Потеря напряжения в проводах линии электропередачи
Разность напряжений в начале и конце линии U1-U2, равная падению напряжения в линии, называют потерей напряжения:
где l – длина одного провода двухпроводной линии, м; S — сечение провода, мм 2 .
где Р1– мощность в начале линии, Вт; Р2 — мощность в конце линии, Вт.
1. Что называется электрической цепью? Из каких элементов она состоит?
2. В чем различие тока проводимости и тока поляризации?
5. Дайте определение электрического сопротивления. От каких факторов оно зависит?
6. Как связаны электрическое сопротивление и проводимость?
7. Приведите определение ЭДС источника. Чем отличается ЭДС от напряжения на выводах источника?
8. Запишите закон Ома для всей цепи и для участка цепи.
9. Чему равны напряжения на выводах цепи в режимах холостого хода и короткого замыкания?
10. Запишите закон Джоуля-Ленца. Во сколько раз увеличится количество выделяемой теплоты в цепи при увеличении вдвое силы тока?
11. Какие закономерности характеризуют последовательное соединение сопротивлений, а какие параллельное?
12. Какова последовательность расчета токов при смешанном соединении сопротивлений?
Лабораторная работа №1 «Виды соединения резисторов»
Лабораторная работа №2 «Определение потери напряжения в проводах»
Магнитное поле и его характеристики. Взаимодействие магнитного поля и проводника с током. Электромагнитная сила. Ферромагнитные вещества и их намагничивание. Магнитная проницаемость. Кривые намагничивания.
Магнитная цепь. Электромагниты и их применение. Электромагнитная индукция. Правило правой руки. Закон Ленца. Преобразование электрической энергии в механическую. Самоиндукция. Индуктивность. Вихревые токи и их значение.
Интенсивность магнитного поля характеризуется магнитной индукцией В. Единица магнитной индукции – тесла (Тл).
Магнитная индукция – векторная величина. Направление этого вектора совпадает с направлением поля в данной точке.
Произведение магнитной индукции В на площадь S, перпендикулярную вектору магнитной индукции, называют магнитным потоком Ф, который выражают в веберах (Вб):
Если между направлением потока и площадью угол отличается от 90 0 , то
где α – угол между вектором В и перпендикуляром к поверхности.
На проводник с током длиной l, находящийся в магнитном поле, перпендикулярно направлению поля действует сила F, выражаемая в ньютонах (Н):
Если проводник с током расположен под углом α к вектору магнитной индукции В, то
Направление электромагнитной силы определяют по правилу левой руки.
Механическую работу по перемещению проводника с током в магнитном поле на расстояние a вычисляют по формуле
где S –площадь, описанная проводником при его перемещении, м 2 .
О расчете падения напряжения в кабелях: рассчитываем потери и уменьшаем затраты
Сопротивление металлов
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах это движение свободных электронов сквозь кристаллическую решётку, которая оказывает сопротивление этому движению.
В расчетах удельное сопротивление обозначается буквой «p» и соответствует сопротивлению одного метра провода сечением 1мм².
Для самых распространённых металлов, используемых для изготовления проводов, меди и алюминия, этот параметр равен 0,017 и 0,026 Ом*м/мм², соответственно. Сопротивление отрезка провода вычисляется по формуле:
Например, 100 метров медного провода сечением 4мм² имеет сопротивление 0,425 Ом.
Если сечение S неизвестно, то, зная диаметр проводника, оно рассчитывается как:
Как рассчитать потери напряжения в кабеле?
- Повысить потенциал в начале питающего кабеля. Возможно только это при подключении к отдельному трансформатору, например, в дачном посёлке или микрорайоне. При отключении части потребителей потенциал в розетках остальных окажется завышенным;
- Установка возле нагрузки стабилизатора. Это требует расходов, но гарантирует постоянные параметры сети;
- При подключении нагрузки 12-36В через понижающий трансформатор или блок питания располагать их рядом с потребителем.
Как рассчитать потери напряжения
По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём появляется разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.
Для нормальной работы электрооборудования величина напряжения сети не должна выходить за пределы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.
При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение возле потребителя меняется. Эти колебания необходимо учитывать при проектировании электроснабжения.
Выбор по допустимым потерям
При расчёте потерь необходимо учитывать, что в однофазной сети используется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения меняется:
В трёхфазной сети ситуация сложнее. При равномерной нагрузке, например, в электродвигателе, мощности, подключенные к фазным проводам, компенсируют друг друга, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.
Если нагрузка неравномерная, как в электроплитах, в которых может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазной сети.
В линиях большой протяжённости, кроме активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.
Расчёт можно выполнить по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазной сети и при расстоянии 100 метров необходимое сечение составит не менее 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².
Выбор сечения кабелей по нагреву
Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:
В кабеле из предыдущего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Несмотря на длину, этого достаточно для того, чтобы нагреть проводник.
При нагреве провода свыше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к короткому замыканию. Величина допустимого тока зависит от материала токопроводящей жилы, изоляции и условий прокладки. Для выбора необходимо пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькулятором.
Сокращение потерь
Вполне очевидно, что потери зависят от длины проводника в магистрали. Чем этот параметр выше, тем сильнее упадет напряжение. Для сокращения потерь можно использовать несколько методов:
Последний способ отлично работает в электросетях, имеющих несколько резервных линий. Также следует помнить, что напряжение может падать при условии увеличения температуры кабеля. Если во время прокладки кабеля использовать дополнительные мероприятия по теплоизоляции, то потери можно сократить.
В энергетической отрасли расчет падения напряжения на магистрали является одной из важнейших задач. Если все вычисления были проведены грамотно, то у потребителя не возникнет проблем с эксплуатацией электрооборудования.
Как уменьшить падение напряжения в кабеле
- Энергозависимое оборудование не сможет нормально функционировать.
- При низком напряжении на входе возможен отказ в работе электроприборов.
- Токовая нагрузка не будет распределяться равномерно между потребителями.
