電線を介したエネルギーの伝送

電気回路は少なくとも 3 つの要素で構成されます。電気エネルギーの源である発電機、 エネルギーの受信機 発電機と受信機を接続するワイヤー。

発電所は多くの場合、電力が消費される場所から遠く離れた場所にあります。架空送電線は、発電所とエネルギー消費地の間に数十キロメートル、さらには数百キロメートルも伸びています。電力線の導体は、誘電体（ほとんどの場合磁器）で作られた絶縁体を使用して極に固定されています。

送電網を構成する架空線の助けを借りて、電力はエネルギー消費者がいる住宅および工業用建物に供給されます。建物内の電気配線は絶縁された銅線やケーブルで構成されており、屋内配線と呼ばれます。

電気がワイヤを介して伝送されるとき、電流に対するワイヤの抵抗に関連して多くの望ましくない現象が観察されます。これらの現象には以下が含まれます： 電圧損失、ライン電力損失、 電熱線.

線間電圧の損失

電流が流れると、ライン抵抗の両端に電圧降下が発生します。線路の長さ l (メートル単位)、導体の断面積 S (平方ミリメートル単位)、およびワイヤ材料の抵抗 ρ がわかっている場合、線路抵抗 Rl を計算できます。

Rl = ρ (2l / S)

(両方のワイヤを考慮する必要があるため、式には数値 2 が含まれています)。

電流 l が線路を流れる場合、オームの法則による線路の電圧降下 ΔUl は、ΔUl = IRl に等しくなります。

線路内の電圧の一部が失われるため、線路の終端 (受信機側) では常に線路の先頭 (発電機の端子ではない) よりも低くなります。線間電圧の低下により受信機の電圧が低下すると、受信機が正常に動作しなくなる可能性があります。

たとえば、白熱灯は通常 220 V で点灯し、220 V を供給する発電機に接続されているとします。線の長さ l = 92 m、ワイヤ断面積 S = 4 mm2、抵抗 ρ = 0 であると仮定します。 、0175。

ライン抵抗: Rl = ρ (2l / S) = 0.0175 (2 x 92) / 4 = 0.8 オーム。

電流がランプ Az = 10 A を通過する場合、ラインの電圧降下は次のようになります。 ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V... したがって、ランプの電圧は発電機より 2.4 V 低くなります。電圧 : Ulamps = 220 — 8 = 212 V。ランプは十分に点灯しません。レシーバを流れる電流が変化すると、ラインの電圧降下が変化し、その結果、レシーバ間の電圧も変化します。

この例ではランプの 1 つが消えると、ラインの電流は 5 A に減少します。この場合、ラインの電圧降下は減少します: ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V。

スイッチが入ったランプでは電圧が上昇し、明るさが顕著に増加します。この例は、個々の受信機をオンまたはオフにすると、線路の電圧降下の変化により他の受信機の電圧が変化することを示しています。これらの現象は、電気ネットワークでよく観察される電圧変動を説明します。

ネットワーク電圧値に対するライン抵抗の影響は、相対的な電圧損失によって特徴付けられます。線路の電圧降下の通常の電圧に対する比率は、相対電圧損失のパーセンテージ (ΔU% で示される) として表され、次のように呼ばれます。

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

既存の規格によれば、線路の導体は、電圧損失が 5% を超えず、照明負荷下で 2 ～ 3% を超えないように設計する必要があります。

エネルギーの損失

発電機によって生成された電気エネルギーの一部は熱となって石灰として無駄になり、伝導による加熱を引き起こします。その結果、受信機が受け取るエネルギーは常に、発電機が与えるエネルギーよりも小さくなります。同様に、受信機で消費される電力は常に、発電機によって生成される電力よりも小さくなります。

線路の電力損失は、線路の現在の強度と抵抗を知ることで計算できます: Plosses = Az2Rl

電力伝送の効率を特徴付けるには、送電線効率を定義します。これは、発電機によって生成された電力に対する受信機によって受信された電力の比として理解されます。

発電機によって生成される電力は、受信機の電力よりも回線内の電力損失の分だけ大きいため、効率 (ギリシャ文字 η で示される - これ) は次のように計算されます。 η = Puseful / (Puseful + Plosses)

ここで、Ppolzn は受信機で消費される電力、Ploss は回線での電力損失です。

電流強度 Az = 10、回線内の電力損失 (Rl = 0.8 オーム) で前述した例から:

損失 = Az2Rl = 102NS0、8 = 80 W。

有効電力 P 有効 = Uランプ x I = 212x 10 = 2120 W。

効率 η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96 (または 96%)、つまり受信機は、発電機によって生成された電力の 96% のみを受け取ります。

ワイヤーによる加熱

電流によって発生する熱によるワイヤやケーブルの加熱は有害な現象です。高温で長時間動作すると、ワイヤやケーブルの絶縁体が劣化し、脆くなり、崩壊します。絶縁体の破壊は、ワイヤの裸部分が互いに接触し、いわゆる短絡の可能性を生み出すため、容認できません。

露出したワイヤに触れると感電する可能性があります。最後に、ワイヤが過度に加熱されると、絶縁体に引火して火災が発生する可能性があります。

発熱が許容値を超えないようにするには、ワイヤの正しい断面積を選択する必要があります。電流が大きくなるほど、ワイヤの断面積も大きくする必要があります。これは、断面積が大きくなると抵抗が減少し、それに応じて発生する熱の量が減少するためです。

電熱線の断面積の選択は、許容できない過熱を引き起こすことなく電熱線にどのくらいの電流を流すことができるかを示す表に従って行われます。場合によっては、許容電流密度、つまりワイヤの断面 1 平方ミリメートルあたりの電流量を示すこともあります。

電流密度 Ј は、電流の強さ (アンペア) を導体の断面積 (平方ミリメートル) で割ったものに等しい: Ј = I / S а / mm2

許容電流密度 Ј がわかれば、必要な導体断面を見つけることができます: S = I /Јadop

内部配線の場合、許容電流密度は平均6A/mm2です。

例。ワイヤを通過する電流が I = 15A、許容電流密度 Јadop — 6Аmm2 に等しいことがわかっている場合は、ワイヤの断面積を決定する必要があります。

決断。必要なワイヤ断面積 S = I /Јadop = 15/6 = 2.5 mm2