл и уменьшаются к.п.д. линии и напряжение U2, подаваемое на нагрузку.

Практически электрическую энергию передают по проводам при ? = 0,9- 0,95, при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10 % сопротивления нагрузки и потери энергии в них не превышают 5—10 % передаваемой мощности.
Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения U2, при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

?Pл = I 2 Rл = P2 2 /U2 2 * 2?lл/sл (39)

Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р2 и расстояние lл, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов Sл и напряжение U2 в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгоднее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.
Принципы расчета проводов. Для правильной работы приемников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напряжение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает существенное ослабление накала электрических ламп и ухудшение режима работы электродвигателей, а увеличение по сравнению с номинальным — сокращение срока службы ламп и электрических машин.
Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электрической энергии и обеспечения малого колебания напряжения на приемниках. В электрических сетях различного назначения допустимые потери напряжения составляют примерно 2—6 %. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор площади Sл их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при максимальной нагрузке потери напряжения на участке от источника питания до самого удаленного приемника не превышали 2—6 % номинального напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из условия, чтобы на токоприемнике электровоза действовало напряжение U2, достаточное для нормальной работы электрических машин локомотива.

Относительная потеря напряжения в линии, %,

Заменяя в этой формуле ?Uл = IRл = I2?lл/Sл и I = P2/U2, получим, что поперечное сечение проводов линии

Из формулы (39′) следует:

1) чем больше передаваемая мощность и чем на большее расстояние она передается, тем больше должно быть поперечное сечение проводов линии;

2) увеличение напряжения в линии позволяет в значительной
степени уменьшить сечение проводов линии и снизить потери мощности в ней.

При передаче электрической энергии на дальнее расстояние широко используются выгоды, которые дает повышение напряжения. Чем большую мощность требуется передать и чем больше расстояние, на которое она передается, тем более высокое напряжение применяют в линиях электропередачи. Например, при передаче энергии от мощных электростанций (Куйбышевской, Волгоградской и др.) на расстояние 800—1000 км используют напряжение 500—750 кВ; при передаче энергии на расстояние 100—200 км— 110—220 кВ; при передаче сравнительно небольшого количества энергии на расстояние нескольких километров или десятков километров— 35 кВ. В электрических установках небольшой мощности при расположении электрических приемников вблизи от источников
питания применяют напряжения 110, 220, 440 В (при постоянном
токе) и 127, 220, 380, 660 В (при переменном токе).

При электрической тяге, чем больше напряжение в контактном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь и тем на большем расстоянии могут быть расположены источники питания контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снабжения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравнительно небольшую мощность, а контактная сеть — небольшую протяженность, используют напряжение 600 В, а на магистральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы),— 3300 В. Электрификация железных дорог на переменном токе дает возможность поднять напряжение в контактной сети до 27500 В что позволяет значительно уменьшить площадь сечения проводов контактной сети и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоянного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повышению напряжения в контактной сети на дорогах переменного тока до 2*25 кВ.

Источник