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

Сопротивление проводника постоянному току при определенной температуре зависит от его удельного сопротивления, длины и площади поперечного сечения.
Удельное сопротивление варьируется в зависимости от металла проводника, при этом стандартом для измерения является отожженная медь.
Удельное сопротивление твердотянутого алюминия при температуре 20ºC составляет 61% от проводимости меди.
Такие факторы, как спиральность, температура, частота и сила удара. Спираль в многожильных проводниках увеличивает их длину и сопротивление постоянному току на 1-2%.
Удельное сопротивление изменяется линейно в зависимости от температуры.
Сопротивление переменному току определяется реальными потерями мощности и среднеквадратичным током.
Эффект Skin увеличивается с частотой, вызывая рост сопротивления переменному току, в то время как для магнитных проводников сопротивление зависит от величины тока.
Проводимость, объясняющая реальные потери мощности между проводниками или на землю, в первую очередь обусловлена токами утечки изолятора и эффектами коронного разряда. Хотя они незначительны по сравнению с потерями проводника.
На ток утечки изолятора влияют загрязнения и влага.
Корона, вызванная ионизирующим воздух с высокой напряженностью электрического поля, зависит от погодных условий и неровностей поверхности проводника.

Сопротивление и проводимость

Resistance and Conductance

Сопротивление постоянного тока проводника при данной температуре зависит от его удельного сопротивления, длины и площади поперечного сечения. Удельное сопротивление является неотъемлемым свойством материала проводника, а отожженная медь служит международным стандартом для измерения. Например, удельное сопротивление тянутого алюминия при 20 градусах Цельсия составляет 61% от стандартной проводимости отожженной меди.

На сопротивление проводника влияют различные факторы. Спирализация в многожильных проводниках увеличивает их длину и, следовательно, их сопротивление постоянному току на 1-2%. Кроме того, удельное сопротивление линейно изменяется с температурой в нормальных рабочих диапазонах. Частота и величина тока также играют важную роль; скин-эффект, который усиливается с частотой, увеличивает сопротивление переменному току. В магнитных проводниках сопротивление дополнительно зависит от величины тока.

AC, или эффективное сопротивление, определяется реальными потерями мощности и среднеквадратичным (rms) током проводника. Скин-эффект становится значительным на более высоких частотах, заставляя ток концентрироваться вблизи поверхности проводника, тем самым увеличивая AC-сопротивление . Этот эффект более выражен в проводниках с магнитными свойствами, где сопротивление изменяется в зависимости от величины тока.

Проводимость, связанная с реальными потерями мощности между проводниками или на землю, в первую очередь обусловлена ​​токами утечки изолятора и эффектами короны. Хотя эти потери относительно невелики по сравнению с потерями в проводнике, они значительны в общей оценке эффективности линии электропередачи. На ток утечки изолятора влияют накопленные загрязняющие вещества и метеорологические условия, в частности влажность.

Корона возникает, когда электрическое поле вокруг проводника ионизирует окружающий воздух, что приводит к проводимости. Потери от короны зависят от погодных условий и неровностей поверхности проводника, которые могут усугубить эффекты ионизации. Понимание этих факторов необходимо для оптимизации производительности линии передачи и минимизации потерь энергии.

Сопротивление проводника постоянному току при определенной температуре зависит от его удельного сопротивления, длины и площади поперечного сечения.
Удельное сопротивление варьируется в зависимости от проводника ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Электротехника

Unit 1

Раздел 1

Transmission Line Parameters

Параметры линий передачи

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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