Per què les línies elèctriques aèries estan floxes en els postes i torres elèctrics?
Per què les línies elèctriques aèries estan floxes en els postes elèctrics i les torres de transmissió?
En l'era actual d'un avanç tecnològic ràpid, el transport de persones, mercaderies i serveis ha esdevingut significativament més fàcil. La distància geogràfica ja no és un obstacle formidible. Igual com aquests elements tangibles es poden transmetre eficientment a llargues distàncies, la electricitat també necessita ser transmesa ampliament. Tanmateix, diferent dels béns físics, la electricitat requereix un mitjà per al seu viatge.
Potser hagis observat sovint que les línies de transmissió de la electricitat suspeses des dels postes elèctrics i les torres de transmissió apareixen floxes, en lloc d'estar ben fixades. Aquesta vista sovint provoca la pregunta: Per què aquestes línies no estan més ben segures?
En aquesta exploració, descobrirem les raons darrere la floxedat de les línies elèctriques en els postes i la necessitat de la pendolla tant en les línies de distribució com en les de transmissió. Abans d'entrar en detall, revisem alguns punts essencials que milloraran la nostra comprensió d'aquest fenomen d'enginyeria elèctrica.
Transmissió d'energia: principis, pèrdues i components
Fundaments de la transmissió d'energia
La potència representa la velocitat amb què es realitza el treball. En el context de la electricitat, el treball s'assoleix quan l'energia elèctrica travessa una distància. Per tant, la potència es pot definir com la quantitat d'energia entregada per unitat de temps. Per transportar la electricitat a llargues distàncies, les línies de transmissió serveixen com a mitjà essencial per a aquesta transferència.
La potència activa, la component de la potència elèctrica que realitza treball útil, normalment es mesura en watts. Quan es tracta de la transmissió d'energia, la transmissió d'alta tensió és el mètode preferit per a la conservació d'energia. Això és degut a que la corrent elèctrica que flueix a través d'un conductor genera calor, que pot ser molt prejudicial. La calor fa que les línies elèctriques es deterioren amb el temps, provocant un desgast prematur i possibles fallades. Per minimitzar les pèrdues d'energia i preservar la potència transmesa, és més eficient reduir la quantitat de corrent elèctrica que flueix a través de les línies mentre s'augmenta la tensió. Aquest enfocament, conegut com a transmissió d'alta tensió, redueix efectivament la potència dissipada com a calor en les línies de transmissió.
Conducció i pèrdues de potència
Durant el procés de transmissió d'energia, una part de la potència elèctrica es perd ineludiblement al medi ambient. Això ocorre principalment perquè les línies de transmissió no estan totalment aïllades, permetent la dissipació de calor i la fuga elèctrica. Segons la llei d'Ohm, la resistència (R) d'un conductor és directament proporcional a la seva longitud (L). Com a resultat, a mesura que augmenta la longitud de la línia de transmissió, també ho fa la seva resistència. A més, l'aire, que envolta les línies de transmissió, és un conductor deficient i no pot dissipar eficientment la calor generada pel flux de corrent elèctrica a través de les línies.
Per mitigar aquests problemes, les línies elèctriques s'enginyeren amb diàmetres més grans. Aquesta elecció de disseny es basa en el fet que la resistència (R) d'un conductor és inversament proporcional a la seva àrea transversal. Augmentant el diàmetre del conductor, la seva àrea transversal creix, reduint la resistència. Aquesta disminució de la resistència, a la vegada, minimitza les pèrdues de potència degudes a la generació de calor en les línies de transmissió.
Cables i fils elèctrics
Els cables i fils elèctrics són els conductors a través dels quals la electricitat viatja, i principalment es fan de coure degut a la seva excel·lent conductivitat elèctrica. No obstant això, aquests conductors no estan compostos de coure pur. Per millorar les seves propietats mecàniques, com la força i la durabilitat, el coure es lliga amb altres elements. L'afegit d'aquests elements no compromet la conductivitat elèctrica del coure. En canvi, milloren les característiques mecàniques del conductor, assegurant que pugui suportar les rigorositats de la instal·lació i l'operació mentre manté la seva capacitat per transmetre la electricitat de manera eficient.
La llei de Joule de l'escalfament elèctric
En realitat, cap metall és realment pur; la puretat de qualsevol metall és sempre inferior al 100%. Com a resultat, tots els metalls tenen una resistència interna. Quan una corrent elèctrica flueix a través d'un conductor, l'energia es dissipa en forma de calor. La quantitat de calor generada es pot calcular utilitzant la llei de Joule de l'escalfament elèctric, que proporciona una comprensió fonamental de la relació entre la corrent elèctrica, la resistència i la generació de calor en els circuits elèctrics.
Altres formes de la llei de Joule
La llei de Joule i l'impacte dels factors ambientals en les línies elèctriques
Com indica la llei de Joule de l'escalfament elèctric, la calor (P) generada pel flux d'electrons a través d'un conductor és directament proporcional a la resistència (R), el temps (t) i el quadrat de la corrent I^2. Quan una corrent elèctrica travessa un conductor, ha d'endavantar la resistència dins del material. Aquesta resistència actua com un obstàcle al moviment dels electrons, fent que la corrent dissipi energia en forma de calor al medi ambient.
L'influència del temps i la temperatura en les línies elèctriques
La resistència d'un conductor es veu significativament afectada per la temperatura. A mesura que augmenta la temperatura del conductor, també ho fa la seva resistència. Aquest fenomen ocorre perquè les temperatures elevades fan que els electrons dins del conductor guanyin més energia cinètica, resultant en un moviment més erràtic i aleatori. Aquests electrons energètics col·lisionen freqüentment amb els àtoms del material del conductor, generant calor en el procés.
La calor excessiva generada per un conductor pot suposar una amenaça seria, potencialment causant que es fongui i conduint a falles del sistema. En condicions de temps cald, els conductors es dilaten a causa de l'expansió tèrmica, fent que els fils aèris es tornin més floxes. Al contrari, en temps fred, els conductors es contracten, el que també pot impactar la seva integritat mecànica i el rendiment elèctric.
Tensió en les línies elèctriques
La tensió és una força que sorgeix en un fil o cable quan es troba sotmès a dues forces oposades. En el cas de les línies de transmissió de la electricitat suspeses entre postes elèctrics o torres de transmissió, la tensió està sempre present. Si els fils es tensessin excessivament, la tensió augmentaria significativament. Aquesta tensió més elevada fa que els fils siguin més vulnerables a danys, ja que fins i tot contractacions o expansions menors degudes a canvis de temperatura o estrès mecànic podrien fer-los romandre.
La necessitat de la pendolla en les línies de distribució i transmissió
La pendolla en les línies de transmissió és la corbatura visible o la caiguda dels cables entre estructures de suport com postes o torres. Aquesta corbatura és un resultat natural de l'efecte combinat del pes del fil i la tensió que actua sobre ell.
La importància de les línies aèries floxes i la pendolla en la transmissió elèctrica
Durant la transmissió i distribució a llargues distàncies de la electricitat, la dissipació de calor és una conseqüència inevitable. La transmissió d'alta tensió s'emplea com una mesura estratègica per minimitzar la calor generada dins dels conductors. Això és degut als principis de l'enginyeria elèctrica, reduint la corrent (augmentant la tensió) disminueix significativament la potència dissipada com a calor (segons la llei de Joule P = I^2R. A més, les condicions meteorològiques i les fluctuacions de temperatura interna dels fils fan que les línies aèries de la electricitat s'instal·lin amb un cert grau de floxedat.
Si les línies de la electricitat estiguessin tensades, una onada de fred podria provocar una contractació en les línies de transmissió. Aquesta contractació portaria a un increment substancial de la tensió dins de les línies. La tensió elevada podria causar daus greus als fils i cables, potencialment resultant en tallades de la electricitat, perilloses i costoses reparacions. Per evitar aquests resultats prejudicials, les línies de la electricitat s'instal·len deliberadament amb cierta floxedat. Aquest disseny permet que les línies es contractin o expandin amb els canvis de temperatura sense experimentar una tensió excessiva, assegurant així la integritat de l'infraestructura elèctrica.
La pendolla, la corbatura descendenta dels conductors de les línies de transmissió entre estructures de suport, no és només una característica estètica sinó un component obligatori i crític dels sistemes de transmissió elèctrica. Serveix com a protecció contra el sobrescalentament proporcionant espai suficient per a que els fils es dilatin en condicions de alta temperatura, reduint la probabilitat de resistència excessiva i la subsequent generació de calor. A més, la pendolla mitiga eficaçment la tensió dins de les línies, evitant que succeeixin a l'estrès mecànic causat per factors com variacions de temperatura, càrregues de vent i acumulació de neu.
En essència, la pendolla joca un paper pivotal en assegurar la seguretat, la fiabilitat i la llarga vida útil dels sistemes de transmissió elèctrica. Mantenint un nivell òptim de pendolla, els enginyers poden garantir el funcionament suau i eficient de la xarxa, minimitzant el risc d'accidents, interrupcions de la electricitat i danys costosos a l'infraestructura. Aquest equilibri cuidados entre tensió, temperatura i estrès mecànic és essencial per al continu èxit de les xarxes modernes de distribució elèctrica.
