A velocidade de transmissão da eletricidade é geralmente considerada igual à velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas., quer dizer, A velocidade da luz. Porém, através de observações, Foi descoberto que quando uma cidade inteira fica sem energia por uma noite e depois é restaurada, as luzes da cidade não acendem ao mesmo tempo. Algumas luzes acendem antes de outras, e até algumas áreas da cidade têm luzes que acendem antes de outras. A diferença de tempo entre as luzes que acendem primeiro e as que acendem depois pode ser de sete, oito segundos ou mais. Como isso pode ser explicado? Qual é a velocidade de transmissão de eletricidade através de cabos?
A velocidade da luz é aproximadamente 300,000 quilômetros por segundo, enquanto o comprimento total dos cabos de distribuição em uma grande cidade não excede 10,000 quilômetros. Portanto, em teoria, a diferença horária na iluminação de todas as luzes da cidade não deve ser superior a um segundo. Para entender esse problema, devemos analisar os princípios da transmissão de eletricidade.
Índice
- Os Princípios da Transmissão de Eletricidade
- Transmissão de Energia em Cabos Elétricos
- Por que a eletricidade não é restaurada ao mesmo tempo?
Os Princípios da Transmissão de Eletricidade
Conceito errado: Eletricidade é igual a ondas eletromagnéticas
Corrente elétrica em cabos, contínuo ou alternado, é o movimento dos portadores de carga, quer dizer, elétrons. Por outro lado, Ondas eletromagnéticas envolvem o movimento de campos elétricos e magnéticos (campos que não são substâncias físicas). De acordo com a teoria da relatividade, campos elétricos e magnéticos podem ser unificados em um único “campo eletromagnetico” em diferentes situações, mas não entraremos em detalhes aqui. A corrente flui através dos condutores, enquanto as ondas eletromagnéticas se propagam através da mídia ou do vácuo.
Conceito errado: A velocidade da corrente é igual à velocidade da luz dividida pela raiz quadrada do produto da constante dielétrica pela permeabilidade magnética.
A velocidade da luz dividida pela raiz quadrada do produto da constante dielétrica e da permeabilidade magnética dá a velocidade das ondas eletromagnéticas em um meio. Os fios condutores não são médios, mas metais. As ondas eletromagnéticas não podem se propagar através condutores de cabos elétricos. Porém, É importante notar que em certas condições, ondas eletromagnéticas podem se propagar na superfície dos condutores, o que é conhecido como ondas de superfície, embora isto não esteja relacionado com a transmissão de eletricidade neste contexto.
Velocidade da corrente elétrica
Em uma seção contínua de um cabo condutor, quando uma corrente elétrica é aplicada, Um campo elétrico é criado entre as extremidades do condutor. Este campo elétrico transporta informações sobre mudanças na fonte do campo a uma velocidade próxima à velocidade da luz.. Esses campos elétricos podem impulsionar o movimento de elétrons livres, que dá origem à corrente elétrica.
Este processo não requer que os elétrons viajem de uma extremidade à outra do condutor para que a corrente elétrica seja estabelecida.. É semelhante a abrir uma torneira de água., onde a água flui imediatamente quando a torneira é aberta, sem a necessidade de a água passar do tanque para a torneira. A velocidade com que a energia é transmitida de uma extremidade à outra é devida ao campo elétrico, não para elétrons.
Como a formação da corrente elétrica envolve o rápido estabelecimento do campo elétrico, que praticamente se move na velocidade da luz, A velocidade da corrente elétrica é aproximadamente igual à velocidade da luz.
Transmissão de Energia em Cabos Elétricos
Capacidade de transmissão por cabo
Embora a velocidade da corrente elétrica seja próxima da velocidade da luz, A capacidade de transmissão dos cabos elétricos é finita. A capacidade do linhas de transmissão de energia elétrica depende de vários fatores, incluindo nível de tensão de linha, a área da seção transversal dos condutores, condições ambientais e comprimento da linha, entre outros. A fórmula mais comumente usada para calcular a capacidade de uma linha é:
Capacidade da linha = Tensão × Área da seção transversal do condutor × Fator de capacidade de transmissão
A capacidade é comumente medida em quilowatts (kW) o megavatios (MW), a tensão em quilovolts (kV), e a área da seção transversal do condutor em milímetros quadrados (mm2). O fator de capacidade de transmissão é um valor empírico que leva em consideração as características técnicas e condições ambientais da linha..
Impacto do nível de tensão
O nível de tensão refere-se à tensão usada em uma linha de transmissão de energia elétrica.. Em geral, Linhas de transmissão com níveis de tensão mais elevados têm maior capacidade. Isso ocorre porque uma tensão mais alta pode reduzir a corrente elétrica e, portanto, reduzir perdas de energia na linha. Porém, las linhas elétricas de alta tensão Eles também exigem maior isolamento e medidas de segurança adicionais. Portanto, ao escolher um nível de tensão, uma variedade de fatores precisam ser considerados de forma abrangente.
Seleção da área da seção transversal do condutor
A área da seção transversal do condutor refere-se ao tamanho da seção transversal dos condutores em uma linha de transmissão de energia elétrica.. A escolha da área da seção transversal do condutor deve atender a duas condições: primeiro, deve ser capaz de suportar a carga de corrente necessária e, segundo, deve garantir que a temperatura do motorista permaneça dentro de uma faixa segura. Em geral, à medida que a área da seção transversal do condutor aumenta, a capacidade da linha também aumenta, mas ao mesmo tempo, Isso pode aumentar os custos e as perdas de transmissão de energia..
Consideração do fator de capacidade de transmissão
O fator de capacidade de transmissão é um valor empírico que permite levar em consideração as características técnicas e as condições ambientais da linha.. Este fator é influenciado por vários fatores, como o material dos condutores, o comprimento da linha, a temperatura ambiente, velocidade do vento, entre outros. Diferentes factores de capacidade de transmissão podem ser aplicados a diferentes tipos de linhas para reflectir as suas respectivas capacidades de transmissão..
Um exemplo prático
Para entender melhor o cálculo da capacidade de transmissão da linha, podemos usar um exemplo prático. Suponha que temos uma linha de transmissão com um nível de tensão de 110 kV, uma área da seção transversal do condutor 300 mm² e um fator de capacidade de transmissão de 0.9.
De acordo com a fórmula de cálculo mencionada acima, podemos determinar a capacidade desta linha:
Capacidade = 110 kV × 300 mm² × 0.9 = 29.7 MW
Portanto, A capacidade desta linha de transmissão é 29.7 megawatts.
Por que a eletricidade não é restaurada ao mesmo tempo?
Na realidade, A razão pela qual a eletricidade é restaurada em etapas após um apagão na cidade é porque a rede elétrica é um sistema complexo composto por numerosos cabos., controladores, relés e outros componentes. Embora a transmissão atual seja rápida, O processo envolve cálculos nos controladores e respostas dos relés, o que leva tempo.
Em geral, no momento em que o equipamento é ligado, a corrente é muito alta, às vezes até mais de dez vezes a corrente operacional normal. Se todos os dispositivos da mesma linha fossem ativados ao mesmo tempo, a corrente instantânea e alta sem dúvida ativaria os dispositivos de proteção, o que resultaria em queda de energia.
Além do mais, a eletricidade para uma cidade vem de múltiplas linhas de abastecimento. Isso é linhas de cabos subterrâneos Deverão também ser postos em funcionamento por fases, para evitar impactos significativos nas instalações de fornecimento de electricidade de nível superior..
Em resumo, embora a velocidade de transmissão da eletricidade através dos cabos seja praticamente igual à velocidade da luz, O restabelecimento da eletricidade em uma cidade após um apagão não ocorre instantaneamente devido à complexidade da rede elétrica e à necessidade de coordenar e equilibrar a carga com segurança. Os sistemas de controle e dispositivos de proteção desempenham um papel crucial para garantir que a eletricidade seja restaurada de maneira controlada e segura em diferentes partes da cidade, evitando sobrecargas e cortes inesperados.