2.2. Теория переноса электрической энергии вдоль проводов.

Как было выше сказано, активная мощность передается по проводнику электронами, а реактивная мощность электрическим полем зарядов.         Согласно основному положению теории Максвелла, изменяющееся электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Согласно второму основному положению теории Максвелла изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического поля /4/. Полагается, что электрическое и магнитное поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Однако электрическое и магнитное поля рассматриваются между двумя проводами. При таком рассмотрении принято, что ток постоянно замыкается по контуру между проводами токами смещения и токами проводимости по проводнику. Такое рассмотрение не является реальным. Токи проводимости по проводнику измеряются тысячами Ампер, а токи смещения составляют микроамперы или миллиамперы.

Принято, что существуют два различных процесса передачи электроэнергии: с помощью токов проводимости и при помощи токов смещения (электромагнитных волн). Если быстрота изменения полей мала (малые частоты), то токами смещения можно пренебречь, по сравнению с токами проводимости и последние играют основную роль. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и, следовательно, от материала проводов. Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения и электрические явления определяются электромагнитными волнами. При этом, основные процессы происходят между проводами, в окружающей среде, и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов /4/.

Генерация, трансформация и передача электрического тока имеют одинаковую физику процесса. В электрическом генераторе магнитное поле ротора пересекает обмотку статора, воздействуют на заряды (электроны) и приводят их в движение, появляется электрический ток. В трансформаторе магнитное поле первичной обмотки приводит в движение заряды в проводнике вторичной обмотки, таким образом, происходит трансформация электрической энергии.

В линии электропередачи электрический ток  создает вокруг провода магнитное поле, которое движет заряды в проводнике, которое в свою очередь создает магнитное поле, таким образом, процесс идет непрерывно. Никакого постоянного превращения электрического поля в магнитный, и обратного превращения магнитного поля в электрический не имеет места.

Применение термина «передача электроэнергии электромагнитными волнами» спорно. По проводнику передается активная мощность под воздействием магнитного поля. Вместе с зарядами движется электрическое поле и им передается реактивная мощность.

В курсах ТОЭ и электрические сети вообще нет объяснения физики процесса переноса электроэнергии. Нужно включить отдельные разделы в эти курсы по теории передачи электрической энергии.

Мы считаем, что  перенос электроэнергии происходит как за счет электронной электропроводности проводника, так и за счет  электрического поля. Активная мощность передается по проводнику, а реактивная мощность передается электрическим полем.

Активный электрический ток имеет прямую связь с напряженностью электрического поля (ЭДС/м) законом Ома

j = γE,

где j – плотность тока,

Е — напряженность электрического поля (ЭДС),

γ-  удельная электропроводность проводника.

Напряженность электрического поля Е равно разнице потенциалов  начала и конца обмотки деленной на длину провода l

Е = U/l.

Согласно квантово – механической теории электропроводности металлов, найдены зависимость электропроводности от концентрации электронов, величины заряда, средней скорости упорядоченного движения зарядов. Плотность тока по этой теории

j = neν,

где n – концентрация электронов, е – заряд,  ν- средняя скорость упорядоченного движения электронов, которая в свою очередь зависит от длины свободного пробега и мессы электрона.

Чем больше напряжение, тем сильнее сказывается электрическое поле, а магнитное поле пропорционально электрическому току. Электрическое и магнитное поля сдвинуты на 180 градусов. Они характеризуются емкостной и индуктивной реактивной мощностями. Они компенсируют друг друга. При преобладании электрического поля генерируемая линией емкостная реактивная мощность больше, чем потребляемая ею индуктивная мощность, и, наоборот, при преобладании магнитного поля индуктивная реактивная мощность больше, чем емкостная.

При передаче электрической энергии, активной мощности оказывает сопротивление активное сопротивление, емкостной реактивной мощности емкостное сопротивление, а индуктивной реактивной мощности индуктивное сопротивление цепи. В последовательной схеме расчет ведут по полному току.

В учебниках «Электрические сети и системы» /5.6.7/ все расчеты  излагаются  исходя из того, что все элементы электрической системы замещаются с сосредоточенными параметрами, где применимы законы Ома, Кирхгофа.

В отдельной главе,  посвященной длинным  сверхвысоковольтным линиям, передача электроэнергии принята электромагнитными волнами и с распределенными параметрами. Такое допущение принято и в других учебниках.

В литературе серьезно не обосновывается, в каких случаях имеет место  передача  электроэнергии токами проводимости или токами смещения (передача  электромагнитными  волнами),  не  объясняются причины перехода  передачи  электроэнергии  токами проводимости к передаче токами смещения на линиях сверхвысокого  напряжения.  Не рассматриваются такие вопросы как зависимость вида электропередачи от частоты и ряд других.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Посмотреть все записи с меткой: