एक तार पर ऊर्जा का संचरण

एक विद्युत परिपथ में कम से कम तीन तत्व होते हैं: एक जनरेटर, जो विद्युत ऊर्जा का एक स्रोत है, ऊर्जा का प्राप्तकर्ता और जनरेटर और रिसीवर को जोड़ने वाले तार।

बिजली संयंत्र अक्सर उस जगह से दूर स्थित होते हैं जहां बिजली की खपत होती है। एक ओवरहेड पावर लाइन बिजली संयंत्र और ऊर्जा खपत के स्थान के बीच दसियों या सैकड़ों किलोमीटर तक फैली हुई है। बिजली लाइन के कंडक्टर एक ढांकता हुआ, अक्सर चीनी मिट्टी के बरतन से बने इंसुलेटर के साथ खंभे पर तय होते हैं।

विद्युत ग्रिड बनाने वाली ओवरहेड लाइनों की मदद से आवासीय और औद्योगिक भवनों को बिजली की आपूर्ति की जाती है जहां ऊर्जा उपभोक्ता स्थित होते हैं। इमारतों के अंदर, बिजली के तारों को तांबे के तारों और केबलों से बनाया जाता है और इसे इनडोर वायरिंग कहा जाता है।

जब बिजली तारों के माध्यम से प्रसारित होती है, तो तारों के विद्युत प्रवाह के प्रतिरोध से संबंधित कई अवांछनीय घटनाएं देखी जाती हैं। इन घटनाओं में शामिल हैं वोल्टेज की कमी, लाइन बिजली नुकसान, हीटिंग के तार.

लाइन वोल्टेज का नुकसान

जब करंट प्रवाहित होता है, तो लाइन प्रतिरोध में एक वोल्टेज ड्रॉप बनाया जाता है। लाइन प्रतिरोध Rl की गणना की जा सकती है यदि लाइन l की लंबाई (मीटर में), कंडक्टर S का क्रॉस-सेक्शन (वर्ग मिलीमीटर में) और तार सामग्री ρ का प्रतिरोध ज्ञात हो:

आरएल = ρ (2l / एस)

(सूत्र में संख्या 2 है क्योंकि दोनों तारों को ध्यान में रखा जाना चाहिए)।

यदि कोई करंट l लाइन से बहता है, तो ओम के नियम के अनुसार लाइन ΔUl में वोल्टेज ड्रॉप बराबर है: ΔUl = IRl।

चूंकि लाइन में कुछ वोल्टेज खो गया है, तो लाइन के अंत में (रिसीवर पर) यह हमेशा लाइन की शुरुआत से कम होगा (जनरेटर टर्मिनलों पर नहीं)। लाइन वोल्टेज ड्रॉप के कारण रिसीवर वोल्टेज में गिरावट रिसीवर को सामान्य रूप से काम करने से रोक सकती है।

मान लीजिए, उदाहरण के लिए, गरमागरम लैंप सामान्य रूप से 220 V पर जलते हैं और 220 V प्रदान करने वाले जनरेटर से जुड़े होते हैं। मान लीजिए कि लाइन की लंबाई l = 92 मीटर, एक तार क्रॉस-सेक्शन S = 4 mm2 और एक प्रतिरोध ρ = 0 है। , 0175.

रेखा प्रतिरोध: Rl = ρ (2l / S) = 0.0175 (2 x 92) / 4 = 0.8 ओम।

यदि करंट लैंप Az = 10 A से होकर गुजरता है, तो लाइन में वोल्टेज ड्रॉप होगा: ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V... इसलिए, लैंप में वोल्टेज जनरेटर से 2.4 V कम होगा वोल्टेज : उलैंप = 220 — 8 = 212 वी। लैंप मुट्ठी भर अपर्याप्त रूप से जलाए जाएंगे। रिसीवर्स के माध्यम से प्रवाहित धारा में बदलाव से लाइन के पार वोल्टेज ड्रॉप में बदलाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप रिसीवर्स में वोल्टेज में बदलाव होता है।

मान लीजिए कि इस उदाहरण में एक लैंप बंद हो जाता है और लाइन में करंट घटकर 5 A हो जाएगा। इस स्थिति में, लाइन में वोल्टेज ड्रॉप घट जाएगा: ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V।

स्विच्ड-ऑन लैंप पर, वोल्टेज बढ़ जाएगा, जिससे इसकी चमक में ध्यान देने योग्य वृद्धि होगी। उदाहरण से पता चलता है कि एक व्यक्तिगत रिसीवर को चालू या बंद करने से लाइन में वोल्टेज ड्रॉप में बदलाव के कारण अन्य रिसीवरों के वोल्टेज में बदलाव होता है। ये घटनाएं वोल्टेज में उतार-चढ़ाव की व्याख्या करती हैं जो अक्सर विद्युत नेटवर्क में देखी जाती हैं।

नेटवर्क वोल्टेज मान पर लाइन प्रतिरोध का प्रभाव सापेक्ष वोल्टेज हानि की विशेषता है। सामान्य वोल्टेज के लिए लाइन में वोल्टेज ड्रॉप का अनुपात, प्रतिशत सापेक्ष वोल्टेज हानि (ΔU% द्वारा चिह्नित) के रूप में व्यक्त किया जाता है, इसे कहा जाता है:

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

मौजूदा मानकों के अनुसार, लाइन के कंडक्टरों को डिज़ाइन किया जाना चाहिए ताकि वोल्टेज का नुकसान 5% से अधिक न हो, और प्रकाश भार के तहत 2 - 3% से अधिक न हो।

ऊर्जा की हानि

जनरेटर द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा का कुछ भाग ऊष्मा में जाता है और चूने में बर्बाद हो जाता है, जिससे चालन द्वारा ताप होता है। नतीजतन, रिसीवर द्वारा प्राप्त ऊर्जा जनरेटर द्वारा दी गई ऊर्जा से हमेशा कम होती है। इसी तरह, रिसीवर में खपत की गई शक्ति जनरेटर द्वारा विकसित शक्ति से हमेशा कम होती है।

लाइन में बिजली की हानि की गणना लाइन की वर्तमान ताकत और प्रतिरोध को जानकर की जा सकती है: Plosses = Az2Rl

बिजली संचरण की दक्षता को चिह्नित करने के लिए, लाइन दक्षता को परिभाषित करें, जिसे रिसीवर द्वारा प्राप्त शक्ति के अनुपात के रूप में जनरेटर द्वारा विकसित शक्ति के रूप में समझा जाता है।

चूंकि जनरेटर द्वारा विकसित शक्ति लाइन में बिजली हानि की मात्रा से रिसीवर की शक्ति से अधिक है, इसलिए दक्षता (ग्रीक अक्षर η - इस द्वारा चिह्नित) की गणना इस प्रकार की जाती है: η = Puseful / (Puseful + Plosses)

जहाँ, Ppolzn रिसीवर में खपत की गई शक्ति है, Ploss लाइनों में बिजली की कमी है।

मौजूदा ताकत के साथ पहले चर्चा किए गए उदाहरण से एज़ = 10 लाइन में पावर लॉस (आरएल = 0.8 ओम):

हानि = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W।

उपयोगी शक्ति पी उपयोगी = यूलैंप्स एक्स आई = 212x 10 = 2120 डब्ल्यू।

क्षमता η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96 (या 96%), यानी रिसीवर जनरेटर द्वारा उत्पन्न बिजली का केवल 96% प्राप्त करते हैं।

तार से गरम करना

विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा के कारण तारों और केबलों का गर्म होना एक हानिकारक घटना है। ऊंचे तापमान पर लंबे समय तक संचालन के साथ, तारों और केबलों का इन्सुलेशन पुराना हो जाता है, भंगुर हो जाता है और ढह जाता है। इन्सुलेशन का विनाश अस्वीकार्य है, क्योंकि इससे तारों के नंगे हिस्सों को एक दूसरे के साथ संपर्क करने और तथाकथित शॉर्ट सर्किट की संभावना पैदा होती है।

खुले तारों को छूने से बिजली का झटका लग सकता है। अंत में, तार का अत्यधिक ताप इसके इन्सुलेशन को प्रज्वलित कर सकता है और आग का कारण बन सकता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि हीटिंग अनुमेय मूल्य से अधिक नहीं है, आपको तार का सही क्रॉस-सेक्शन चुनना होगा। जितना अधिक वर्तमान, उतना अधिक क्रॉस-सेक्शन एक तार होना चाहिए, क्योंकि क्रॉस-सेक्शन बढ़ने पर प्रतिरोध कम हो जाता है और तदनुसार, उत्पन्न गर्मी की मात्रा कम हो जाती है।

हीटिंग तारों के क्रॉस-सेक्शन का चयन उन तालिकाओं के अनुसार किया जाता है जो दिखाते हैं कि अस्वीकार्य ओवरहीटिंग के बिना तार से कितना करंट गुजर सकता है। कभी-कभी वे अनुमेय वर्तमान घनत्व का संकेत देते हैं, अर्थात तार के क्रॉस सेक्शन के प्रति वर्ग मिलीमीटर की मात्रा।

वर्तमान घनत्व Ј कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन (वर्ग मिलीमीटर में) द्वारा विभाजित वर्तमान (एम्पीयर में) की ताकत के बराबर है: Ј = I / S а / mm2

अनुमेय वर्तमान घनत्व को जानने के अतिरिक्त, आप आवश्यक कंडक्टर अनुभाग पा सकते हैं: एस = आई / Јadop

आंतरिक तारों के लिए, अनुमेय वर्तमान घनत्व औसतन 6A/mm2 है।

एक उदाहरण। तार के क्रॉस-सेक्शन को निर्धारित करना आवश्यक है यदि यह ज्ञात है कि इसके माध्यम से गुजरने वाला प्रवाह I = 15A के बराबर होना चाहिए, और अनुमेय वर्तमान घनत्व Јadop — 6Amm2।

फ़ैसला। आवश्यक तार क्रॉस-सेक्शन एस = आई / एडॉप = 15/6 = 2.5 मिमी 2