EN
Huomaat ehkä, että sähköpylväillä riippuvat sähkön siirtolinjat ovat löysät. Olet ehkä miettinyt, miksi linjat eivät ole kiinnitetty tiukasti pylväisiin?
Selvitetään, miksi sähkölinjat ovat löysät sähköpylväillä ja miksi jännitys on tarpeen jakelu- ja siirtolinjoissa. Ennen kuin syvennymme tähän aiheeseen, tarkastellaan kuitenkin joitakin tärkeitä vinkkejä, jotka auttavat meitä ymmärtämään asiaa paremmin.
Voimansiirto
Teho on työn tekemisnopeus. Työtä tehdään, kun sähköenergia kattaa etäisyyden. Tästä voidaan päätellä, että teho on energiaa, joka toimitetaan aikayksikköä kohden. Sähköä voidaan kuljettaa pitkiä matkoja sähkölinjojen avulla, jotka toimivat sen kuljetusvälineenä.
Tehollinen teho mitataan yleensä watteina. Tehon siirrossa suositellaan korkeajännitekuljetusta energiansäästön takaamiseksi. Sähkövirta aiheuttaa lämpöä, mikä voi olla haitallisesti vaikuttavaa, sillä se saa sähkölinjat kulumaan ja epäonnistumaan. Siirrettävän tehon säilyttämiseksi sähkövirtaa, joka aiheuttaa lämpöä ja edistää linjojen kulumista, tulisi kuljettaa pienemmissä määrissä, kun taas jännitettä tulisi kuljettaa suuremmissa määrissä. Tätä menetelmää kutsutaan korkeajännitetehon siirroksi.
Johtuminen ja kytkentä
Sähköntuotannon aikana osa sähkötehosta katoaa ympäristöön, koska siirtojohtoja ei ole eristetty. Ohmin lain mukaan resistanssi (R) kasvaa suoraan verrannollisesti johtimen pituuden (L) kanssa, mikä tarkoittaa, että mitä pidempi johtimen pituus on, sitä suurempi on sen resistanssi. Ilma ei ole hyvä sähkönjohtaja, joten se ei pysty hajottamaan tehokkaasti sähköjohtojen tuottamaa lämpöä.
Tästä syystä sähköjohtoja suunnitellaan niin, että niillä on suurempi halkaisija, mikä puolestaan vähentää niiden vastusta sähkövirran kulkeutumiselle. Resistanssi (R) on kääntäen verrannollinen johtimen poikkipinta-alaan, joten mitä suurempi johtimen halkaisija on, sitä pienempi on resistanssi ja päinvastoin.
Sähköjohtimet ja -kaapelit
Sähkökaapelit ja johdot ovat johtimia, jotka on valmistettu pääasiassa kuparilangasta, ja joiden läpi sähköä siirretään. Nämä langat eivät kuitenkaan koostu pelkästään kuparista. Mekaanisten ominaisuuksien antamiseksi johtimet seostetaan toisella alkuaineella. Johtimen johtavuutta ei vaikuta tämän toisen alkuaineen lisääminen. Sen sijaan toinen alkuaine parantaa kuparin mekaanisia ominaisuuksia vaikuttamatta sen johtavuuteen.
Joulen laki sähkölämmityksestä
Puhdasta metallia ei ole olemassa. Minkään metallin puhtausaste ei ole koskaan 100 %, minkä vuoksi ne omaavat sisäistä resistanssia. Sähkövirran kulkiessa johtimen läpi kulutettava energia tai syntyvä lämpö lasketaan Joulen lain mukaisesti seuraavasti:
- P = VI·t
- P = I 2R·t.
Muut muodot Joulen laista
- P = I²·R·t
- P = VI·t … (R = V/I)
- P = W·t … (P = W = VI)
- P = V²t/R …. (I = V/R) käyttäen Ohmin lakia
Yllä olevasta yhtälöstä voidaan nähdä, että liikkuvien elektronien tuottama lämpö (P) on suoraan verrannollinen resistanssiin (R), aikaan (t) ja virran neliöön (I²). Kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, se hajauttaa sähköenergiaa ympäristöön lämpönä vastustetta kohtaessaan, mikä toimii esteenä elektronien driftille.
Sään ja lämpötilan vaikutus sähköjohtiin
Johtimen resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa. Tämä johtuu siitä, että kun johtimen lämpötila nousee, johtimen sisällä olevat elektronit saavat enemmän energiaa ja alkavat liikkua satunnaisemmin, mikä johtaa törmäyksiin muiden atomien kanssa ja lopulta lämmön muodostumiseen.
Johtimen tuottama liiallinen lämpö voi mahdollisesti aiheuttaa sen sulamisen. Kuuman sään aikana johdin laajenee, mikä tekee johtimesta löysämmän, kun taas kylmässä säädessä johdin kutistuu.
Jännitys johtimissa
Jännitys on voima, joka syntyy köydessä, kun siihen vaikuttavat kaksi vastakkaissuuntaista voimaa. Siksi pylvääseen kiinnitetty johtimen lanka on jännityksessä, ja jännitys kasvaisi entisestään, jos langat venytettäisiin tiukemmiksi; tämä voisi johtaa siihen, että langat katkeaisivat helposti pienestäkin kutistumisesta tai laajenemisesta.
Miksi johdoissa tarvitaan riippumaa?
Siirtojohtojen riippuma viittaa johtimen kaareutumiseen tai alaspäin kouroutumiseen tukirakenteiden (pylväiden tai tornien) välillä painovoiman vaikutuksesta. Se syntyy luonnollisena seurauksena johtimen painosta ja jännityksestä.
Sähköä siirrettäessä pitkillä johtimilla syntyy lämpöä. Johtimen tuottamaa lämpöä vähennetään käyttämällä korkeaa jännitettä siirrossa. Sääolosuhteet ja johtimen sisäinen lämpötila tekevät tarpeelliseksi pitää johtimet hieman löysinä.
Jos virtajohtoja kiristettäisiin ja sää kylmenisi, se saattaisi aiheuttaa siirtojohtojen kutistumisen, mikä puolestaan lisäisi johtojen jännitystä ja voisi johtaa vaurioihin. Siksi johtimet jätetään tarkoituksellisesti löysiksi, jotta kutistuminen ei aiheuttaisi liiallista jännitystä, joka voisi johtaa johtojen ja kaapelien vaurioitumiseen.
Kurouma on pakollinen siirtojohtojen johtimissa ylikuumenemisen estämiseksi ja jännityksen vähentämiseksi. Se varmistaa sähkönsiirtojärjestelmän turvallisuuden, luotettavuuden ja kestävyyden. Se on keskeisessä asemassa järjestelmän oikean toiminnan varmistamisessa sekä onnettomuuksien ja vaurioiden ehkäisemisessä.