Penghantaran tenaga melalui wayar

Litar elektrik terdiri daripada sekurang-kurangnya tiga elemen: penjana, yang merupakan sumber tenaga elektrik, penerima tenaga dan wayar yang menyambungkan penjana dan penerima.

Loji janakuasa selalunya terletak jauh dari tempat penggunaan elektrik. Talian kuasa atas membentang berpuluh malah ratusan kilometer antara loji janakuasa dan tempat penggunaan tenaga. Konduktor talian kuasa dipasang pada tiang dengan penebat diperbuat daripada dielektrik, selalunya porselin.

Dengan bantuan talian atas yang membentuk grid elektrik, elektrik dibekalkan ke bangunan kediaman dan perindustrian di mana pengguna tenaga berada. Di dalam bangunan, pendawaian elektrik diperbuat daripada wayar dan kabel tembaga bertebat dan dipanggil pendawaian dalaman.

Apabila elektrik dihantar melalui wayar, beberapa fenomena yang tidak diingini diperhatikan berkaitan dengan rintangan wayar kepada arus elektrik. Fenomena ini termasuklah kehilangan voltan, kehilangan kuasa talian, wayar pemanasan.

Kehilangan voltan talian

Apabila arus mengalir, penurunan voltan tercipta merentasi rintangan talian. Rintangan garisan Rl boleh dikira jika panjang garis l (dalam meter), keratan rentas konduktor S (dalam milimeter persegi) dan rintangan bahan wayar ρ diketahui:

Rl = ρ (2l / S)

(rumus mengandungi nombor 2 kerana kedua-dua wayar mesti diambil kira).

Jika arus l mengalir melalui talian, maka penurunan voltan dalam talian ΔUl mengikut hukum Ohm adalah sama dengan: ΔUl = IRl.

Oleh kerana beberapa voltan dalam talian hilang, maka pada hujung talian (di penerima) ia akan sentiasa kurang daripada pada permulaan talian (bukan pada terminal penjana). Penurunan voltan penerima akibat penurunan voltan talian boleh menghalang penerima daripada beroperasi secara normal.

Katakan, sebagai contoh, lampu pijar biasanya menyala pada 220 V dan disambungkan kepada penjana yang menyediakan 220 V. Katakan bahawa talian itu mempunyai panjang l = 92 m, keratan rentas wayar S = 4 mm2 dan rintangan ρ = 0 , 0175.

Rintangan garisan: Rl = ρ (2l / S) = 0.0175 (2 x 92) / 4 = 0.8 ohm.

Jika arus melalui lampu Az = 10 A, maka penurunan voltan dalam talian akan menjadi: ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V... Oleh itu, voltan dalam lampu akan menjadi 2.4 V kurang daripada penjana voltan : Ulam = 220 — 8 = 212 V. Lampu akan menjadi segelintir yang tidak cukup menyala. Perubahan dalam arus yang mengalir melalui penerima menyebabkan perubahan dalam penurunan voltan merentasi talian, mengakibatkan perubahan dalam voltan merentasi penerima.

Biarkan salah satu lampu padam dalam contoh ini dan arus dalam talian akan berkurangan kepada 5 A. Dalam kes ini, penurunan voltan dalam talian akan berkurangan: ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V.

Pada lampu yang dihidupkan, voltan akan meningkat, yang akan menyebabkan peningkatan ketara dalam kecerahannya. Contoh menunjukkan bahawa menghidupkan atau mematikan penerima individu menyebabkan perubahan dalam voltan penerima lain disebabkan oleh perubahan dalam penurunan voltan dalam talian. Fenomena ini menerangkan turun naik voltan yang sering diperhatikan dalam rangkaian elektrik.

Kesan rintangan talian pada nilai voltan rangkaian dicirikan oleh kehilangan voltan relatif. Nisbah penurunan voltan dalam talian kepada voltan biasa, dinyatakan sebagai peratusan kehilangan voltan relatif (ditandakan dengan ΔU%), dipanggil:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Menurut piawaian sedia ada, konduktor talian mesti direka bentuk supaya kehilangan voltan tidak melebihi 5%, dan di bawah beban pencahayaan tidak melebihi 2 - 3%.

Kehilangan tenaga

Sebahagian daripada tenaga elektrik yang dihasilkan oleh penjana masuk ke dalam haba dan terbuang dalam kapur, menyebabkan pemanasan melalui pengaliran. Akibatnya, tenaga yang diterima oleh penerima sentiasa kurang daripada tenaga yang diberikan oleh penjana. Begitu juga, kuasa yang digunakan dalam penerima sentiasa kurang daripada kuasa yang dibangunkan oleh penjana.

Kehilangan kuasa dalam talian boleh dikira dengan mengetahui kekuatan semasa dan rintangan talian: Plosses = Az2Rl

Untuk mencirikan kecekapan penghantaran kuasa, tentukan kecekapan talian, yang difahami sebagai nisbah kuasa yang diterima oleh penerima kepada kuasa yang dibangunkan oleh penjana.

Oleh kerana kuasa yang dibangunkan oleh penjana adalah lebih besar daripada kuasa penerima dengan jumlah kehilangan kuasa dalam talian, kecekapan (dilambangkan dengan huruf Yunani η — ini) dikira sebagai: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

di mana, Ppolzn ialah kuasa yang digunakan dalam penerima, Ploss ialah kehilangan kuasa dalam talian.

Daripada contoh yang dibincangkan sebelum ini dengan kekuatan semasa Az = 10 Kehilangan kuasa dalam talian (Rl = 0.8 ohm):

Kerugian = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Kuasa berguna P berguna = Ulam x I = 212x 10 = 2120 W.

Kecekapan η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96 (atau 96%), i.e. penerima hanya menerima 96% daripada kuasa yang dijana oleh penjana.

Pemanasan dengan wayar

Pemanasan wayar dan kabel akibat haba yang dihasilkan oleh arus elektrik adalah fenomena yang berbahaya. Dengan operasi yang berpanjangan pada suhu tinggi, penebat wayar dan kabel menjadi tua, menjadi rapuh dan runtuh. Pemusnahan penebat tidak boleh diterima, kerana ini mewujudkan kemungkinan sentuhan bahagian kosong wayar antara satu sama lain dan litar pintas yang dipanggil.

Menyentuh wayar yang terdedah boleh menyebabkan kejutan elektrik. Akhirnya, pemanasan wayar yang berlebihan boleh menyalakan penebatnya dan menyebabkan kebakaran.

Untuk memastikan bahawa pemanasan tidak melebihi nilai yang dibenarkan, anda mesti memilih keratan rentas wayar yang betul. Semakin besar arus, semakin besar keratan rentas wayar yang mesti ada, kerana apabila keratan rentas bertambah, rintangan berkurangan dan, dengan itu, jumlah haba yang dihasilkan berkurangan.

Pemilihan keratan rentas wayar pemanas dijalankan mengikut jadual yang menunjukkan berapa banyak arus boleh melalui wayar tanpa menyebabkan terlalu panas yang tidak boleh diterima.va. Kadang-kadang mereka menunjukkan ketumpatan arus yang dibenarkan, iaitu, jumlah arus per milimeter persegi keratan rentas wayar.

Ketumpatan arus Ј adalah sama dengan kekuatan arus (dalam ampere) dibahagikan dengan keratan rentas konduktor (dalam milimeter persegi): Ј = I / S а / mm2

Mengetahui ketumpatan arus yang dibenarkan Јselain itu, anda boleh mencari bahagian konduktor yang diperlukan: S = I / Јadop

Untuk pendawaian dalaman, ketumpatan arus yang dibenarkan adalah secara purata 6A/mm2.

Satu contoh. Adalah perlu untuk menentukan keratan rentas wayar, jika diketahui bahawa arus yang melaluinya harus sama dengan I = 15A, dan ketumpatan arus yang dibenarkan Јadop — 6Аmm2.

Keputusan. Keratan rentas wayar yang diperlukan S = I /Јadop = 15/6 = 2.5 mm2