Zašto su zračne električne linije slobodne na elektro stubovima i toranjima

Zašto su nadzemne električne linije lage na elektro stubovima i toranjima za prenos?

U današnjem dobu brzog tehnološkog napretka, transport ljudi, robe i usluga postao je značajno lakši. Geografska udaljenost više nije nedostižni prepreka. Takođe kao što se ove materijalne stvari mogu efikasno prevoziti na velike rastojanja, tako i elektricitet treba da se širi široko. Međutim, u suprotnosti sa fizičkim dobrima, elektricitet za svoje putovanje zahteva sredstvo.

Možda ste često primetili da linije za prenos struje koje visoko lebde na elektro stubovima i toranjima izgledaju lage, umjesto da su čvrsto zakrpe. Ovaj vid često podiže pitanje: Zašto nisu ove linije čvršće zakrpene?

U ovom istraživanju otkrićemo razloge za laganje strujnih linija na stubovima i potrebu za spustom kod distribucijskih i prenosnih linija. Prije nego što uđemo u detaljne objašnjenja, prvo pregledajmo neke ključne tačke koje će poboljšati naše razumevanje ovog fenomena elektrotehničkog inženjerstva.

Prevoz snage: principi, gubitci i komponente

Osnove prenosa snage

Snaga predstavlja stopu na kojoj se obavlja rad. U kontekstu elektriciteta, rad se obavlja kada električna energija prelazi rastojanje. Stoga se snaga može definisati kao količina energije dostavljena po jedinici vremena. Da bi se elektricitet prenosio na velika rastojanja, strujne linije služe kao esencijalno sredstvo za taj prenos.

Aktivna snaga, komponenta električne snage koja obavlja koristan rad, obično se mjeri u vatima. Kada je u pitanju prenos snage, visokonaponski prenos je preferirani metod za štednju energije. To je zato što tok električne struje kroz vodilac generiše toplinu, što može biti veoma štetno. Toplina dovodi do degradacije električnih linija tokom vremena, što dovodi do prekasnog iznosa i potencijalne greške. Da bi se minimalizirali gubitci energije i održana prenesena snaga, učinkovitije je smanjiti količinu električne struje koja teče kroz linije, dok se povećava naponski nivo. Ovaj pristup, poznat kao visokonaponski prenos snage, učinkovito smanjuje snagu rasipanu kao toplina u prenosnim linijama.

Kondukcija i gubitci snage

Tijekom procesa prenosa snage, određena količina električne snage neizbežno se gubi u okružujućem okruženju. Ovo se događa uglavnom zato što prenosne linije nisu potpuno izolirane, što omogućuje rasipanje topline i električnu curenje. Prema Ohmovom zakonu, otpor (R) vodilca je direktno proporcionalan njegovoj dužini (L). Stoga, kako se povećava dužina prenosne linije, povećava se i njen otpor. Dodatno, zrak koji okružuje prenosne linije je loš vodilac i ne može učinkovito rasipati toplinu generisanu tokom električne struje kroz linije.

Da bi se smanjili ovi problemi, električne linije su dizajnirane sa većim promjerom. Ova izbora dizajna temelji se na činjenici da je otpor (R) vodilca obrnuto proporcionalan njegovoj presjeku. Povećavanjem promjera vodilca, njegov presjek raste, što dovodi do smanjenja otpora. Ovo smanjenje otpora, na svoj red, smanjuje gubitke snage zbog generisanja topline u prenosnim linijama.

Električni žice i kablovi

Električni kablovi i žice su vodilci kroz koje elektricitet putuje, i najčešće su izrađeni od bakra zbog njegove odlične električne provodnosti. Međutim, ovi vodilci nisu sastavljeni od čistog bakra. Da bi se poboljšale njihove mehaničke osobine, poput čvrstoće i dugovečnosti, bakar se legira s drugim elementima. Dodatak ovih elemenata ne kompromitira električnu provodnost bakra. Umjesto toga, poboljšavaju mehaničke karakteristike vodilca, osiguravajući da može izdržati zahtjeve instalacije i operacije, dok održava svoju sposobnost efikasne prenose elektriciteta.

Jouleov zakon električnog zagrijavanja

U stvarnosti, nijedan metal nije potpuno čist; čistoća bilo kog metala je uvijek manja od 100%. Stoga svi metali imaju unutrašnji otpor. Kada tok električne struje prolazi kroz vodilac, energija se rasipa u obliku topline. Količina topline generisana može se izračunati pomoću Jouleovog zakona električnog zagrijavanja, koji pruža temeljno razumijevanje odnosa između električne struje, otpora i generisanja topline u električnim krugovima.

Ostale forme Jouleovog zakona

Jouleov zakon i uticaj faktora okruženja na električne linije

Kao što pokazuje Jouleov zakon električnog zagrijavanja, toplina (P) generisana tokom elektrona kroz vodilac je direktno proporcionalna otporu (R), vremenu (t) i kvadratu struje I^2. Kada električna struja prolazi kroz vodilac, mora premoći otpor unutar materijala. Taj otpor djeluje kao prepreka pokretu elektrona, uzrokujući da se struja rasipa energiju u obliku topline u okružujuće okruženje.

Uticaj vremenskih prilika i temperature na električne linije

Otpor vodilca značajno se povećava s temperaturom. Kako se temperatura vodilca povećava, tako se povećava i njegov otpor. Ovaj fenomen se dešava jer porast temperature dovodi do toga da elektroni unutar vodilca dobijaju dodatnu kinetičku energiju, što rezultira više nasumičnim i nasumičnim kretanjem. Ovi energični elektroni često sudaraju sa atomima materijala vodilca, generišući toplinu u tom procesu.

Prevишна toplina generisana vodilcem može predstavljati ozbiljan opasnost, potencijalno dovodeći do taloženja i povreda sistema. U vrućim vremenskim prilikama, vodilci se šire zbog termalne ekspanzije, što dovodi do toga da nadzemne žice postanu lage. Suprotno, u hladnim vremenskim prilikama, vodilci se skupljaju, što takođe može uticati na njihovu mehaničku integritet i električne performanse.

Napetost u električnim linijama

Napetost je sila koja nastaje u žici ili kabelu kada je podvrgnut dvema suprotnim silama. U slučaju nadzemnih strujnih linija koje lebde između elektro stubova ili toranjima, napetost je uvek prisutna. Ako bi žice bile previše napete, napetost bi se značajno povećala. Ova povećana napetost čini žice više podložne oštećenju, jer čak i male kontrakcije ili ekspanzije zbog promjena temperature ili mehaničkog stresa bi ih mogla dovesti do prekidnice.

Potreba za spustom u distribucijskim i prenosnim linijama

Spust u prenosnim linijama je vidljiva padavina ili pad kablova između nosača poput stubova ili toranjima. Ova zakrivljenost je prirodni ishod kombinacije težine žice i napetosti koja deluje na nju.

Značaj lage nadzemnih strujnih linija i spusta u električnom prenosu

Tijekom dugog prenosa i raspodele elektriciteta, rasipanje topline je neizbežan posljedica. Visokonaponski prenos se koristi kao strategija za smanjenje topline generisane unutar vodilaca. To je zato što, prema principima elektrotehničkog inženjerstva, smanjenje struje (povećanjem napona) značajno smanjuje snagu rasipanu kao toplina (slijedeći Jouleov zakon P = I^2R. Takođe, vremenske prilike i interne fluktuacije temperature žica zahtijevaju da nadzemne strujne linije budu instalirane sa određenim stupnjem lagenja.

Ako bi strujne linije bile tesno napete, hladni period bi mogao dovesti do kontrakcije u prenosnim linijama. Ova kontrakcija bi dovela do značajnog povećanja napetosti unutar linija. Povećana napetost bi mogla dovesti do teških oštećenja žica i kablova, potencijalno dovodeći do prekidnika struje, sigurnosnih opasnosti i skupih popravaka. Da bi se takvim štetnim posljedicama izbeglo, strujne linije su namerno instalirane sa luzinama. Ovaj dizajn omogućava linijama da se kontrahuju ili ekspanziraju sa promjenama temperature bez iskustva previše napetosti, čime se zaštiti integritet električne infrastrukture.

Spust, padavina prenosnih vodilaca između nosača, nije samo estetski element, već i obavezni i ključni sastojak sistema električnog prenosa. On služi kao zaštita od pretopljenja, pružajući dovoljno prostora za proširenje žica pod visokim temperaturama, smanjujući verovatnoću previše otpora i kasnije generisanja topline. Takođe, spust učinkovito smanjuje napetost unutar linija, sprečavajući ih da podleže mehaničkom stresu uzrokovanim faktorima poput promjena temperature, opterećenja vetrom i akumulacije leda.

U suštini, spust igra ključnu ulogu u osiguranju sigurnosti, pouzdanosti i produženog života sistema električnog prenosa. Održavajući optimalan nivo spusta, inženjeri mogu garantovati gladak i učinkovit rad mreže, minimizirajući rizik od nesreća, prekidnika struje i skupih oštećenja infrastrukture. Ovaj pažljivi balans između napetosti, temperature i mehaničkog stresa je neophodan za nastavak uspeha modernih mreža za distribuciju elektriciteta.