Γιατί οι Αέριες Γραμμές Ρεύματος είναι Χαλαρές σε Στήλες και Πύργους Ηλεκτρισμού;

Γιατί οι Αεροπεδίων Ηλεκτρικές Γραμμές είναι Χαλαρές στους Στύλους και τους Πύργους Μεταφοράς;

Στη σημερινή εποχή της γρήγορης τεχνολογικής πρόοδου, η μεταφορά ανθρώπων, εμπορευμάτων και υπηρεσιών έχει γίνει σημαντικά ευκολότερη. Η γεωγραφική απόσταση δεν είναι πλέον ένα αποθαρρυντικό εμπόδιο. Όπως και αυτά τα υλικά στοιχεία μπορούν να μεταφέρονται αποτελεσματικά σε μεγάλες αποστάσεις, η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει επίσης να μεταφέρεται ευρέως. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα φυσικά εμπορεύματα, η ηλεκτρική ενέργεια απαιτεί ένα μέσο για το ταξίδι της.

Ίσως έχετε παρατηρήσει συχνά ότι οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που κρεμούνται από στύλους και πύργους μεταφοράς φαίνονται χαλαρές, αντί να είναι σφιχτά δεμένες. Αυτή η εικόνα συχνά προκαλεί την ερώτηση: Γιατί δεν είναι αυτές οι γραμμές σφιχτά δεμένες;

Σε αυτή την έρευνα, θα ανακαλύψουμε τους λόγους πίσω από την χαλαρότητα των ηλεκτρικών γραμμών στους στύλους και την ανάγκη της πτώσης (sag) στις γραμμές κατανομής και μεταφοράς. Πριν προχωρήσουμε στις λεπτομερείς εξηγήσεις, ας εξετάσουμε κάποια βασικά σημεία που θα ενισχύσουν την κατανόησή μας για αυτό το φαινόμενο της ηλεκτρολογικής μηχανικής.

Μεταφορά Ηλεκτρικής Ενέργειας: Αρχές, Απώλειες και Συνιστώσες

Βασικές Αρχές Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας

Η δύναμη παραστηρίζει το ρυθμό με τον οποίο εκτελείται έργο. Στο πλαίσιο της ηλεκτρικής ενέργειας, το έργο εκτελείται όταν η ηλεκτρική ενέργεια διασχίζει μια απόσταση. Συνεπώς, η δύναμη μπορεί να οριστεί ως η ποσότητα ενέργειας που παρέχεται ανά μονάδα χρόνου. Για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, οι γραμμές μεταφοράς λειτουργούν ως το ουσιαστικό μέσο για αυτή τη μεταφορά.

Η ενεργή δύναμη, η οποία είναι η συνιστώσα της ηλεκτρικής δύναμης που εκτελεί χρήσιμο έργο, μετριέται συνήθως σε watt. Όσον αφορά τη μεταφορά δύναμης, η μεταφορά υψηλής τάσης είναι η προτιμώμενη μέθοδος για την εξοικονόμηση ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επειδή ο ηλεκτρικός ρεύματας που ρέει μέσα σε έναν διαγωνιστή παράγει θερμότητα, η οποία μπορεί να είναι εξαιρετικά βλαβερή. Η θερμότητα προκαλεί την κατάρρευση των ηλεκτρικών γραμμών με την πάροδο του χρόνου, οδηγώντας σε πρόωρη στάση και πιθανή αποτυχία. Για τη μείωση των απωλειών ενέργειας και τη διατήρηση της μεταφερόμενης δύναμης, είναι πιο αποτελεσματικό να μειωθεί η ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσα στις γραμμές ενώ αυξάνεται η τάση. Αυτή η προσέγγιση, γνωστή ως μεταφορά υψηλής τάσης, μειώνει αποτελεσματικά τη δύναμη που διασπαρίζεται ως θερμότητα στις γραμμές μεταφοράς.

Συγκεκριμένη Διαγωνισμός και Απώλειες Δύναμης

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταφοράς δύναμης, μερική ηλεκτρική δύναμη χάνεται αναπόφευκτα στο περιβάλλον. Αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή οι γραμμές μεταφοράς δεν είναι εντελώς απομονωμένες, επιτρέποντας τη διάχυση θερμότητας και την ηλεκτρική διάρροια. Σύμφωνα με τον νόμο του Ohm, η αντίσταση (R) ενός διαγωνιστή είναι ανάλογη με το μήκος (L). Συνεπώς, όσο αυξάνεται το μήκος της γραμμής μεταφοράς, αυξάνεται και η αντίστασή της. Επιπλέον, το αέριο, το οποίο περιβάλλει τις γραμμές μεταφοράς, είναι ένας κακός διαγωνιστής και δεν μπορεί να διασπαρίζει αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσα στις γραμμές.

Για την ελάττωση αυτών των προβλημάτων, οι ηλεκτρικές γραμμές σχεδιάζονται με μεγαλύτερα διάμετρα. Αυτή η επιλογή σχεδιασμού βασίζεται στο γεγονός ότι η αντίσταση (R) ενός διαγωνιστή είναι αντίστροφα ανάλογη με την οριζόντια τομή. Αυξάνοντας το διάμετρο του διαγωνιστή, η οριζόντια τομή αυξάνεται, οδηγώντας σε μείωση της αντίστασης. Αυτή η μείωση της αντίστασης, σε σειρά, μειώνει τις απώλειες δύναμης λόγω της παραγωγής θερμότητας στις γραμμές μεταφοράς.

Ηλεκτρικά Καλώδια και Λωρίδες

Τα ηλεκτρικά καλώδια και λωρίδες είναι οι διαγωνιστές μέσω των οποίων μεταφέρεται η ηλεκτρική ενέργεια, και είναι κυρίως κατασκευασμένα από χάλυβα λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής διαγωνισμός. Ωστόσο, αυτοί οι διαγωνιστές δεν αποτελούνται από καθαρό χάλυβα. Για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους, όπως η αντοχή και η διάρκεια, ο χάλυβας συνδυάζεται με άλλα στοιχεία. Η προσθήκη αυτών των στοιχείων δεν υπονομεύει την ηλεκτρική διαγωνισμός του χάλυβα. Αντίθετα, βελτιώνουν τις μηχανικές χαρακτηριστικές του διαγωνιστή, διασφαλίζοντας ότι μπορεί να αντεπεξέλθει στις απαιτήσεις της εγκατάστασης και λειτουργίας ενώ διατηρεί την ικανότητα να μεταφέρει αποτελεσματικά ηλεκτρική ενέργεια.

Ο Νόμος του Joule για την Ηλεκτρική Θερμανση

Στην πραγματικότητα, κανένα μέταλλο δεν είναι πραγματικά καθαρό; η καθαρότητα κάθε μέταλλου είναι πάντα λιγότερη από 100%. Συνεπώς, όλα τα μέταλλα έχουν εσωτερική αντίσταση. Όταν ένας ηλεκτρικός ρεύμας ρέει μέσα σε έναν διαγωνιστή, η ενέργεια διασπαρίζεται στη μορφή θερμότητας. Η ποσότητα θερμότητας που παράγεται μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση του νόμου του Joule για την ηλεκτρική θερμανση, ο οποίος παρέχει μια βασική κατανόηση της σχέσης μεταξύ ηλεκτρικού ρεύματος, αντίστασης και παραγωγής θερμότητας σε ηλεκτρικές κύκλωμα.

Άλλες μορφές του Νόμου του Joule

Ο Νόμος του Joule και η Επίδραση Περιβαλλοντικών Παραγόντων στις Ηλεκτρικές Γραμμές

Όπως δείχνει ο νόμος του Joule για την ηλεκτρική θερμανση, η θερμότητα (P) που παράγεται από την ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε έναν διαγωνιστή είναι ανάλογη με την αντίσταση (R), το χρόνο (t) και το τετράγωνο του ρεύματος I^2. Όταν ένας ηλεκτρικός ρεύμας διασχίζει έναν διαγωνιστή, πρέπει να ξεπεράσει την αντίσταση μέσα στο υλικό. Αυτή η αντίσταση λειτουργεί ως εμπόδιο στην κίνηση των ηλεκτρονίων, προκαλώντας το ρεύμα να διασπαρίζει ενέργεια στη μορφή θερμότητας στο περιβάλλον.

Η Επίδραση του Καιρού και της Θερμοκρασίας στις Ηλεκτρικές Γραμμές

Η αντίσταση ενός διαγωνιστή επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του διαγωνιστή, αυξάνεται και η αντίστασή του. Αυτό συμβαίνει επειδή οι αυξημένες θερμοκρασίες προκαλούν τα ηλεκτρόνια μέσα στον διαγωνιστή να αποκτήσουν περισσότερη κινητική ενέργεια, οδηγώντας σε πιο τυχαία και ανόδηγη κίνηση. Αυτά τα ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια συχνά συγκρούονται με τα άτομα του υλικού του διαγωνιστή, παράγοντας θερμότητα στη διαδικασία.

Η υπερβολική θερμότητα που παράγεται από έναν διαγωνιστή μπορεί να αποτελέσει σοβαρή απειλή, με δυνατότητα να προκαλέσει τη λιώση του και να οδηγήσει σε αποτυχίες του συστήματος. Σε ζεστούς καιρικούς συνθήκες, οι διαγωνιστές επεκτείνονται λόγω θερμικής επέκτασης, κάνοντας τις αεροπεδίων γραμμές να γίνονται χαλαρότερες. Αντιθέτως, σε κρύες καιρικές συνθήκες, οι διαγωνιστές συρρικνώνονται, το οποίο μπορεί επίσης να επηρεάσει τη μηχανική ακεραιότητα και την ηλεκτρική απόδοσή τους.

Τάση στις Ηλεκτρικές Γραμμές

Η τάση είναι μια δύναμη που προκύπτει σε ένα καλώδιο ή καλώδιο όταν υπόκειται σε δύο αντίθετες δυνάμεις. Στην περίπτωση των αεροπεδίων γραμμών μεταφοράς που κρεμούνται μεταξύ στύλων ή πύργων μεταφοράς, η τάση είναι πάντα παρούσα. Εάν τα καλώδια ήταν σφιχτά δεμένα, η τάση θα αυξανόταν σημαντικά. Αυτή η αυξημένη τάση καθιστά τα καλώδια πιο ευάλωτα σε βλάβες, καθώς ακόμη και μικρές συρρικνώσεις ή επεκτάσεις λόγω αλλαγών θερμοκρασίας ή μηχανικών πιέσεων θα μπορούσαν να τα οδηγήσουν σε σπάσιμο.

Η Ανάγκη της Πτώσης (Sag) στις Γραμμές Κατανομής και Μεταφοράς

Η πτώση (sag) στις γραμμές μεταφοράς είναι η παρατηρούμενη κάμπη ή κύκλωμα των καλωδίων μεταξύ υποστηρικτικών δομών, όπως στύλων ή πύργων. Αυτή η κάμπη είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα της συνδυασμένης επίδρασης του βάρους του καλώδιου και της τάσης που επικρατεί επάνω του.

Η Σημασία των Χαλαρών Αεροπεδίων Ηλεκτρικών Γραμμών και της Πτώσης (Sag) στην Ηλεκτρική Μεταφορά

Κατά τη μεταφορά και κατανομή ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, η διάχυση θερμότητας είναι ένα αναπόφευκτο αποτέλεσμα. Η μεταφορά υψηλής τάσης χρησιμοποιείται ως στρατηγικό μέτρο για τη μείωση της θερμότητας που παράγεται μέσα στους διαγωνιστές. Αυτό συμβαίνει επειδή, σύμφωνα με τις αρχές της ηλεκτρολογικής μηχανικής, η μείωση του ρεύματος (αυξάνοντας την τάση) μειώνει σημαντικά τη δύναμη που διασπαρίζεται ως θερμότητα (σύμφωνα με τον νόμο του Joule P = I^2R. Επιπλέον, οι καιρικές συνθήκες και οι εσωτερικές αλλαγές θερμοκρασίας των καλωδίων απαιτούν ώστε οι αεροπεδίων ηλεκτρικές γραμμές να εγκατασταθούν με μια συγκεκριμένη βαθμίδα χαλαρότητας.

Εάν ο