Основные теоретические положения. ЛЭП предназначена для передачи электроэнергии от источника к потребителю
ЛЭП предназначена для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Она представляет собой два изолированных провода с суммарным сопротивлением , к началу которых подключен генератор с напряжением
, а к концу – нагрузка с сопротивлением
.
В генераторе, проводах линии и нагрузке при отсутствии утечки ток имеет одну и ту же величину.
При анализе работы линии наиболее важными являются три вопроса: напряжение на нагрузке , величина передаваемой мощности
и коэффициент полезного действия передачи
.
Режим работы линии удобно рассматривать в виде зависимостей различных величин от тока в линии. При этом ток
.
Рассмотрим некоторые зависимости, такие как падение напряжения в линии и напряжение на нагрузке
:
,
.
Величины и
являются постоянными, поэтому все зависимости представляют собой линейные функции тока (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Режимы работы линии
В режиме холостого хода, когда ,
и
.
В режиме короткого замыкания, когда и
,
,
. Это значит, что все входное напряжение гасится на сопротивлении линии
.
Мощность на входе линии линейно зависит от тока
:
.
При холостом ходе она равна нулю, а при коротком замыкании определяется по формуле
.
Потери мощности в линии равны
. График зависимости
представляет собой параболу (см. рис. 5.1), проходящую через начало координат (квадратичная функция тока).
При холостом ходе ,
, а при коротком замыкании, когда
,
.
Таким образом, в режиме короткого замыкания мощность , поступающая в линию, полностью теряется в линии, т. е.
.
Поступающая в нагрузку мощность . Это выражение представляет собой параболу со смещенной вершиной и с обращенными вниз ветвями, проходящими через точки
и
:
.
При ,
, а при возрастании
мощность
сначала увеличивается, достигая максимального значения, и начинает убывать, стремясь к нулю при
.
При каком передаваемая нагрузке мощность будет максимальной? Продифференцируем функцию и приравняем ее к нулю:
.
Приравняв к нулю числитель производной, получаем , или
.
Таким образом, мощность максимальна тогда, когда
. Данный режим работы ЛЭП называют режимом согласованной нагрузки. Ток, протекающий при этом по линии, равен половине
:
, а в конце линии мощность
.
Коэффициент полезного действия равен отношению мощностей в конце и начале
линии:
.
Полученная зависимость представляет собой линейную функцию тока.
При холостом ходе, когда , то
(т. е. нет передачи энергии, нет и потерь). При коротком замыкании вся передаваемая мощность теряется в линии и
.
Можно определить и следующим образом:
.
При равенстве ,
. В реальных линиях при передаче больших мощностей
. При этом
. Для анализа режимов электропередачи используют еще одну формулу
.
Так как , а
, то
.
В результате при одной и той же мощности нагрузки потери
пропорциональны
и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Поэтому для увеличения
необходимо повышение напряжения и снижение
путем увеличения сечения провода и применения материала с меньшим удельным сопротивлением.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему, приведенную на рис. 5.2, где в качестве нагрузки ЛЭП использовать лампы накаливания.
Рис. 5.2. Схема для исследования ЛЭП постоянного тока
2. Установить напряжение В и включением ламп изменять ток от
до
, где максимальным является ток в режиме короткого замыкания. Результаты измерений в порядке возрастания тока в линии занести в табл. 5.1.
3. Опыт повторить при напряжении В, а результаты измерений записать в табл. 5.1.
Таблица 5.1