การส่งพลังงานผ่านสาย

วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบอย่างน้อย 3 อย่าง ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้า ตัวรับพลังงาน และสายไฟที่เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดและเครื่องรับ

โรงไฟฟ้ามักตั้งอยู่ห่างไกลจากจุดที่ใช้ไฟฟ้า สายไฟเหนือศีรษะทอดยาวหลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตรระหว่างโรงไฟฟ้าและสถานที่ใช้พลังงาน ตัวนำของสายไฟได้รับการแก้ไขบนเสาด้วยฉนวนที่ทำจากอิเล็กทริกซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นกระเบื้องเคลือบ

ด้วยความช่วยเหลือของเส้นค่าโสหุ้ยที่ประกอบกันเป็นโครงข่ายไฟฟ้า ไฟฟ้าจึงถูกจ่ายให้กับอาคารที่อยู่อาศัยและโรงงานอุตสาหกรรมซึ่งเป็นที่ตั้งของผู้ใช้พลังงาน ภายในอาคาร สายไฟทำจากลวดทองแดงหุ้มฉนวนและสายเคเบิล และเรียกว่าสายไฟภายในอาคาร

เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านสายไฟ จะสังเกตเห็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์หลายประการที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานของสายไฟต่อกระแสไฟฟ้า ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้แก่ การสูญเสียแรงดันไฟฟ้า, การสูญเสียพลังงานของสาย ลวดความร้อน.

การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าของสาย

เมื่อกระแสไหล จะเกิดแรงดันตกคร่อมความต้านทานของสาย ความต้านทานของสาย Rl สามารถคำนวณได้หากความยาวของเส้น l (เป็นเมตร) ส่วนตัดขวางของตัวนำ S (เป็นตารางมิลลิเมตร) และความต้านทานของวัสดุลวด ρ เป็นที่รู้จัก:

Rl = ρ (2l / วินาที)

(สูตรประกอบด้วยหมายเลข 2 เนื่องจากต้องคำนึงถึงทั้งสองสาย)

หากกระแส l ไหลผ่านเส้น แรงดันตกคร่อมในเส้น ΔUl ตามกฎของโอห์มจะเท่ากับ: ΔUl = IRl

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าบางส่วนในสายสูญหาย ดังนั้นที่ปลายสาย (ที่เครื่องรับ) มันจะน้อยกว่าที่จุดเริ่มต้นของสายเสมอ (ไม่ใช่ที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) แรงดันตกที่เครื่องรับเนื่องจากแรงดันไฟตกอาจทำให้เครื่องรับไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าหลอดไส้ปกติจะเผาไหม้ที่ 220 V และเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ให้พลังงาน 220 V สมมติว่าเส้นมีความยาว l = 92 ม. หน้าตัดลวด S = 4 mm2 และความต้านทาน ρ = 0 ,0175.

ความต้านทานสาย: Rl = ρ (2l / S) = 0.0175 (2 x 92) / 4 = 0.8 โอห์ม

หากกระแสผ่านหลอด Az = 10 A แรงดันตกในสายจะเป็น: ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V... ดังนั้นแรงดันในหลอดจะน้อยกว่าเครื่องกำเนิด 2.4 V แรงดันไฟฟ้า : Ulamps = 220 — 8 = 212 V. หลอดไฟจะสว่างไม่เพียงพอ การเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านเครื่องรับทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันตกคร่อมสาย ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมเครื่องรับ

ให้หนึ่งในหลอดดับในตัวอย่างนี้และกระแสในสายจะลดลงเป็น 5 A ในกรณีนี้ แรงดันตกในสายจะลดลง: ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V.

บนหลอดไฟที่เปิดใช้งานแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะทำให้ความสว่างเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างแสดงให้เห็นว่าการเปิดหรือปิดเครื่องรับแต่ละเครื่องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าของเครื่องรับอื่นๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟตกในสาย ปรากฏการณ์เหล่านี้อธิบายความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่มักพบในเครือข่ายไฟฟ้า

ผลกระทบของความต้านทานสายต่อค่าแรงดันเครือข่ายนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการสูญเสียแรงดันสัมพัทธ์ อัตราส่วนของแรงดันตกคร่อมในสายต่อแรงดันปกติ ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์การสูญเสียแรงดันสัมพัทธ์ (แสดงโดย ΔU%) เรียกว่า:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

ตามมาตรฐานที่มีอยู่ ตัวนำของสายจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 5% และภายใต้ภาระแสงสว่างไม่เกิน 2 - 3%

การสูญเสียพลังงาน

พลังงานไฟฟ้าบางส่วนที่เกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งผ่านความร้อนและสูญเสียไปในปูนขาว ทำให้เกิดความร้อนโดยการนำไฟฟ้า เป็นผลให้พลังงานที่ผู้รับได้รับนั้นน้อยกว่าพลังงานที่เครื่องกำเนิดมอบให้เสมอ ในทำนองเดียวกัน พลังงานที่ใช้ในเครื่องรับจะน้อยกว่าพลังงานที่พัฒนาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสมอ

การสูญเสียพลังงานในเส้นสามารถคำนวณได้โดยการทราบกำลังและความต้านทานในปัจจุบันของเส้น: Plosses = Az2Rl

ในการระบุลักษณะประสิทธิภาพของการส่งกำลัง ให้กำหนดประสิทธิภาพของสาย ซึ่งเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ผู้รับได้รับต่อกำลังที่พัฒนาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เนื่องจากพลังงานที่พัฒนาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นมากกว่ากำลังของเครื่องรับตามจำนวนการสูญเสียพลังงานในสาย ประสิทธิภาพ (แสดงด้วยตัวอักษรกรีก η — นี่) จึงคำนวณเป็น: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

โดยที่ Ppolzn คือพลังงานที่ใช้ในเครื่องรับ Ploss คือการสูญเสียพลังงานในสาย

จากตัวอย่างที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ด้วยความแรงของกระแส Az = 10 กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียในสาย (Rl = 0.8 โอห์ม):

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

พลังงานที่มีประโยชน์ P มีประโยชน์ = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W.

ประสิทธิภาพ η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96 (หรือ 96%) เช่น เครื่องรับได้รับพลังงานเพียง 96% ที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ทำความร้อนด้วยลวด

ความร้อนของสายไฟและสายเคเบิลเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่เป็นอันตราย เมื่อใช้งานเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง ฉนวนของสายไฟและสายเคเบิลจะเปราะและยุบตัว การทำลายฉนวนเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เนื่องจากทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่ชิ้นส่วนเปลือยของสายไฟจะสัมผัสกันและเรียกว่าไฟฟ้าลัดวงจร

การสัมผัสสายไฟที่สัมผัสอาจทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตได้ ในที่สุดความร้อนที่มากเกินไปของสายไฟสามารถจุดฉนวนและทำให้เกิดไฟไหม้ได้

เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนไม่เกินค่าที่อนุญาต คุณต้องเลือกส่วนตัดขวางของเส้นลวดให้ถูกต้อง ยิ่งกระแสไฟฟ้ามากขึ้น ลวดจะต้องมีหน้าตัดมากขึ้น เนื่องจากเมื่อหน้าตัดเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะลดลง และปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะลดลงตามไปด้วย

การเลือกส่วนตัดขวางของลวดความร้อนนั้นดำเนินการตามตารางที่แสดงจำนวนกระแสที่สามารถผ่านลวดโดยไม่ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปที่ยอมรับไม่ได้va บางครั้งพวกเขาระบุความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตนั่นคือปริมาณกระแสต่อตารางมิลลิเมตรของส่วนตัดขวางของเส้นลวด

ความหนาแน่นกระแส Ј เท่ากับความแรงของกระแส (เป็นแอมแปร์) หารด้วยส่วนตัดขวางของตัวนำ (เป็นตารางมิลลิเมตร): Ј = I / S а / mm2

รู้ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาต นอกจากนี้ คุณสามารถค้นหาส่วนตัวนำที่จำเป็น: S = I /Јadop

สำหรับการเดินสายภายใน ความหนาแน่นกระแสไฟที่อนุญาตคือ 6A/mm2 โดยเฉลี่ย

ตัวอย่าง. จำเป็นต้องกำหนดส่วนตัดขวางของเส้นลวดหากทราบว่ากระแสที่ผ่านควรเท่ากับ I = 15A และความหนาแน่นกระแสที่อนุญาต Јadop — 6Аmm2

การตัดสินใจ. หน้าตัดลวดที่ต้องการ S = I /Јadop = 15/6 = 2.5 mm2