Távvezetékek, távíróegyenlet 2016.04.06.
Elektromágneses hullámok anyagban Távíró egyenlet Maxwell átírható E,B re
Jean le Rond d’Alembert E, B időfejlődése
1717-1783
Elektromágneses hullámok anyagban Távíró egyenlet Jó vezető -> nincs töltésfelhalmozás -> Linearitás -> lokális Ohm
E,B időfejlődése
Lassú, kis frekvenciás mozgás Szabad töltés anyagban
Távíró egyenlet
Georg Simon Ohm 1789-1854
Elektromágneses hullámok anyagban Skin-effektus TFH: Ismert: Behelyettesítve:
A kezdeti feltétel független a tér felülettel párhuzamos komponenseitől (x,y) -> az eredmény is független lesz Határfeltétel miatt lecsengő exponenciális
Egy egyenlet: Megoldása:
Elektromágneses hullámok anyagban Hullámvezető, üregrezonátor • Ideális (a,b) vezetővel határolt cső • (a,b) síkban állóhullámok n-1 és m-1 csomóponttal • Cső mentén terjedő kz ω hullám • Levágási frekvencia
Üregrezonátor: • Extra határfeltétel • Csak a sajátfrekvenciák képesek csillapítás nélkül fennmaradni
Távvezetékek • Távközlés – Nagy frekvencia – Rádió adó/vevő antennával való összekötése, TV jel, koaxiális kábel
• Villamos – Kis frekvencia – Magas feszültség
RLC esetén az ellenállás -> impedancia
Távvezetékek Zavarok - Bekerülésének megakadályozása - A bent lévő szűrése a vevőnél - Szigetelés - Árnyékolás - Eltérő frekvenciájú zavarokat könnyű szűrni Zajforrás
Csatolás Jelforrás
Csatorna
Jelvevő
Távvezetékek Egyszerű kábel Egyenáram/ kis frekvencia (Hálózat 50Hz) • Nagy frekvencián, antennaként szétsugározza az energiát • Ohm törvény • Labor
Vákuum impedancia
Távvezetékek Telegráf - Sok előd - Sok féle kivitel - Sport - Telepített vezetékek
Samuel Morse 1791-1872 1844
Távvezetékek Telefon -Telefonnal együtt szabadalmaztatott vezetékek - Cu Al - 1880’s városi villamoshálózat -> zavar a telefonvezetékben - Keresztezett vezetékek, EM interferencia (mobil+hangszóró) - Zajforrás távol a vezetéktől -> a két drót között lévő jelet egyszerre zavarja -> nincs gond - Drótközeli zaj -> gond
Alexander Graham Bell 1847-1922 1846
Távvezetékek - Távvezeték -> áram hullámhossza < szállítandó távolság - ℂ számok alkalmazása -1880 Koax kábel -1884 4 Maxwell 4 változóval - Differenciálegyenletek megoldása „Nem utasítom el a vacsorámat csak azért, mert nem vagyok tisztában az emésztés folyamatának minden részletével.”
Oliver Heaviside 1850-1925 1873-1887
Koaxiális kábel D: Belső vezető ér C: Dielektrikum B: Árnyékoló D: külső szigetelő • Ideális kábel: A tér csak a belső és külső vezető között • Impedancia függ: (hossz független) belső és külső vezető átmérőjétől, dielektrikumtól • D: Ált réz, régen alu, terhelésnek kitéve -> Rézzel bevont acél (skin-effekt) • C: Polietilén, polipropilén, (levegő) (A jel terjedési sebességét 6688% c közt befolyásolja) • B: Réz, alu (Akát többrétegű árnyékolás) • A: PVC (UV-ra keményedik, törik -> beengedi a párát, pár év. Füstje mérgező: nem használható alagutakban (londoni metrótűz)), nem vízálló. Polietilén, poliuretán <- vízálló
Távvezetékek Impedanciaillesztés
Kimenet ellenállása/terhelés ellenállása
Távvezeték esetén haladóhullám -> ez illesztés nélküli vezetékeken a fogyasztóról visszaverődik (Másik jelenség szintén illesztéssel megoldható)
Teljesítmény fele a generátorban disszipálódik
Villamosvezetékek
Távvezetékek Szabadvezeték • Véletlen érintésvédelmi magasságban • A fázisvezetők és a föld közötti szigetelés levegő, fázisvezeték és tartóelem közt szigetelő • Régek kizárólag acél • ASC: 99.5% tiszta Al, kis oszlopközre • AASC: Mg, Si, Fe ötvöző, nagyobb oszlopközre • ACSR: Al Conductor Steel Reinforced. Acél sodronybélben az elemi Al vezető szálak •Védővezeték: villámcsapás és földrövidzár ellen minden oszlopon földelve
Sodronyok -> Homogén elemi szálak, rugalmasság
AASC
Távvezetékek Szigetelés Elvárások: • Megfelelő villamos szilárdság • Átívelés, átütés védelem • Mechanikai állóképesség • Porcelán: Régen csak ez. Földpát-kaolit-kvarc kiégetése. Nyomásra nagy teherbírás, húzás hajlítás kevésbé • Üveg: Átlátszósága felfedi a hibákat, napon kevésbé melegedik • Műanyag: csak beltéren UV miatt: epoxigyanta + kvarcliszt, poliaddíciós gyanta • Kompozitok: vízlepergető, Könnyű, mech. Biztonság olcsó
Távvezetékek Nagyfeszültségű kábel Kábel: A fázisvezetők és a föld közt nagy villamos szilárdságú anyag: pl térhálós polimer. (Vezető(k), szigetelés, védőburkolat) vezető: Al, Cu, tömör, sodrott 4-8: Védőburkolat: Mech. védelem, nedvesség védelem, telítő olaj bent tartása,˙párnázás hajlítás ellen), rozsdavédelem, árnyékolás
Távvezetékek Kapcsolókészülékek Feladatuk: Generátor transzformátor távvezeték összekapcsolása, hibás elem lekapcsolása, mérések, stb. Villamos ív: Gázkisülés: ~10 V katódfesz, > 1 A áram, 104 A/cm2 Áramsűrűség, ~ 4-20 kK hőmérséklet. Lekapcsolás: csökken a vezetők közti felület -> nő az áramsűrűség -> nő a hőmérséklet -> megolvadt fémcsepp -> elgőzölgött fém <meggyullad Termikus emisszió: Magas hőm hatására a katódból töltéshordozók lépnek ki. (Ezek az ionizációs energia fölé gyorsulnak)
Távvezetékek Kapcsolókészülékek Egyenáramú ív: nyitást követően állandósult állapot : UL=0 <- Uív mérhető, kioltásának feltétele: UT-Ri < Uív , Ív nyújtása, hűtése Váltóáramú ív: Gyors változást a hőmérséklet nem tudja követni. U(i) irányfüggően az egyenáramú U(i) függvény felett és alatt lesz. Ugy=gyújtási feszültség. Uk=kialvási feszültség. Létrejövetel: UT>Ugy, kialszik minden periódusban: UT
csak az újragyulladást kell megakadályozni. Ívoltó közeg: olaj, levegő, vákuum, SF6: inert <- kialváskor gyors rekombináció
Hivatkozások • • •
• • • • • • •
• •
[1] [2] [3]
Jakovács A. Takács G. Orosz L.: Elektrodinamika J. D. Bernal: A fizika fejlődése Einsteinig
http://ecseri.puskas.hu/oktseged/elektromossag,magnesseg/elektromagneses_r ezgesek_es_hullamok.pdf [4] Simonyi K.: A fizika kultúrtörténete [5] http://szkeptikus.bme.hu/spanyol/plazmbev.pdf [6] http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0603/hartlein0603.html [7] https://phet.colorado.edu/sims/radiating-charge/radiating-charge_hu.html [8] Budó Ágoston: Kísérleti fizika II [9] http://www.villanyszaklap.hu/lapszamok/2004/szeptember/222-mi-van-akabelben [10] http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0013_07_Iranyitastechnika/ Pages_from_2-2_lecke_jav.pdf [11] Sipot-Takáts Bence: Villamosenergetikai nagyberuházások [12] http://www.pollak.sulinet.hu/~bojtos/Erosaram/Energetika%20II%20ttelek.pdf
Köszönöm a figyelmet!
