Передача електричної енергії по проводах

Втрата напруги в проводах лінії. Передача електричної енергії від джерела I (рис. 33) до приймача 2 відбувається по проводах, утворюючим електричну лінію. При передачі енергії виникає втрата напруги в проводах лінії

? Uл = IRл (36)

де Rл, – опір проводів лінії.
В результаті цього напруга U2 в кінці електричної лінії виявляється менше напруги U1 на початку лінії. Втрата напруги в проводах лінії? Uл не є постійною величиною, вона коливається в залежності від сили струму навантаження від нуля (при I = 0) до найбільшого значення (при максимальному навантаженні). Крім того, вона залежить від опору Rл проводів лінії,

Рис. 33. Схема передачі електричної енергії від джерела до пріемнікуРіс. 33. Схема передачі електричної енергії від джерела до приймача

т. е. від їх питомої провідності?, площі поперечного перерізу s і довжини лінії lл.

На електрифікованих залізницях одним з проводів, що з’єднують джерело живлення – тягову підстанцію зі споживачем – електровозом, є контактний провід, а іншим – рейки. Тому під втратою напруги в проводах? Uл цьому випадку розуміється сумарна втрата напруги в контактній мережі і рейках. Втрата напруги в лінії збільшується в міру віддалення електровоза від тягової підстанції, відповідно з цим зменшується і напруга на його струмоприймачі.

Втрати потужності в лінії і її к. П. Д. При проходженні по лінії струму I частина потужності Р1, що надходить від джерела, губиться в лінії викликаючи нагрів проводів, ці втрати потужності

? Pл = I2Rл = I? Uл (37)

Отже, приймач електричної енергії включений на кінці лінії, отримуватиме меншу потужність

P2 = P1 -? Pл (38)

При збільшенні струму I зростають втрати потужності в проводах лінії? Pл і зменшуються к.к.д. лінії і напруга U2, що подається на навантаження.

Практично електричну енергію передають по проводах при? = 0,9- 0,95, при цьому опір проводів лінії складає 5-10% опору навантаження і втрати енергії в них не перевищують 5-10% переданої потужності.
Розглянемо тепер, як залежать втрати потужності в лінії і її к. П. Д. Від напруги U2, при якому здійснюється передача електроенергії. Втрати потужності в проводах лінії

? Pл = I2Rл = P22 / U22 * 2? Lл / Sл (39)

Отже, чим більше передана потужність Р2 і відстань lл, на яке вона передається, тим більше втрати потужності та енергії в проводах; чим більше площа перерізу проводів Sл і напруга U2 в лінії передачі, тим менше ці втрати, тому вигідніше передавати електричну енергію при більш високих напругах.
Принципи розрахунку проводів. Для правильної роботи приймачів електричної енергії вельми важливо, щоб подається до них напруга підтримувалося по можливості постійним і дорівнювало їх номінальній напрузі. Зниження напруги викликає істотне ослаблення напруження електричних ламп та погіршення режиму роботи електродвигунів, а збільшення порівняно з номінальним – скорочення терміну служби ламп та електричних машин.
Електричні дроти зазвичай розраховують за допустимої втрати напруги. Втрата напруги в проводах допускається невеликий в порівнянні з напругою мережі для економії електричної енергії та забезпечення малого коливання напруги на приймачах. В електричних мережах різного призначення допустимі втрати напруги складають приблизно 2-6%. Виходячи з цих умов і проводять розрахунок електричних проводів, т. Е. Підбору площі Sл їх поперечного перерізу. Її вибирають такий, щоб при максимальному навантаженні втрати напруги на ділянці від джерела живлення до самого віддаленого приймача не перевищували 2-6% номінальної напруги. При електричній тязі вибір площі перерізу контактних проводів також виробляють з умови, щоб на струмоприймачі електровоза діяло напруга U2, достатню для нормальної роботи електричних машин локомотива.

Відносна втрата напруги в лінії,%,

? = (? Uл / U2) 100%.

Замінюючи в цій формулі? Uл = IRл = I2? Lл / Sл і I = P2 / U2, отримаємо, що поперечний переріз проводів лінії

Sл = (200? /?) (P2iл / U22) (39 ‘)

З формули (39 ‘) випливає:

1) чим більше передана потужність і чим на більшу відстань вона передається, тим більше має бути поперечний переріз проводів лінії;

2) збільшення напруги в лінії дозволяє значною
мірі зменшити перетин проводів лінії і знизити втрати потужності в ній.

При передачі електричної енергії на далеку відстань широко використовуються вигоди, які дає підвищення напруги. Чим більшу потужність потрібно передати і чим більше відстань, на яку вона передається, тим більш високу напругу застосовують в лініях електропередачі. Наприклад, при передачі енергії від потужних електростанцій (Куйбишевської, Волгоградської та ін.) На відстань 800-1000 км використовують напругу 500-750 кВ; при передачі енергії на відстань 100-200 км-110-220 кВ; при передачі порівняно невеликої кількості енергії на відстань кількох кілометрів або десятків кілометрів-35 кВ. В електричних установках невеликої потужності при розташуванні електричних приймачів поблизу від джерел
харчування застосовують напруги 110, 220, 440 В (при постійному
струмі) і 127, 220, 380, 660 В (при змінному струмі).

При електричній тязі, чим більше напруга в контактній дроті, тим меншу площу перетину він матиме і тим на більшій відстані можуть бути розташовані джерела живлення контактної мережі (тягові підстанції). Наприклад, для постачання електричною енергією трамвая, двигуни якого мають порівняно невелику потужність, а контактна мережа – невелику протяжність, використовують напругу 600 В, а на магістральних залізницях, електрифікованих на постійному струмі (де експлуатуються потужні локомотиви), – 3300 В. Електрифікація залізних доріг на змінному струмі дає можливість підняти напругу в контактній мережі до 27500 В що дозволяє значно зменшити площу перерізу проводів контактної мережі та збільшити відстань між тяговими підстанціями в порівнянні з дорогами постійного струму. Останнім часом ведуться роботи щодо подальшого підвищення напруги в контактній мережі на дорогах змінного струму до 2 * 25 кВ.

Посилання на основну публікацію