De transmissiesnelheid van elektriciteit wordt algemeen beschouwd als gelijk aan de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven., namelijk, De snelheid van het licht. Hoe dan ook, door observaties, Er is ontdekt dat wanneer een hele stad gedurende één nacht de stroom verliest en vervolgens wordt hersteld, de stadslichten gaan niet tegelijkertijd aan. Sommige lampen gaan eerder aan dan andere, en zelfs in sommige delen van de stad gaat het licht eerder aan dan in andere. Het tijdsverschil tussen de lichten die het eerst aangaan en de lichten die later aangaan, kan zeven of acht seconden of meer bedragen. Hoe kan dit worden verklaard? Wat is de transmissiesnelheid van elektriciteit via kabels?
De snelheid van het licht is ongeveer 300,000 kilometer per seconde, terwijl de totale lengte van distributiekabels in een grote stad niet groter is dan 10,000 kilometer. Daarom, in theorie, het tijdsverschil in de verlichting van alle stadslichten mag niet meer dan één seconde bedragen. Om dit probleem te begrijpen, we moeten de principes van elektriciteitstransmissie analyseren.
Inhoudsopgave
- De principes van elektriciteitstransmissie
- Energietransmissie in elektrische kabels
- Waarom wordt de elektriciteit niet tegelijkertijd hersteld??
De principes van elektriciteitstransmissie
Verkeerd concept: Elektriciteit is gelijk aan elektromagnetische golven
Elektrische stroom in kabels, continu of afwisselend, is de beweging van ladingsdragers, namelijk, elektronen. ten tweede, Elektromagnetische golven omvatten de beweging van elektrische en magnetische velden (velden die geen fysieke substanties zijn). Volgens de relativiteitstheorie, elektrische en magnetische velden kunnen tot één geheel worden verenigd “elektromagnetisch veld” in verschillende situaties, maar we zullen hier niet in detail treden. Stroom vloeit door geleiders, terwijl elektromagnetische golven zich voortplanten door media of vacuüm.
Verkeerd concept: De stroomsnelheid is gelijk aan de lichtsnelheid gedeeld door de vierkantswortel van het product van de diëlektrische constante en de magnetische permeabiliteit.
De snelheid van het licht gedeeld door de vierkantswortel van het product van de diëlektrische constante en de magnetische permeabiliteit geeft de snelheid van elektromagnetische golven in een medium. Looddraden zijn niet medium, maar metalen. Elektromagnetische golven kunnen zich er niet doorheen voortplanten elektrische kabelgeleiders. Hoe dan ook, Het is belangrijk op te merken dat dit onder bepaalde omstandigheden het geval is, elektromagnetische golven kunnen zich voortplanten op het oppervlak van geleiders, zogenaamde oppervlaktegolven, hoewel dit in deze context geen verband houdt met het transport van elektriciteit.
Snelheid van elektrische stroom
In een doorlopend gedeelte van een geleiderkabel, wanneer er elektrische stroom wordt aangelegd, Tussen de uiteinden van de geleider ontstaat een elektrisch veld. Dit elektrische veld draagt informatie over veranderingen in de bron van het veld met een snelheid die dicht bij de lichtsnelheid ligt.. Deze elektrische velden kunnen de beweging van vrije elektronen aansturen, waardoor elektrische stroom ontstaat.
Bij dit proces zijn er geen elektronen nodig om van het ene uiteinde van de geleider naar het andere te reizen om elektrische stroom tot stand te brengen.. Het is vergelijkbaar met het opendraaien van een waterkraan., waar water onmiddellijk stroomt als de kraan wordt opengedraaid, zonder dat er water van de tank naar de kraan hoeft te lopen. De snelheid waarmee energie van het ene uiteinde naar het andere wordt overgedragen, is te wijten aan het elektrische veld, niet tegen elektronen.
Omdat de vorming van elektrische stroom de snelle totstandbrenging van het elektrische veld met zich meebrengt, dat zich praktisch met de snelheid van het licht voortbeweegt, De snelheid van elektrische stroom is ongeveer gelijk aan de snelheid van het licht.
Energietransmissie in elektrische kabels
Kabeltransmissiecapaciteit
Hoewel de snelheid van elektrische stroom dicht bij de snelheid van het licht ligt, De transmissiecapaciteit van elektrische kabels is eindig. De capaciteit van de transmissielijnen voor elektrische energie hangt van verschillende factoren af, inclusief lijnspanningsniveau, het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleiders, omgevingsomstandigheden en lijnlengte, onder andere. De meest gebruikte formule om de capaciteit van een lijn te berekenen is:
Lijncapaciteit = spanning x doorsnede van de geleider x transmissiecapaciteitsfactor
Capaciteit wordt gewoonlijk gemeten in kilowatt (kW) of megawatt (Mw), de spanning in kilovolt (kV), en het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider in vierkante millimeters (mm2). De transmissiecapaciteitsfactor is een empirische waarde die rekening houdt met de technische kenmerken en omgevingsomstandigheden van de lijn..
Impact van spanningsniveau
Spanningsniveau verwijst naar de spanning die wordt gebruikt in een elektrische transmissielijn.. Gebruikelijk, Transmissielijnen met hogere spanningsniveaus hebben een grotere capaciteit. Dit komt omdat een hogere spanning de elektrische stroom kan verminderen, daarom, verminderen energieverliezen in de lijn. Hoe dan ook, las hoogspanningslijnen Ze vereisen ook meer isolatie en aanvullende veiligheidsmaatregelen. Daarom, bij het kiezen van een spanningsniveau, er moet uitgebreid rekening worden gehouden met een verscheidenheid aan factoren.
Selectie van het dwarsdoorsnedegebied van de geleider
Het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider verwijst naar de dwarsdoorsnedegrootte van geleiders in een elektrische transmissielijn.. De keuze van het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider moet aan twee voorwaarden voldoen: Eerst, moet bestand zijn tegen de vereiste stroombelasting en, seconde, moet ervoor zorgen dat de temperatuur van de bestuurder binnen een veilig bereik blijft. Zoals gewoonlijk, naarmate het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider toeneemt, Ook de lijncapaciteit neemt toe, maar op het zelfde moment, Dit kan de kosten en verliezen voor de energietransmissie verhogen..
Rekening houden met de transmissiecapaciteitsfactor
De transmissiecapaciteitsfactor is een empirische waarde die wordt gebruikt om rekening te houden met de technische kenmerken en omgevingsomstandigheden van de lijn.. Deze factor wordt beïnvloed door verschillende factoren, als het materiaal van de geleiders, de lengte van de lijn, omgevingstemperatuur, windsnelheid, onder andere. Er kunnen verschillende transmissiecapaciteitsfactoren worden toegepast op verschillende soorten lijnen om hun respectieve transmissiecapaciteiten weer te geven..
Een praktisch voorbeeld
Om de berekening van de transmissiecapaciteit van de lijn beter te begrijpen, we kunnen een praktijkvoorbeeld gebruiken. Stel dat we een transmissielijn hebben met een spanningsniveau van 110 kV, een dwarsdoorsnede van de geleider 300 mm² en een transmissiecapaciteitsfactor van 0.9.
Volgens de hierboven genoemde rekenformule, wij kunnen de capaciteit van deze lijn bepalen:
Capaciteit = 110 kV × 300 mm²× 0.9 = 29.7 Mw
Daarom, De capaciteit van deze transmissielijn bedraagt 29.7 megawatt.
Waarom wordt de elektriciteit niet tegelijkertijd hersteld??
In werkelijkheid, De reden waarom de elektriciteit na een stroomuitval in de stad in fasen wordt hersteld, is omdat het elektriciteitsnet een complex systeem is dat uit talloze kabels bestaat, controleurs, relais en andere componenten. Hoewel de huidige transmissie snel is, Het proces omvat berekeningen in de controllers en reacties van de relais, wat tijd kost.
Zoals gewoonlijk, op het moment dat de apparatuur opstart, de stroom is erg hoog, soms zelfs meer dan tien keer de normale bedrijfsstroom. Als alle apparaten op dezelfde lijn tegelijkertijd zijn geactiveerd, de onmiddellijke en hoge stroom zou ongetwijfeld de beveiligingsapparatuur activeren, wat tot een stroomstoring zou leiden.
Ook, De elektriciteit voor een stad is afkomstig van meerdere aanvoerlijnen. Het is ondergrondse kabellijnen Ze moeten ook gefaseerd in gebruik worden genomen om aanzienlijke gevolgen voor elektriciteitsvoorzieningsfaciliteiten op een hoger niveau te voorkomen..
samengevat, hoewel de transmissiesnelheid van elektriciteit via kabels vrijwel gelijk is aan de snelheid van het licht, Het herstellen van de elektriciteit naar een stad na een stroomstoring gebeurt niet onmiddellijk vanwege de complexiteit van het elektriciteitsnet en de noodzaak om de belasting veilig te coördineren en te balanceren. Controlesystemen en beveiligingsapparatuur spelen een cruciale rol bij het garanderen dat de elektriciteit op een gecontroleerde en veilige manier naar verschillende delen van de stad wordt hersteld, het vermijden van overbelasting en onverwachte bezuinigingen.