Глава 1.3. выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны

1.3.31

Выбор экономических сечений проводов воздушных и
жил кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует производить
для каждого из участков, исходя из соответствующих расчетных токов участков.
При этом для соседних участков допускается принимать одинаковое сечение
провода, соответствующее экономическому для наиболее протяженного участка, если
разница между значениями экономического сечения для этих участков находится в
пределах одной ступени по шкале стандартных сечений. Сечения проводов на
ответвлениях длиной до 1 км принимаются такими же, как на ВЛ, от которой
производится ответвление. При большей длине ответвления экономическое сечение
определяется по расчетной нагрузке этого ответвления.

Измерение плотности энергии магнитных полей

Свободная энергия эфира: генераторы свободной энергии

Данная величина показывает энергию, содержащуюся в единице объема окружающей среды, подпадающей под влияние поля. Обозначается она греческой буквой ω. Для вычисления применяется формула:

ω=W/V, в данном случае W – это полевая энергия в объеме пространства V.

Единица измерения плотности поля в международной системе СИ тоже выглядит как частное единиц, в которых измеряются эти величины: джоулей и кубических метров (Дж/м3). Показатель для аккумуляторов (ионных, свинцово-кислотных и других) указывают в прилагающейся документации.

Для соленоида, подсоединенного в электрическую цепь, оба составляющих этого частного можно выразить через следующие единицы:

1. Значение энергетического ресурса поля будет равным уполовиненному произведению индуктивности соленоида на квадрат токовой силы в его обмотке:

W=L*I2/2.

1. В качестве «пространства» рассматривается сама катушка, тогда V=S*l, где S – площадь сечения катушечного элемента в поперечнике, а l – его длина.

Тогда конечная формула принимает следующий облик:

ω=L*I2/2*S*l.

Меры безопасности

Главным правилом безопасности во время работы с токами станет то, что перед любыми действиями требуется обесточить электросеть. В процессе работ также необходимо следовать таким рекомендациям:

• Запрещено ремонтировать включенное в электросеть приспособление.
• При осуществлении работ на электрощитке должно присутствовать предупреждение.
• Работа с высоким напряжением допустимо лишь с помощником.
• Требуется наблюдать за изоляцией каждого провода и контролировать заземление.

Напряжение свыше 24 вольт будет опасно для жизни. Во время работы с напряжением больше данного параметра требуется спецдопуск. При работах необходимо пользоваться специнструментами с повышенным уровнем защиты.

Правила безопасности

Использование электротока разнообразно, так как без него нельзя представить сегодня жизнь. Необходимо понять принципы его функционирования для направления электроэнергии в правильное русло. Электроток течет по законам физики, используемым для создания разнообразных приспособлений. Чтобы грамотно использовать его, требуется ознакомиться с основными электровеличинами.

Определение потери мощности ЛЭП. Экономическое сечение по максимальной мощности. Выбор проводов по экономической плотности тока

Задача № 1.
Определение потери мощности ЛЭП

Определить потери мощности ВЛ
35 кВ длиной 22 км., по которым получает питание потребитель S₂
= 14МВа, при коэффициенте нагрузки cosϕ₂
= 0,85

Линия выполнена проводами марки
АС-95 расположенными горизонтально с расстоянием между ними d
= 2 м

Найти величины cosϕ₁
= ?; к.п.д. ЛЭП (η) = ?

Порядок расчета:

P₂
= S₂·cosφ
= 14·0,85 = 11,9 MBт

Q₂
= S₂·sinφ
= 14·0,53 = 7,42 МВар

P₁
= P₂
+_ΔP
= 11,9 + 1,156 = 13,056

Q₁
= Q₂ +_ΔQ
= 7,42 + 1,36 = 8,78

Задача № 2.
Определение потери электроэнергии

Определить потери
электроэнергии в 2-х трансформаторах подстанции работающих круглый год, если
максимальная мощность

P_max
= 17 Мвт, cosφ
= 0,91

Параметры трансформатора:

/10 кВ тип ТД, мощность 10 МВа,
время использования:

Порядок расчета:

S_max
= P_maxcosφS_max=
17/0,91 = 18,68 Ма

τ=
(0,124 + Т_и ·10-4)2·8760 час τ=
(0,124 + 6500 ·10-4)2·8760 = 5248 час

_ΔР_мном
= 60 кВт; _ΔР_стали
= 15,5 кВт

Потери электроэнергии в 2-х
трансформаторах

Задача № 3.
Экономическое сечение по максимальной мощности

Определить экономическое
сечение сталеалюминевых проводов двухцепной воздушной линии электропередачи
напряжением 110 кВ, если наибольшая нагрузка равна 55 тыс.кВт, а
время ее использования 5000 ч. Коэффициент мощности нагрузки cosφ
= 0,86

Порядок расчета:

При Т_и = 5000 ч
экономическая плотность тока j_эк
для алюминиевых проводов равна 1,1 А/мм2

Экономическое сечение провода
каждой линии

Принимаем провода марки АС —
150

Задача № 4. Выбор
проводов по экономической плотности тока

Выбрать площадь сечения
алюминиевых проводов воздушной линии трехфазного тока напряжением 10 кВ
по экономической плотности тока для вариантов, когда площади сечения проводов
на участках линии различны и когда они постоянны по всей длине линии.

Значения нагрузок в киловаттах
и киловольт — амперах, а также длины участков в километрах указаны на рис. 1.
Время использования наибольшей нагрузки линии Т_и = 4800 ч.
Находим токи на отдельных участках:

Порядок расчета:

Определяем площадь сечения
проводов для первого варианта. При Т_и = 4800 ч находим
экономическую плотность тока j_эк
= 1,1 А/мм2. Тогда

F_Aa
= I_Aaj_эк
= 86/1,1 = 78 мм2 (принимаем провод А-70)

F_ab
= 73/1,1 = 66 мм2 (провод А-70)

F_bc
= 20/1,1, = 18 мм2 (провод А-25)

F_bd
= 26/1,1 = 23 мм2 (провод А-25)

Чтобы определить площадь
сечения проводов при постоянстве ее по всей длине магистрали, по формуле (1)
находим эквивалентный ток:

Тогда площадь сечения провода
будет одинаковой по всей длине линии:

F
= 76,1/1,1 = 65,09 мм2, т.е. принимаем
провод А — 70

Задача № 5.
Наибольшая потеря напряжения в кабельной сети

Определить наибольшую потерю
напряжения в кабельной сети 6 кВ. Длины и площади сечения, медных жил кабелей
указаны на рис.2. Индуктивное сопротивление кабелей независимо от сечения можно
принять Х0 = 0,08 Ом/км. Активное сопротивление при площади сечения жил кабелей
16: 35 и 95 мм2 равны соответственно 1,15; 0,52 и 0,2 Ом/км.

Потерю напряжения до точки 4
определим по формуле

ΔU_A4
= √3[J₄cosφ₄R₁₄+R_A1)+
(J₁cosφ₁+J₂cosφ₂+J₃cosφ₃)+
R_A1+J₄sinφ₄
(X₁₄+X_A1)+
(J₁sinφ₁+J₂sinφ₂+J₃sinφ₃)X_A1

ΔU_A4=
√3 = 159 B

Потерю напряжения до точки 3
определим по формуле

Наибольшая потеря напряжения ΔU_A4
= 159 В

Задача № 6. Потеря
напряжения и мощности в линии

электроэнергия
трансформатор напряжение провод

Линия трехфазного переменного
тока напряжением 10 кВ питает две нагрузки (рис.3.). Вдоль всей линии подвешен
стальной многожильный провод ПМС-50. Среднегеометрическое расстояние между
проводами линии Dср =1,26 м.
Определить потерю напряжения в линии от пункта питания до наиболее удаленной
нагрузки, найти потерю активной мощности и выразить ее в процентах от мощности
нагрузок.

Для того чтобы определить
активное и внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов линии, необходимо
знать токи на участках линии:

Активное сопротивления проводов
на единицу длины:

R₀₂
= 2,76 Ом/км; R₀₁
= 2,85 Ом/км

Внутренние индуктивные
сопротивления:

Х₀₂ =
0,28 Ом/км;Х₀₁ = 0,42 Ом/км;

Внешнее индуктивное сопротивление
фазы трехфазной линии на единицу длины

Активные и индуктивные
сопротивления участков линии:

R₁
= R₀₁l₁
= 2,85*3 = 8,55 Ом

R₂
= R₀₂l₂
= 2,76*2,5 = 6, 9 Ом

Потеря напряжения в линии

Тоже в процентах от мощности
нагрузок

ПРОВЕРКА ПРОВОДНИКОВ ПО УСЛОВИЯМ КОРОНЫ И РАДИОПОМЕХ

1.3.33. При напряжении 35 кВ и выше проводники должны быть проверены по условиям образования короны с учетом среднегодовых значений плотности и температуры воздуха на высоте расположения данной электроустановки над уровнем моря, приведенного радиуса проводника, а также коэффициента негладкости проводников.
При этом наибольшая напряженность поля у поверхности любого из проводников, определенная при среднем эксплуатационном напряжении, должна быть не более 0,9 начальной напряженности электрического поля, соответствующей появлению общей короны.
Проверку следует проводить в соответствии с действующими руководящими указаниями.
Кроме того, для проводников необходима проверка по условиям допустимого уровня радиопомех от короны.

Влияние концентрации и температуры на плотность тока

Плотность тока — это величина, определяющая количество электрического заряда, проходящего через площадку сечения проводника или раствора за единицу времени. Концентрация и температура существенно влияют на плотность тока в металлах и электролитах.

В металлах, при увеличении концентрации свободных электронов, плотность тока также увеличивается. Подобное явление связано с большим количеством электронов, доступных для перемещения в проводнике, что способствует образованию более интенсивного электрического тока.

В электролитах, плотность тока зависит от концентрации ионов в растворе. При увеличении концентрации ионов, плотность тока также увеличивается. Это объясняется тем, что большее количество ионов доступно для перемещения в растворе, что приводит к повышению проводимости электролита и увеличению плотности тока.

Температура также оказывает влияние на плотность тока в металлах и электролитах. В металлах, увеличение температуры приводит к увеличению плотности тока. Это связано с увеличением скорости теплового движения электронов, что способствует более интенсивному электрическому току.

В электролитах, при повышении температуры, плотность тока может как увеличиваться, так и уменьшаться, в зависимости от типа электролита и ионов. В некоторых случаях, увеличение температуры может способствовать более интенсивному электрическому току, в других случаях — увеличение температуры может приводить к уменьшению плотности тока.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшиться и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.

При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:

1. Длина провода, единица измерения — м. При её увеличении растут потери.
2. Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При её увеличении падение напряжения уменьшается.
3. Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.

Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:

1. В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
2. С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
3. Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
4. Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
5. Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.

Постоянный и переменный ток

Виды электрического тока

Следующим вопросом, в котором мы предлагаем разобраться – это: что такое переменный ток и постоянный ток. Ведь многие не совсем правильно понимают эти понятия.

Постоянный ток

Постоянным называется ток, который в течение времени не изменяет своей величине и направлению. Достаточно часто к постоянному еще относят пульсирующий ток, но давайте обо всем по порядку.

Постоянный ток

• Постоянный ток характеризуется тем, что одинаковое количество электрических зарядов постоянно сменяет друг друга в одном направлении. Направление — это от одного полюса, к другому.
• Получается, что проводник всегда имеет либо положительный, либо отрицательный заряд. И в течение времени это неизменно.

Виды пульсирующего тока

• Но под понятие, что такое постоянный ток достаточно часто относят и так называемый пульсирующий ток. От постоянного он отличается только тем, что его значение в течение времени изменяется, но при этом он не меняет своего знака.
• Допустим, мы имеем ток в 5А. Для постоянного тока эта величина будет неизменной в течении всего периода времени. Для пульсирующего тока, в один отрезок времени она будет 5, в другой 4, а в третий 4,5. Но при этом он ни в коем случае не снижается ниже нуля, и не меняет своего знака.

Вариант преобразованного из переменного, постоянного пульсирующего тока

• Такой пульсирующий ток очень распространен при преобразовании переменного тока в постоянный. Именно такой пульсирующий ток выдает ваш инвертор или диодный мост в электронике.
• Одним из главных преимуществ постоянного тока является то, что его можно накапливать. Сделать это можно своими руками, при помощи аккумуляторных батарей или конденсаторов.

Переменный ток

Чтобы понять, что такое переменный ток, нам необходимо представить себе синусоиду. Именно эта плоская кривая лучше всего характеризует изменение постоянного тока, и является стандартом.

Синусоида переменного тока	Как и синусоида, переменный ток с постоянной частотой меняет свою полярность. В один период времени он положительный, а в другой период времени он отрицательный.
На фото основные параметры синусоиды	Поэтому, непосредственно в проводнике передвижения, носителей заряда, как такового, нет. Дабы понять это, представьте себе волну, набегающую на берег. Она движется в одну сторону, а затем — в обратную. В итоге, вода вроде движется, но остается на месте.
Частота переменного тока	Исходя из этого, для переменного тока очень важным фактором становится его скорость изменения полярности. Этот фактор называют частотой. Чем выше эта частота, тем чаще за секунду меняется полярность переменного тока. В нашей стране для этого значения есть стандарт – он равен 50Гц. То есть, переменный ток меняет свое значение от крайнего положительного, до крайнего отрицательного 50 раз в секунду.
Формула частоты переменного тока	Но существует не только переменный ток частотой в 50Гц. Многое оборудование работает на переменном токе отличных частот. Ведь за счет изменения частоты переменного тока, можно изменять скорость вращения двигателей. Можно так же получать более высокие показатели обработки данных – как например в чипсетах ваших компьютеров, и многое другое.

Что такое ток, напряжение и сопротивление

Электрический ток ( I ) – это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики – движение электронов. Безусловно. Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах. Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира. Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

• Наличие свободных носителей заряда
• Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно. Электрическое поле – это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы “одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются” можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика – напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ. Здесь:

• E – напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
• Δφ=φ1-φ2 – разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Электролиз в домашних условиях

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них – хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε. Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U )

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε. Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно. Сопротивление ( R ) – название говорит само за себя – физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома. Этот закон рассматривается на отдельной странице этого раздела.

Будет интересно Что такое короткое замыкание

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Источники электрической энергии

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S. Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление. Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

• Ток – Ампер (А)
• Напряжение – Вольт (В)
• Сопротивление – Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.