通过电线传输能量

电路至少由三个要素组成：发电机，它是电能的来源， 能量的接受者 以及连接发生器和接收器的电线。

发电厂通常位于远离电力消耗地的地方。从发电厂到能源消耗地之间，一条架空电力线绵延数十公里甚至数百公里。电力线的导体固定在极上，绝缘体由电介质制成，通常是瓷器。

在构成电网的架空线路的帮助下，电力供应给能源消费者所在的住宅和工业建筑。在建筑物内部，电气布线由绝缘铜线和电缆制成，称为室内布线。

当通过电线传输电力时，会观察到许多与电线对电流的电阻有关的不良现象。这些现象包括 电压损失, 线路功率损耗, 电热丝.

线电压损失

当电流流动时，线路电阻上会产生电压降。已知线路长度l（单位为米）、导体截面S（单位为平方毫米）和线材电阻ρ，即可计算出线路电阻Rl：

Rl = ρ (2l / S)

（公式中包含数字 2，因为必须考虑两条线）。

如果电流 l 流过线路，则根据欧姆定律，线路中的电压降 ΔUl 等于：ΔUl = IRl。

由于线路中的一些电压丢失，因此线路末端（接收器处）的电压将始终小于线路起点处（而不是发电机端子处）的电压。由于线路压降导致的接收器电压下降可能会导致接收器无法正常工作。

例如，假设白炽灯通常在 220 V 下燃烧并连接到提供 220 V 的发电机。假设线路的长度 l = 92 m，导线横截面 S = 4 mm2，电阻 ρ = 0 , 0175.

线路电阻：Rl=ρ(2l/S)=0.0175(2×92)/4=0.8欧姆。

如果电流通过灯 Az = 10 A，则线路中的电压降将为：ΔUl = IRl = 10 x 0.8 = 8 V...因此，灯中的电压将比发电机中的电压低 2.4 V电压：Ulamps = 220 — 8 = 212 V。灯将有少数点亮。流经接收器的电流变化会导致线路上的电压降发生变化，从而导致接收器两端的电压发生变化。

在此示例中，让其中一盏灯关闭，线路中的电流将降至 5 A。在这种情况下，线路中的电压降将降低：ΔUl = IRl = 5 x 0.8 = 4 V。

在打开的灯上，电压会升高，这会导致其亮度明显增加。该示例表明，由于线路中压降的变化，打开或关闭单个接收器会导致其他接收器的电压发生变化。这些现象解释了在电网中经常观察到的电压波动。

线路电阻对网络电压值的影响用相对电压损失来表征。线路中的电压降与正常电压之比，以相对电压损失的百分比（用ΔU%表示）表示，称为：

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

根据现有标准，线路导线的设计必须使电压损失不超过 5%，在照明负载下不超过 2 — 3%。

能量损失

发电机产生的部分电能转化为热量并浪费在石灰中，通过传导产生热量。结果，接收器接收到的能量总是小于发生器给出的能量。同样，接收器消耗的功率总是小于发生器产生的功率。

线路中的功率损耗可以通过知道线路的电流强度和电阻来计算：Plosses = Az2Rl

为了表征电力传输的效率，定义线路效率，它被理解为接收器接收到的功率与发生器产生的功率之比。

由于发生器产生的功率比接收器的功率大了线路中的功率损耗量，因此效率（用希腊字母 η 表示 — this）计算如下：η = Puseful / (Puseful + Plosses)

其中，Ppolzn 是接收器中消耗的功率，Ploss 是线路中的功率损耗。

从前面讨论的示例中，电流强度 Az = 10 线路中的功率损耗（Rl = 0.8 欧姆）：

损耗 = Az2Rl = 102NS0，8 = 80 W。

有用功率 P useful = Ulamps x I = 212x 10 = 2120 W。

效率 η = 2120 / (2120 + 80) = 0.96（或 96%），即接收器仅接收到发电机产生的功率的 96%。

用电线加热

电流产生的热量使电线电缆发热是一种有害现象。在高温下长时间运行，电线和电缆的绝缘层会老化、变脆和塌陷。绝缘层的破坏是不可接受的，因为这会导致电线的裸露部分相互接触并造成所谓的短路。

接触裸露的电线会导致触电。最后，电线过热会点燃其绝缘层并引起火灾。

为确保发热不超过允许值，必须选择正确截面的导线。电流越大，导线的横截面积就越大，因为随着横截面积的增加，电阻会降低，因此产生的热量也会减少。

电热丝横截面的选择是根据表格进行的，这些表格显示了多少电流可以通过电线而不会导致不可接受的过热。va。有时它们表示允许的电流密度，即导线横截面每平方毫米的电流量。

电流密度 Ј 等于电流强度（以安培为单位）除以导体的横截面（以平方毫米为单位）： Ј = I / Sа / mm2

另外知道允许的电流密度 Ј，您可以找到必要的导体截面： S = I /Јadop

对于内部布线，允许的电流密度平均为 6A/mm2。

一个例子。有必要确定导线的横截面，如果已知通过它的电流应等于 I = 15A，并且允许的电流密度 Јadop — 6Аmm2。

决定。所需导线横截面 S = I /Јadop = 15/6 = 2.5 mm2