Transmissió d'energia a través d'un cable

Un circuit elèctric consta d'almenys tres elements: un generador, que és una font d'energia elèctrica, receptor d'energia i cables que connecten el generador i el receptor.

Les centrals elèctriques solen estar situades lluny d'on es consumeix electricitat. Una línia elèctrica aèria s'estén desenes i fins i tot centenars de quilòmetres entre la central elèctrica i el lloc de consum energètic. Els conductors de la línia elèctrica es fixen en pals amb aïllants fets d'un dielèctric, la majoria de les vegades de porcellana.

Amb l'ajuda de les línies aèries que conformen la xarxa elèctrica, es subministra electricitat als edificis residencials i industrials on es troben els consumidors d'energia. A l'interior dels edificis, el cablejat elèctric està fet de fils i cables de coure aïllats i s'anomena cablejat interior.

Quan l'electricitat es transmet a través de cables, s'observen una sèrie de fenòmens indesitjables relacionats amb la resistència dels cables al corrent elèctric. Aquests fenòmens inclouen pèrdua de tensió, pèrdues de potència de línia, cables de calefacció.

Pèrdua de tensió de línia

Quan el corrent flueix, es crea una caiguda de tensió a través de la resistència de la línia. La resistència de la línia Rl es pot calcular si es coneixen la longitud de la línia l (en metres), la secció transversal del conductor S (en mil·límetres quadrats) i la resistència del material del cable ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(la fórmula conté el número 2 perquè s'han de tenir en compte els dos cables).

Si un corrent l circula per la línia, aleshores la caiguda de tensió a la línia ΔUl segons la llei d'Ohm és igual a: ΔUl = IRl.

Com que es perd part de la tensió de la línia, al final de la línia (al receptor) sempre serà menor que al principi de la línia (no als terminals del generador). Una caiguda de tensió del receptor a causa d'una caiguda de tensió de línia pot impedir que el receptor funcioni amb normalitat.

Suposem, per exemple, que les làmpades incandescents normalment cremen a 220 V i estan connectades a un generador que proporciona 220 V. Suposem que la línia té una longitud l = 92 m, una secció de cable S = 4 mm2 i una resistència ρ = 0 , 0175.

Resistència de línia: Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohms.

Si el corrent passa per les làmpades Az = 10 A, aleshores la caiguda de tensió a la línia serà: ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Per tant, la tensió a les làmpades serà 2,4 V menor que la del generador. tensió : Ulamps = 220 — 8 = 212 V. Els llums seran un grapat insuficientment encesos. Un canvi en el corrent que flueix pels receptors provoca un canvi en la caiguda de tensió a través de la línia, donant lloc a un canvi en la tensió als receptors.

En aquest exemple, deixeu que una de les làmpades s'apagui i el corrent de la línia disminuirà fins a 5 A. En aquest cas, la caiguda de tensió a la línia disminuirà: ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

A la làmpada encesa, la tensió augmentarà, cosa que provocarà un augment notable de la seva brillantor. L'exemple mostra que encendre o apagar un receptor individual provoca un canvi en la tensió d'altres receptors a causa d'un canvi en la caiguda de tensió a la línia. Aquests fenòmens expliquen les fluctuacions de tensió que s'observen sovint a les xarxes elèctriques.

L'efecte de la resistència de la línia sobre el valor de la tensió de la xarxa es caracteritza per la pèrdua de tensió relativa. La relació entre la caiguda de tensió a la línia i la tensió normal, expressada com a percentatge de pèrdua de tensió relativa (indicada per ΔU%), s'anomena:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

D'acord amb les normes existents, els conductors de la línia s'han de dissenyar de manera que la pèrdua de tensió no superi el 5% i la càrrega d'il·luminació no superi el 2-3%.

Pèrdua d'energia

Part de l'energia elèctrica generada pel generador passa a la calor i es malgasta en la calç, provocant un escalfament per conducció. Com a resultat, l'energia rebuda pel receptor sempre és menor que l'energia donada pel generador. Així mateix, la potència consumida en el receptor és sempre inferior a la potència desenvolupada pel generador.

La pèrdua de potència a la línia es pot calcular coneixent la força actual i la resistència de la línia: Plosses = Az2Rl

Per caracteritzar l'eficiència de la transmissió d'energia, definiu l'eficiència de la línia, que s'entén com la relació entre la potència rebuda pel receptor i la potència desenvolupada pel generador.

Com que la potència desenvolupada pel generador és més gran que la potència del receptor per la quantitat de pèrdua de potència a la línia, l'eficiència (indicada per la lletra grega η — això) es calcula com: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

on, Ppolzn és la potència consumida al receptor, Ploss és la pèrdua de potència a les línies.

A partir de l'exemple comentat anteriorment amb intensitat actual Az = 10 Pèrdua de potència a la línia (Rl = 0,8 ohms):

Pèrdua = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Potència útil P útil = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

Eficiència η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (o 96%), és a dir. els receptors reben només el 96% de la potència generada pel generador.

Calefacció amb fil

L'escalfament de fils i cables a causa de la calor generada pel corrent elèctric és un fenomen nociu. Amb un funcionament prolongat a temperatures elevades, l'aïllament de filferros i cables envelleix, es torna trencadís i s'enfonsa. La destrucció de l'aïllament és inacceptable, ja que això crea la possibilitat de contacte de les parts nues dels cables entre si i l'anomenat curtcircuit.

Tocar cables exposats pot provocar una descàrrega elèctrica. Finalment, un escalfament excessiu del cable pot encendre el seu aïllament i provocar un incendi.

Per assegurar-vos que la calefacció no superi el valor permès, heu de triar la secció transversal correcta del cable. Com més gran sigui el corrent, més gran és la secció transversal que ha de tenir un cable, perquè a mesura que augmenta la secció, la resistència disminueix i, en conseqüència, disminueix la quantitat de calor generada.

La selecció de la secció transversal dels cables de calefacció es realitza d'acord amb les taules que mostren la quantitat de corrent que pot passar pel cable sense provocar un sobreescalfament inacceptable.va. De vegades indiquen la densitat de corrent admissible, és a dir, la quantitat de corrent per mil·límetre quadrat de la secció transversal del cable.

La densitat de corrent Ј és igual a la força del corrent (en amperes) dividida per la secció transversal del conductor (en mil·límetres quadrats): Ј = I / S а / mm2

Coneixent la densitat de corrent admissible, a més, podeu trobar la secció del conductor necessària: S = I /Јadop

Per al cablejat intern, la densitat de corrent permesa és de mitjana 6A/mm2.

Un exemple. Cal determinar la secció transversal del cable, si se sap que el corrent que hi passa ha de ser igual a I = 15A i la densitat de corrent admissible Јadop - 6Аmm2.

Decisió. Secció de cable necessària S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2