Name: how transmission lines lose energy
Uploaded: 2024-11-21T14:54:23.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

התנגדות DC של מוליך בטמפרטורה מסוימת תלויה בהתנגדות, באורכו ובשטח החתך שלו.
ההתנגדות משתנה בהתאם למתכת המוליכה, כאשר נחושת מחושלת היא התקן למדידה.
ההתנגדות של אלומיניום קשיח ב-20 מעלות צלזיוס היא 61% מהמוליכות של נחושת.
גורמים כמו ספירלה, טמפרטורה, תדירות וגודל נוכחי משפיעים על ההתנגדות. ספירלה במוליכים תקועים מגדילה את אורכם ואת התנגדות DC שלהם ב 1-2%.
ההתנגדות משתנה באופן ליניארי עם הטמפרטורות.
התנגדות AC נקבעת על ידי אובדן כוח אמיתי וזרם rms.
אפקט העור עולה עם התדירות, מה שגורם לעלייה בהתנגדות AC, בעוד שעבור מוליכים מגנטיים, ההתנגדות תלויה בגודל הנוכחי.
מוליכות, המביאה בחשבון אובדן כוח אמיתי בין מוליכים או לקרקע, נובעת בעיקר מזרמי דליפה של מבודדים והשפעות קורונה. אם כי אלה מינוריים בהשוואה לאובדן מוליכים.
זרם דליפת המבודד מושפע ממזהמים ולחות.
קורונה, הנגרמת על ידי אוויר מיינן בעל חוזק שדה חשמלי גבוה, תלויה בתנאי מזג האוויר ובחריגות פני השטח של המוליכים.

התנגדות ומוליכות

Resistance and Conductance

<div style="direction: rtl">

התנגדות DC של מוליך בטמפרטורה נתונה מושפעת מההתנגדות הסגולית שלו, אורכו ושטח החתך שלו. ההתנגדות הסגולית היא תכונה פנימית של חומר המוליך, כאשר נחושת רכה מהווה את התקן הבינלאומי למדידה. לדוגמה, ההתנגדות הסגולית של אלומיניום קשיח בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס היא 61% מההולכה הסטנדרטית של נחושת רכה.

גורמים שונים משפיעים על ההתנגדות של מוליך. התפתלות במוליכים מלופפים מגדילה את אורכם ובכך את התנגדות ה-DC שלהם ב-1-2%. בנוסף, ההתנגדות הסגולית משתנה באופן לינארי עם הטמפרטורה בטווחי הפעולה הרגילים. גם התדר וגודל הזרם משפיעים מאוד; אפקט הקרום, המתחזק עם התדר, מגדיל את התנגדות ה-AC. במוליכים מגנטיים, ההתנגדות מושפעת גם ממידת הזרם.

התנגדות AC, או התנגדות אפקטיבית, נקבעת על ידי אובדן ההספק האמיתי וזרם שורש ממוצע הריבועים (RMS) של המוליך. אפקט הקרום הופך להיות משמעותי בתדרים גבוהים יותר, מה שגורם לזרם להתרכז ליד פני המוליך ובכך להגדיל את התנגדות ה-AC. השפעה זו חזקה יותר במוליכים בעלי תכונות מגנטיות, בהם ההתנגדות משתנה בהתאם לעוצמת הזרם.

המוליכות, הקשורה לאובדן הספק אמיתי בין מוליכים או לקרקע, נגרמת בעיקר מזרמי דליפה במבודדים ואפקטי קורונה. למרות שהפסדים אלה קטנים יחסית להפסדים במוליכים, הם משמעותיים בהערכת היעילות הכללית של קו תמסורת. זרם הדליפה במבודדים מושפע מזיהומים מצטברים ותנאי מזג האוויר, במיוחד לחות.

קורונה מתרחשת כאשר השדה החשמלי סביב מוליך מיינן את האוויר הסובב אותו, מה שמוביל להולכה. אובדן קורונה תלוי בתנאי מזג האוויר ובאי-סדירויות בפני השטח של המוליך, שעלולות להחמיר את אפקטי היוניזציה. הבנה של גורמים אלו חיונית לאופטימיזציה של ביצועי קווי תמסורת ולמזעור הפסדי אנרגיה.
</div>

התנגדות DC של מוליך בטמפרטורה מסוימת תלויה בהתנגדות, באורכו ובשטח החתך שלו.
ההתנגדות משתנה בהתאם למוליך ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

הנדסה חשמלית

Unit 1

יחידה 1

Transmission Line Parameters

פרמטרים של קו תמסורת

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

how transmission lines lose energy

Transmission lines lose energy through resistance and conductance. DC resistance depends on a conductor’s resistivity, length, and cross-sectional area. Resistivity is a material property, and annealed copper is the international standard used for measurement.

Material choice and conductor shape both matter. Hard-drawn aluminum at 20 degrees Celsius has a resistivity equal to 61% of the standard conductivity of annealed copper. Stranded conductors also gain a little extra resistance because spiraling makes the path longer. This increase is usually about 1% to 2%.

Temperature changes resistance as well. Over normal operating ranges, resistivity rises or falls in a linear way with temperature. AC resistance, or effective resistance, also depends on frequency and current magnitude. At higher frequencies, the skin effect pushes current toward the outside of the conductor and increases AC resistance.

Magnetic conductors show an added effect. Their resistance can change with the size of the current. AC resistance is found from real power loss and the rms, or root mean square, conductor current. Conductance describes real power loss between conductors or to the ground, and it mainly comes from insulator leakage currents and corona.

These losses are usually small compared with conductor losses, but they still matter for transmission line efficiency. Leakage current increases when dirt and other contaminants build up on insulators, and moisture from weather makes this worse. Corona occurs when the electric field around a conductor ionizes the air. Its loss depends on weather and on surface roughness that can make ionization easier.

How Transmission Lines Lose Energy

transmission line design considerations

Overhead Power Line Materials and Safety

Overhead transmission lines rely on the right materials, insulation, and support hardware to move electricity safely and efficiently. Aluminum is now the preferred conductor material because it is abundant and cost-effective. Copper was used more often in the past, but aluminum has become the common choice for modern lines. The most widely used conductor is aluminum conductor, steel-reinforced, or ACSR. It uses aluminum strands around a steel core for added strength. Other conductor types...

resistance and conductance

Transmission lines lose energy through resistance and conductance. DC resistance depends on a conductor’s resistivity, length, and cross-sectional area. Resistivity is a material property, and annealed copper is the international standard used for measurement. Material choice and conductor shape both matter. Hard-drawn aluminum at 20 degrees Celsius has a resistivity equal to 61% of the standard conductivity of annealed copper. Stranded conductors also gain a little extra resistance because...

inductance: solid cylindrical conductor

Magnetic Flux Linkage in Solid Conductors

Magnetic flux linkage in a solid cylindrical conductor is found by combining the field inside the wire with the field around it. The method uses a 1-meter section of a non-magnetic conductor with radius r. It also assumes the current is spread uniformly and ignores end effects. Inside the conductor, Ampere's law is used to find the magnetic field intensity H. The field is concentric and constant within the conductor. From H, the magnetic flux density B inside the wire is calculated. The...

inductance: single-phase and three-phase line

inductance-single-phase-and-three-phase-line

Transmission Line Inductance in Power Cables

Transmission line inductance helps explain how current-carrying conductors behave in power systems. It is especially important when studying single-phase two-wire lines and three-phase three-wire lines with equal phase spacing. These line types are common models for efficient transmission design and operation. A single-phase line uses two solid cylindrical conductors, labeled x and y. Each conductor carries a phasor current, ix and iy, and the sum of these currents is zero. The total flux...

series impedances: three-phase line

Three-Phase Line Impedance Matrix

Three-phase line impedance matrix calculations describe how resistance and inductive reactance behave in an overhead power line. The model includes three phase conductors and multiple neutral conductors that are grounded at regular intervals. It also accounts for unbalanced phase currents, which can send return current through the neutral wires and the earth along the lowest-impedance path. Kirchhoff’s laws are used to build an integro-differential equation for the conductor network. To make...

capacitance: single-phase and three-phase line

capacitance-single-phase-and-three-phase-line

Transmission Line Capacitance in Power Systems

Transmission line capacitance affects how power lines store charge and behave in electrical power systems. It is an important part of line modeling because it helps describe efficient operation. For a single-phase line, the key idea is the charge on the conductors and the voltage between them. A single-phase transmission line uses two wires with equal spacing. One conductor carries a uniform positive charge, and the other carries an equal negative charge. From the voltage between the...

shunt admittances

Image Method for Line Capacitance

Image conductors help model line capacitance in transmission lines above Earth. A uniformly charged conductor induces an equal and opposite charge on the ground. This creates electric field lines between the conductor and the Earth. The method of images replaces the Earth with a matching conductor placed symmetrically below the line. The image conductor has the same radius and the same charge magnitude as the original conductor. That setup keeps the electric field and voltage above the Earth...

key terms and concepts

Explore how resistance and conductance affect transmission line energy loss, including temperature, skin effect, leakage current, and corona.

How Transmission Lines Lose Energy | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

How Transmission Lines Lose Energy

Description

Transcript

Tags