Двухпроводная линия электропередачи

Связывающим звеном между источниками и приемниками электрической энергии являются соединительные провода. Соединительные провода большой длины – линии электропередачи - оказывают на работу приемников существенное влияние, которое приходится учитывать при эксплуатации электроустановок.

На рис. 7 изображена схема двухпроводной линии электропередачи: Е_ЭКВ — эквивалентная ЭДС источников;

R – эквивалентное сопротивление приемников; R_л — сопротивление линии электропередачи.

R_л/2 I

Е_ЭКВ U₁ U₂ R

R_л/2

Рис. 7. Двухпроводная линия электропередач

Будем считать, что сопротивление линии R_л и напряжение в начале её U₁- величины постоянные, а сопротивление приемников R изменится от  до 0.

Выясним, как будут изменяться при этом ток цепи I, потеря напряжения в линии U, напряжение U₂ на приемниках (в конце линии), мощность P₁ в начале линии, потеря мощности P в линии, мощность P₂ приемников и коэффициент полезного действия линии . Общее сопротивление цепи: Ток цепи :

.

Потеря напряжения в проводах равна разности напряжении в начале и в конце линии:

Напряжение в конце линии: .

Мощность в начале линии:

Потеря мощности в линии:

Мощность приёмников:

Коэффициент полезного действия: .

При R = (все приёмники отключены) имеет место холостой ход линии. В этом режиме I=0; U=0; U₂= U₁; P₁=P=P₂=0; =1.

При R=0 (конец линии замкнут накоротко) наступает короткое замыкание линии для которого

.

Таким образом, и в случае холостого хода, и при коротком замыкании мощность приемников P₂ равна нулю, так как в первом случае I=0, а во втором U₂=0.

Мощность поступает в приемники, когда U₂ и I не равны нулю. При некоторых их значениях она будет максимальной.

Доказано ,что мощность P₂ достигает максимума при равенстве сопротивлении приемников и линии, т.е. R=R _Л при этом ток линии:

.

КПД линии:

Характер изменения мощности в начале линии, мощности потребителей P₂, напряжения в конце линии U₂, потеря напряжения в линии U и коэффициента полезного действия линии  в функции тока I при неизменном напряжении в начале линии U₁ и неизменном сопротивлении проводов линии R_л иллюстрируются кривыми (рис. 8.) на котором по оси абсцисс отложен ток, по оси ординат U₁; P₁; P₂; U₂; U; .



U₁ P₁

U₂ U

P₂

I=I_К/2 I_к

Рис. 8. Основные характеристики двухпроводной линии электропередач

Выбор сопротивления нагрузки R, равного сопротивлению линии R_л, называется согласованием нагрузки. КПД линии электропередачи при этом составляет только 50%, поэтому такой режим допустим только для линии небольшой мощности (линии связи), когда потери мощности не имеют существенного значения. В таком режиме работают также приборы, подключенные к различным датчикам (например, термопарам), автоматические устройства, радиосхемы.

Одна и та же мощность P₂ может быть получена при большем напряжении и меньшем токе, и, наоборот, при меньшем напряжении и большем токе. Причем большему напряжению соответствует более высокий КПД линии. Это видно из следующего: большему напряжению U₁ соответствует меньший ток и меньшая потеря мощности в линии

Коэффициент полезного действия зависит от сопротивления линии и передаваемого напряжения:

Устройство линии электропередачи с относительно небольшим сопротивлением проводов и передача энергии по ним под высоким напряжением обеспечивает достаточно высокие КПД ( в пределах 0,94-0,97).

Для нормальной работы линии электропередач большое значение имеет правильный выбор сечения её проводов: оно не должно быть завышенным(это приведет к перерасходу проводникового материала) и не должно быть заниженным (это может привести к перегреву проводов и большим потерям мощности – к снижению КПД).

Потеря напряжения в двухпроводной линии:

где I-ток линии; -удельное сопротивление проводов; l-длина одного провода; S- сечение провода.

При расчетах и анализах работы линии используется понятие относительной потери напряжения:

Допустимая относительная потеря напряжения задается в пределах 3-7%

Учитывая , что можно записать:

откуда следует, что сечение проводов обратно пропорционально квадрату напряжения. Это обуславливает преимущество передачи электрической энергии при высоком напряжении.