Miks õhuvoolusuunad on elektritulbadel ja tornidel löödud?

Miks elektriliinid on vabalt kinnitatud sildade ja edasitransmiisjonitornide peal?

Tänapäeva kiiresti areneda tehnoloogiaajastus on inimeste, kaupade ja teenuste transport muutunud oluliselt lihtsamaks. Geograafilised vahemaa ei ole enam suur takistus. Samuti nagu need füüsikud saavad efektiivselt edastada pikkade vahemike üle, nii tuleb elektri edastada laias laastus. Kuid erinevalt füüsikutest vajab elekter meediumi oma teele.

Võite olla sageli märkanud, et siltade ja edasitransmiisjonitornide pealt võetud elektriliinid näevad välja vabad, mitte tihti kinnitatud. See vaade tihti viib küsimuse juurde: Miks neid liine ei kinnitata tihtimini?

Selles uurimuses avastame põhjuseid, miks elektriliinid on siltadel vabad ja mis on võltsuse vajalikkus nii jaotus- kui ka edasitransmiisjoniliinidel. Enne detailsete selgituste alustamist vaatame üle mõned olulised punktid, mis parandavad meie arusaama sellest elektriteaduslikust ilmingust.

Elektri edastamine: printsiibid, kahjud ja komponendid

Elektri edastamise alused

Võim tähistab töö tehmise kiirust. Elektri kontekstis toimub töö siis, kui elekterges energia läbib vahemaad. Seega võib võimet defineerida kui energiahulka, mis antakse ühiku ajaga. Elektri edastamiseks pikkate vahemike üle on elektriliinid oluline meedium selle ülekande jaoks.

Aktiivvõim, mis tähistab elektrivõimu osa, mis sooritab kasutuslikku tööd, mõõdetakse tavaliselt vatides. Elektri edastamisel on eelistatav meetod energia säästmiseks kõrgepingeline edastamine. See on nii, kuna elektrivoog vedelikus tekitab soojust, mis võib olla kahjulik. Soojus põhjustab elektriliinide aeglast purunemist, mis viib varajasele usurimeeskonnale ja võimalikele katkestustele. Energiakahjude minimeerimiseks ja edastatava võimu säilitamiseks on efektiivsem vähendada elektrivoogu liinides, samal ajal tõstes pinget. See meetod, mida nimetatakse kõrgepingeliseks võimeedastuseks, vähendab tõhusalt soojusega kaotatavat võimu edasitransmiisjoniliinides.

Joondumine ja võimukahjud

Elektri edastamise protsessi käigus kaduvad ebatõenäoliselt mõned elektrivõimud ümbruskonda. See juhtub peamiselt selle tõttu, et edasitransmiisjoniliinid pole täielikult isolatsiooniga, mis lubab soojuse levikut ja elektri valanemist. Ohmi seaduse järgi on joone (R) vastus otseproportsionaalne selle pikkusega (L). Tulemuseks on, et kui edasitransmiisjoniliini pikkus suureneb, suureneb selle vastus. Lisaks on õhk, mis ümbritseb edasitransmiisjoniliine, halb joontaja ja ei suuda soojust, mida elektrivoog joones genereerib, tõhusalt levitada.

Nende probleemide lahendamiseks on elektriliinid disainitud suuremate läbimõõtudega. Selle disainivaliku aluseks on see, et joone (R) vastus on pöördvõrdeline selle lõikalaoga. Suurendades joone läbimõõtu, suureneb selle lõikala, mis viib vastuse vähendamiseni. See vastuse vähenemine omakorda vähendab soojusega genereeritavaid võimukahju edasitransmiisjoniliinides.

Elektrijuhtmed ja -kaabelid

Elektrikaabelid ja -juhtmed on vedelikud, mille kaudu elekter liigub, ja need on peamiselt valmistatud kuprumist tema häid elektrijoondusomadusi tõttu. Kuid need jooned ei koosne puhtast kuprumist. Nende mehaaniliste omaduste, nagu tugevus ja kestevus, parandamiseks on kuprumile lisatud muud elemendid. Need elemendid ei ohusta kuprumi elektrijoondusomadusi. Pigem parandavad nad joone mehaanilisi omadusi, tagades, et see suudab taluda paigaldamise ja töö käigus tekkinud raskeid tingimusi, säilitades samal ajal oma võimet tõhusalt edastada elektri.

Joule'i elektriline soojenduse seadus

Tegelikkuses ei ole ükski metall tõesti puhas; igas metallis on puhtus alati alla 100%. Seetõttu omab iga metall sisemist vastust. Kui elektrivoog liigub joones, siis energia dissipeeritakse soojuse kujul. Soojuse hulka saab arvutada Joule'i elektrilise soojenduse seaduse abil, mis annab põhilise arusaama sellest, kuidas elektrivoog, vastus ja soojuse genereerimine on seotud elektrikringides.

Muud Joule'i seaduse kuju

Joule'i seadus ja keskkonna tegurite mõju elektriliinidele

Joule'i elektrilise soojenduse seaduse kohaselt on elektronide voogu joones genereeritud soojus (P) otseproportsionaalne vastusega (R), ajaga (t) ja voogu I^2 ruuduga. Kui elektrivoog liigub joones, peab see ületama materjali sisemise vastuse. See vastus toimib takistuseina elektronide liikumisele, põhjustades elektrivoogu energia dissipeerimise soojuse kujul ümbruskonda.

Ilmaolude ja temperatuuri mõju elektriliinidele

Joone vastus on oluliselt mõjutatud temperatuuriga. Kui joone temperatuur tõuseb, tõuseb selle vastus. See ilming toimub selle tõttu, et kasvavad temperatuurid annavad elektronidele joones lisarühmadeenergiat, mis viib nende veidi ebaregulaarsemale ja juhuslikumale liikumisele. Need energiapäised elektronid sageli kokkujoovad joone materjali aatomitega, genereerides soojust.

Liigne soojus, mida joone genereerib, võib olla tõsine ohuallikas, võimaldades seda sulatuda ja põhjustades süsteemi katkestused. Soojates ilmastikutingimustes laienevad jooned termilise laienemise tõttu, mis teeb üleheitlikud juhtmed vabamaks. Vastupidises, külmades tingimustes, lihtsustuvad jooned, mis võib mõjutada nende mehaanilist terviklikkust ja elektrilist toimimist.

Pingeline elektriliinides

Pinge on jõud, mis tekib juhes või kaabelis, kui sellele mõjuvad kaks vastanduvat jõudu. Üleheitlike elektriliinide puhul, mis on riputatud siltade või edasitransmiisjonitornide vahel, on pinge alati olemas. Kui juhed kinnitataks liiga tihti, siis pinge suureneks oluliselt. See suurenenud pinge muudab juhed rohkem kahjustuse ees haavatavaks, sest isegi väikesed kokkurööpid või laienemised temperatuurimuutuste või mehaanilise pingete tõttu võivad neid murda.

Võltsuse vajalikkus jaotus- ja edasitransmiisjoniliinidel

Edasitransmiisjoniliinide võltsus on nähtav allapoole kaldunud kõverus või langus kaabelite vahel toetusskeemide, nagu sildade või tornide vahel. See kõverus on loomulik tulemus joone kaalu ja sellele mõjuva pingete kombinatsioonist.

Vabad üleheitlikud elektriliinid ja võltsus elektri edastamises

Pika vahemaa elektri edastamise ja jaotamise käigus on soojuse levikut ebatõenäoliselt vältida. Kõrgepingeline edastamine on kasutatud strateegilise meetmena, et minimeerida joondes genereeritavat soojust. See on nii, kuna elektriteaduse põhimõtete kohaselt, elektrivoogu vähendades (tõstes pinget) vähendab oluliselt soojusega genereeritavat võimu (Joule'i seaduse järgi P = I^2R). Lisaks mõjutavad ilmaolud ja juhte sisemisi temperatuurimuutusi, mis nõuavad, et üleheitlikud elektriliinid oleksid mõnevõrra vabad.

Kui elektriliinid oleksid tihti riputatud, võiks külmapiisk põhjustada edasitransmiisjoniliinide kokkurööpi. See kokkurööp viiks pingete olulise suurenemiseni liinides. Suurenenud pinge võiks põhjustada tõsiseid kahju juhtmetele ja -kaabelitele, võimaldades energiakatkestusi, ohuallikaid ja kulukaid remontimisi. Selliste kahjulike tulemuste vältimiseks on elektriliinid teadvustatult riputatud mõnevõrra vabad. See disain võimaldab liinidel kokkuröövida või laienuda temperatuurimuutuste korral ilma liiga suure pingeta, kaitstes nii elektrivõrgu terviklikkust.

Võltsus, mis on edasitransmiisjoniliinide joonte allapoole kaldunud kõverus toetusskeemide vahel, ei ole ainult estetiline omadus, vaid vajalik ja kriitiline komponent elektri edastamissüsteemides. See toimib kaitseena ülekuumenemise eest, andes piisavalt ruumi joondes, et need saaksid laienuda kõrgete temperatuuride korral, vähendades ülemääraste vastuste ja soojuse genereerimise tõenäosust. Lisaks vähendab võltsus tõhusalt pinget liinides, vältides neid mehaanilise pingete eest, mis tulenevad faktoritest nagu temperatuurimuutused, tuulelaengud ja jää kogumine.

Oluliselt mängib võltsus olulist rolli, tagades elektri edastamissüsteemide ohutuse, usaldusväärsuse ja pikka elueeldust. Optimaalse võltsuse säilitamise kaudu saavad insenerid garanteerida võrgu sileda ja efektiivse toimimise, vähendades riski õnnetuste, energiakatkestuste ja kulukate infrastruktuurikahjude eest. See hoolikas tasakaal pingute, temperatuuride ja mehaaniliste pingete vahel on oluline modernsete elektri jaotusvõrkude jätkusuutlikuks toimimiseks.