העברת אנרגיה על חוט

מעגל חשמלי מורכב משלושה אלמנטים לפחות: גנרטור, שהוא מקור לאנרגיה חשמלית, מקבל אנרגיה וחוטים המחברים בין הגנרטור למקלט.

תחנות כוח ממוקמות לרוב הרחק מהמקום שבו צורכים חשמל. קו מתח עליון נמתח עשרות ואף מאות קילומטרים בין תחנת הכוח למקום צריכת האנרגיה. המוליכים של קו החשמל קבועים על עמודים עם מבודדים עשויים דיאלקטרי, לרוב פורצלן.

בעזרת קווים עיליים המרכיבים את רשת החשמל, אספקת חשמל למבני מגורים ותעשייה בהם נמצאים צרכני אנרגיה. בתוך מבנים, חיווט חשמלי עשוי מחוטי נחושת מבודדים וכבלים ונקרא חיווט פנימי.

כאשר החשמל מועבר דרך חוטים, נצפות מספר תופעות לא רצויות הקשורות להתנגדות החוטים לזרם חשמלי. תופעות אלו כוללות אובדן מתח, הפסדי חשמל בקו, חוטי חימום.

אובדן מתח קו

כאשר זורם זרם, נוצרת ירידת מתח על פני התנגדות הקו. ניתן לחשב את התנגדות הקו Rl אם ידועים אורך הקו l (במטרים), חתך המוליך S (במילימטרים רבועים) וההתנגדות של חומר החוט ρ:

Rl = ρ (2l / S)

(הנוסחה מכילה את המספר 2 כי יש לקחת בחשבון את שני החוטים).

אם זרם l זורם בקו, אזי ירידת המתח בקו ΔUl לפי חוק אוהם שווה ל: ΔUl = IRl.

מכיוון שחלק מהמתח בקו אובד, אז בסוף הקו (במקלט) הוא תמיד יהיה פחות מאשר בתחילת הקו (לא במסופי הגנרטור). ירידה במתח המקלט עקב נפילת מתח בקו עלולה למנוע מהמקלט לפעול כרגיל.

נניח, למשל, שנורות ליבון דולקות בדרך כלל ב-220 וולט ומחוברות לגנרטור המספק 220 וולט. נניח שלקו יש אורך l = 92 מ', חתך חוט S = 4 מ"מ2 והתנגדות ρ = 0 , 0175.

התנגדות קו: Rl = ρ (2l / S) = 0.0175 (2 x 92) / 4 = 0.8 אוהם.

אם הזרם עובר דרך המנורות Az = 10 A, אזי ירידת המתח בקו תהיה: ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V... לכן, המתח במנורות יהיה 2.4 V פחות מהגנרטור מתח: Ulamps = 220 — 8 = 212 V. המנורות יהיו קומץ לא מספיק מואר. שינוי בזרם הזורם דרך המקלטים גורם לשינוי במפל המתח על פני הקו, וכתוצאה מכך לשינוי במתח על פני המקלטים.

תן לאחת המנורות לכבות בדוגמה זו והזרם בקו יקטן ל-5 A. במקרה זה, ירידת המתח בקו תקטן: ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V.

על המנורה הדולקת, המתח יעלה, מה שיגרום לעלייה ניכרת בבהירות שלה. הדוגמה מראה כי הפעלה או כיבוי של מקלט בודד גורמת לשינוי במתח של מקלטים אחרים עקב שינוי במפל המתח בקו. תופעות אלו מסבירות את תנודות המתח הנצפות לעתים קרובות ברשתות חשמל.

השפעת התנגדות הקו על ערך מתח הרשת מאופיינת באובדן המתח היחסי. היחס בין ירידת המתח בקו למתח הרגיל, המבוטא כאחוז אובדן מתח יחסי (מסומן ב-ΔU%), נקרא:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

על פי התקנים הקיימים, המוליכים של הקו חייבים להיות מתוכננים כך שהפסד המתח לא יעלה על 5%, ותחת עומס תאורה לא יעלה על 2 - 3%.

אובדן אנרגיה

חלק מהאנרגיה החשמלית הנוצרת מהגנרטור עוברת לחום ומתבזבזת בסיד וגורמת לחימום על ידי הולכה. כתוצאה מכך, האנרגיה שמקבל המקלט תמיד פחותה מהאנרגיה שנותנת הגנרטור. כמו כן, ההספק הנצרך במקלט תמיד קטן מההספק שפותח על ידי הגנרטור.

ניתן לחשב את אובדן הכוח בקו על ידי הכרת חוזק והתנגדות הזרם של הקו: Plosses = Az2Rl

כדי לאפיין את יעילות העברת הכוח, הגדירו את יעילות הקו, אשר מובנת כיחס בין ההספק שמקבל המקלט להספק שפותח על ידי הגנרטור.

מכיוון שההספק שפותח על ידי הגנרטור גדול מההספק של המקלט בכמות אובדן ההספק בקו, היעילות (מסומנת באות היוונית η - זה) מחושבת כך: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

כאשר, Ppolzn הוא הכוח הנצרך במקלט, Ploss הוא אובדן החשמל בקווים.

מהדוגמה שנדונה קודם לכן עם חוזק זרם Az = 10 אובדן הספק בקו (Rl = 0.8 אוהם):

הפסד = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

כוח שימושי P שימושי = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

יעילות η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96 (או 96%), כלומר. המקלטים מקבלים רק 96% מההספק המופק מהגנרטור.

חימום באמצעות חוט

חימום של חוטים וכבלים עקב החום שנוצר מהזרם החשמלי הוא תופעה מזיקה. בפעולה ממושכת בטמפרטורות גבוהות, הבידוד של חוטים וכבלים מזדקן, הופך שביר ומתמוטט. הרס הבידוד אינו מקובל, שכן הדבר יוצר את האפשרות למגע של החלקים החשופים של החוטים זה עם זה ומה שנקרא קצר חשמלי.

נגיעה בחוטים חשופים עלולה לגרום להתחשמלות. לבסוף, חימום יתר של החוט עלול להצית את הבידוד שלו ולגרום לשריפה.

כדי להבטיח שהחימום לא יעלה על הערך המותר, עליך לבחור את החתך הנכון של החוט. ככל שהזרם גדול יותר, חתך החוט חייב להיות גדול יותר, כי ככל שהחתך גדל, ההתנגדות יורדת ובהתאם לכך, כמות החום שנוצרת יורדת.

בחירת החתך של חוטי החימום מתבצעת לפי הטבלאות המראות כמה זרם יכול לעבור דרך החוט מבלי לגרום להתחממות יתר בלתי מתקבלת על הדעת.va. לפעמים הם מציינים את צפיפות הזרם המותרת, כלומר, כמות הזרם למילימטר רבוע של חתך החוט.

צפיפות הזרם Ј שווה לעוצמת הזרם (באמפר) חלקי החתך של המוליך (במילימטרים רבועים): Ј = I / S а / mm2

לדעת את צפיפות הזרם המותרת Јבנוסף, אתה יכול למצוא את קטע המוליך הדרוש: S = I /Јadop

עבור חיווט פנימי, צפיפות הזרם המותרת היא בממוצע 6A/mm2.

דוגמה. יש צורך לקבוע את החתך של החוט, אם ידוע שהזרם העובר דרכו צריך להיות שווה ל-I = 15A, וצפיפות הזרם המותרת Јadop - 6Аmm2.

הַחְלָטָה. חתך חוט נדרש S = I /Јadop = 15/6 = 2.5 מ"מ