7. Двухпроводная линия электропередачи

Кабельная или воздушная линия электропередачи (ЛЭП) обладает сопротивлением. Поэтому при протекании тока I происходит падение напряжения ΔU на сопротивлении проводов ЛЭП и напряжение потребителя Uп меньше напряжения источника U (рис.7.1) .

Рис.7.1

Сопротивление двухпроводной ЛЭП: RПР = 2ρ·l/S, где l- длина ЛЭП, S-площадь поперечного сечения проводника. Падение напряжения на проводах линии электропередачи: U = U – Uп = I·RПР Потеря мощности на проводах: P = I·U Мощность источника: Р = I·U Процент потерь: р = (P/Р) · 100%

Сечение проводов рассчитывают так, чтобы тепловые потери электрической энергии в ЛЭП не превышали допустимых значений 2-5%.

Например, линия электропередачи должна питать потребитель мощностью Р=100 кВт на расстояние l=100 км. Потери энергии не должны превышать 2 %, т.е. двух киловатт. Какое минимальное сечение медного провода (с удельным сопротивлением =1,710^-8 Омм) пригодно для этой цели, если приложенное напряжение U=10 000 В?

Сила тока в линии электропередачи: I = = 100 000/10 000 = 10 А.

Потери мощности на проводах P = I²R = .

Таким образом, при P=0,02P 0,02Р = .

Отсюда сопротивление проводов: Rпр = (1).

В свою очередь R = (2).

Из формул (1) и (2) получаем сечение провода:

S= = = 1,710^-4 м² = 1,7 см² = 170 мм².

При изменении силы тока потери энергии в ЛЭП тоже изменяются.

Увеличивая напряжение, заданную мощность передают при меньшем токе в линии электропередачи и меньших потерях:

ΔР = .

Режимы работы

Режим работы электрической цепи определяется значениями токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов. В процессе работы сопротивление потребителя Rп может изменяться от нуля до бесконечности. Для источника электрической энергии характерными являются четыре режима работы: номинальный режим, холостой ход, корот­кое замыкание и режим отдачи максимума мощности.

Рис.7.2

Ток в цепи: I = E/(R+Ro) Напряжение источника: U= Е - IR0 Напряжение потребителя: Uп= I·RП Мощность источника: Ри = UI Мощность потребителя: Рп = UI КПД источника:  = Рп/ Ри

При номинальном режиме действительные токи, напряжения и мощности отдельных элементов электрической цепи соответствуют их номинальным величинам. Номинальные величины указываются в паспорте устройства. Обычно номинальный режим соответствует максимально­му значению к.п.д. Номинальная мощность всегда меньше макси­мальной мощности, которую источник может развить.

Рабочий режим: в электрической цепи действительные характеристики отличаются от номинальных величин, но находятся в допустимых пределах.

Рис.7.3

В режиме холостого хода Rп =  и ток в цепи равен нулю (рис.7.3): I = E/(+Ro) = 0 Напряжение источника равно его ЭДС: U= Е.

При холостом ходе полезная мощность, характеризующая энергию, расходуемую во внешнем участке цепи, равна нулю, так как P=U·I=U·0=0.

Рис.7.4

В режиме короткого замыкания Rп = 0 и ток в цепи равен току короткого замыкания (рис.7.4): IКЗ = E/(0+Ro) = E/Ro Напряжения источника и потребителя равны нулю: U= 0 Полезная мощность источника равна нулю P=U·I=0·I=0

Ток короткого замыкания во много раз больше допустимого (так как R₀ величина малая), что может вызвать разрушение источника (проводников и т.д.).