02.26 電力線路為何會產生“電壓降”?


電力線路為何會產生“電壓降”?


當線路比較短的時候電阻很小,電壓降也很小,幾乎可以忽略不計。但是當線路較長的時候,電線電阻比較大,這個時候就不得不考慮電壓降了。為什麼會產生電壓降呢?其實這個很好理解。

舉個例子

如下圖所示:在一個220V的電源上接了一個白熾燈。電線較短的時候電阻很小,幾乎可以忽略不計。此時,燈兩端的電壓等於電源電壓220V。根據歐姆定律,線路電流等於電源電壓除以燈的電阻,即I=U/R=220V÷20=11A。

現在換一種場景,假設這個電源和燈的距離很遠,那麼導線的電阻就不能忽略不計了。因為導體電阻和長度成正比,電線越長電阻越大。假設電源兩條電線的電阻為R1和R2,那麼整個電路就可以看成如下所示:

此時,由於燈和導線(電阻)是串聯關係,電源外部總電阻為:R=R1+R2+R燈=22Ω。根據歐姆定律,我們得出線路電流大小為 I=220V÷22Ω=10A,燈兩端的電壓為 10A×20Ω=200V。

電源電壓為220V,但是燈實際電壓只有200V,中間損失了20V,這20V就是我們說的電壓降。

那麼電壓降是怎麼計算的呢?同樣,根據歐姆定律可以得出,▲U=I×(R1+R2)=10A×2Ω=20V。

從上述計算可以看出,電壓降的大小和線路電流以及線路電阻有關。線路電流越大、電阻越大,電壓降越大。所以當電源和負載距離較遠,線路電壓降比較多時,我們可以通過降低電線電阻來降低壓降。(比如增加電線截面積)

注意:為了簡單說明原理,以上我是以純阻性負載來舉例。實際上線路壓降計算比這要複雜的多,因為電線不僅有電阻,還有電感效應對電流的阻礙作用,我們把它稱之為“感抗”。具體電壓降怎麼計算,那就是另外一個話題了。

本題答案

看到這裡,相信大家心裡應該有答案了。電力線路產生壓降的根本原因就是因為電線存在電阻,當線路中有電流時就會產生壓降。也可以理解成電線電阻和負載是串聯關係,由於串聯分壓,電線電阻分走了一部分電壓,所以負載得到的電壓就低了!


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我是電子及工控技術,我來回答這個問題。電力線之所以會產生電壓降主要是由於電力線路中電阻這個物理量“搗的鬼”。如果導線中沒有電阻的話那麼“電壓降”也就不會存在了,下面我就和朋友們聊聊這方面的事情。

我們知道電力線是一種細而長的導體,它的參數很多比如有導線的粗細、長度和所使用的材料等各有不同,那麼導線的“電壓降”也與上述參數有很大關係,下面我逐一說來。

電力線產生“電壓降”的原因

首先我們從產生電壓的原因說起,我們假設在一定長度的電力導線上產生了△U的電壓,這個電壓與導線的電阻R和通過電力線路中的電流I乘積有關。用式子可表示為△U=RI。而導體的電阻R的長度與電線的長度L和所用材料的電阻率ρ有很大關係,每種金屬導體其電阻率都是不一樣的,我們根據導線的阻值公式可得R=ρL/S,這個S是導線的截面積,所以導線有壓降不但與長度有關還與其電阻率也脫不了“干係的。由於電力線中“電壓降”的存在,它會價格低我們輸電的效率,因此我們在使用電力線時要對導線的電阻率和截面積做通盤考慮,以便達到兩者的最優化,儘量降低導線的“電壓降”。

另外順便說一句我們從電力線中的負載性質來說,當電力線中的負載是感性負荷的時候會增大線路的“電壓降”,這是由於感性負荷的電抗作用造成的,它一般與感性負荷的功率因數也有關係。比如功率因數越小其電力線路中的“電壓降”就會增大。

解決電力線“電壓降”的方法。

因此電力線在傳輸中會產生“電壓降”主要是與導線的電阻R和電流I有直接關係,而導線的電阻R又與導線的長度L和電阻率ρ有關係。那麼要儘量降低電力線“電壓降”的辦法一是儘量用電阻率低的導體材料,同時在傳輸功率一定的情況下儘量使用高壓輸電的辦法來降低其電流,增大導線截面積。在給感性負荷提供電能量時要儘量提高感性負荷的功率因數值。

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電子及工控技術


在電子電路中,電流流過電線都是要產生電壓降的,電線越長、電線電阻越大所產生的電壓降也就越大。

1 電線為什麼會產生電壓降

電線都是具有線阻的,根據歐姆定律可以知道,V=I×R。其中V就是負載兩端的電壓,而I是流過的電流,R是負載電阻。電線雖然是良的導體,但是也存在電阻,一般稱之為線阻。

一般情況下,電線的線阻都是可以忽略不計的,因此不用考慮電壓降,但是遠距離輸電的時候都是需要考慮線阻的壓降和電線所帶來的損耗。

2 線阻的決定因素

線阻的大小與電線的材質、長度以及橫截面積(粗細)有著緊密的聯繫。線阻的計算公式為:R=ρ×L/S

其中,ρ為電阻率,是個常數,與導體的材質相關;L為電線的長度;S為電線的橫截面積。由此可知,線阻是不可避免的,所以電線產生電壓降也無法避免。

3 如何減少線阻帶來的壓降損耗

可以採用降低線阻和減小電流的方式來減小損耗。如果要降低線阻的話,只能選用電阻率更低、更粗的導線,這所帶來巨大的成本增加。以據距離輸電為例,我們照明用的電是220V,輸電的時候都是高壓輸電,比如110KV。在功率一定的情況下,電壓提高了那麼電流就減小了,電流減小了,在同樣的電線上所產生的電壓降也就減小了。降低線阻所產生的損耗這是採用高壓輸電的原因之一。

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為了便於你的理解,這裡先舉個通俗的例子說明:

假如供電電壓一定為220V時,若居民用電量增加,例如在用電高峰時的夏天,各家各戶空調、冰箱、電扇、電視機、電燈都開啟,電氣線路上的電流就增多,輸電導線上的“電壓降”就增加,使居民用戶的電壓降低到200V以下,用電器在低於額定電壓下的條件就不能正常工作了,甚至空調打不起來,電視圖像不穩定了....

反之到了重大節日的深夜,工廠放假,居民睡了,用電量很少,這時導線裡通過的電流很小,它上面的“電壓降”很小,居民用戶處的電壓就超過220V,甚至可達到230V以上,這時你若起來開燈,由於外加電壓超過額定電壓甚多,用電器很容易被燒壞,特別是使用時間比較長的電燈,有時燈絲一下就被燒斷了.....

這都是“電壓降”大與小惹的禍。

可見,“電壓降”就是電流通過線路時損耗了電力,產生的電壓降落,稱為“電壓降”。

“電壓降”的產生是由於線路中電荷流動時遇到阻力而損耗了電力,造成了電壓降落。


檸檬比我萌


根據歐姆定律U=RI可知,電壓的產生就是當電流流過一個導體時產生的,而現實生活中的任何導體,都是存在電阻的,電力線路的電纜線也存在內阻,所以傳送電力的電纜線會存在電壓降!那麼這種電壓降應該如何減小呢?與電力線路的材料有無關係呢?下面,我來做一個詳細的介紹!

電阻率

電阻率是描述物質電阻特性的物理量,當溫度一定時,與電阻之間存在以下關係:

R=ρL/S

其中,L指物體的長度,S指物體的截面面積,ρ為電阻率。可以看出,同樣材質的物體,其電阻值與長度和截面面積有關。電阻率是由物體的特性決定的,所以針對同種材質的導線,當長度一定時,導線越粗,電阻值越小;而導線粗細一致時,導線越長,損耗越大,其電阻值越大。

常見導電材料的電阻率如下表:

可以看出銀和銅是電阻率較小的材質,但是銀線成本較高,所以平時生產生活中最常用的就是銅線。

電力傳輸其實有著嚴格的標準,除了考慮電力線纜的選型外,還有電纜的直徑,耐壓等級,發熱情況,成本等一系列因素。

實際應用中,由於電力傳送的距離會十分遙遠,所以材質的選擇尤其重要,但還需考慮材料的成本價值,比如為了減小電壓降我們可以選用直徑較粗的電纜,可是減小電壓降的同時,成本也上去了,究竟合不合適?這就需要綜合考慮了。

頭腦有點熱的電子君------20191101歡迎評論交流轉發


頭腦有點熱的電子君


電力線路為何產生電壓降?

題目的核心是“電壓降”,如何產生的?是由於線路阻抗導致的,因此在導線選擇過程中必須考慮在規定的電壓降內電能所能輸送的距離是否滿足要求。

既然是阻抗的作用,那不僅是與電阻有關係,還有電抗有關係。而電抗又取決於線路長度,一般粗略估算,如果線路載流量加倍,把其電阻減半,電抗減少約百分之十。

一般短距離輸電電壓降有限,往往忽略不計,較長距離輸電(>500m),電壓降不能忽略,否則在用戶區由於電壓偏低,設備啟動不了,或者在低電壓工作狀態,甚至由於欠壓而損壞。

電能在線路所產生的損耗由於電阻,無論銅還是鋁材料的導線,都會引起線路電壓降。而要求線路電壓降不高於自身電壓的百分之五,就不會對用戶區的電力驅動產生影響。

電壓降的計算

例如電力線路長度800m,電機功率90kw,運行電壓380V,用70mm2的銅芯線。

第一步;線路電流l為161A。

第二步;線路電阻R為0.199Ω。

第三步;線路電壓降ΔU為32V。

又因為損耗不高於自身電壓的百分之五,因此線路電力驅動電壓U(361≤U≤380)。通過上述的例子計算,電壓降為32V,電壓降為8.4%,因此無法滿足設備的供電要求。於是可以採取增大電線的橫截面積或者把線路縮短。

例如,在用電高峰期用電負荷重,也會有電壓降。由於負荷過重,總電流增大,發電機轉速減慢,同時間段內電阻消耗功率增大,導致發電機過熱,這時候線路電壓會因為發電機頻率下降和內壓降過大而造成電壓降。


Talk工控小白


由於電力線路本身就有一個線電阻,會產生壓降,產生損耗

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令狐逸闌


除開超導的凡世間,線路皆有電阻,但凡兩點之間有電壓且還有電流流過,就會產生電壓降,這個現象很偉大,讓前人給發現了,取名歐姆定律,每當開啟電爐時就會想起它。


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