Távvezetékek, távíróegyenlet

Átírás

1 , távíróegyenlet

2 Elektromágneses hullámok anyagban Távíró egyenlet Maxwell átírható E,B re E, B időfejlődése Jean le Rond d Alembert

3 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

4 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:

5

6 Elektromágneses hullámok anyagban Hullámvezető, üregrezonátor Ideális (a,b) vezetővel határolt cső (a,b) síkban állóhullámok n-1 és m-1 csomóponttal Cső mentén terjedő k z ω hullám Levágási frekvencia Üregrezonátor: Extra határfeltétel Csak a sajátfrekvenciák képesek csillapítás nélkül fennmaradni

7 Távközlés Nagy frekvencia Rádió adó/vevő antennával való összekötése, TV jel, koaxiális kábel Villamos Kis frekvencia Magas feszültség RLC esetén az ellenállás -> impedancia

8 Zavarok - Bekerülésének megakadályozása - A bent lévő szűrése a vevőnél - Szigetelés - Árnyékolás - Eltérő frekvenciájú zavarokat könnyű szűrni Zajforrás Csatolás Jelforrás Csatorna Jelvevő

9 Egyszerű kábel Egyenáram/ kis frekvencia (Hálózat 50Hz) Nagy frekvencián, antennaként szétsugározza az energiát Ohm törvény Labor Vákuum impedancia

10 Telegráf - Sok előd - Sok féle kivitel - Sport - Telepített vezetékek Samuel Morse

11 Telefon Alexander Graham Bell Telefonnal együtt szabadalmaztatott vezetékek - Cu Al 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

12 - Távvezeték -> áram hullámhossza < szállítandó távolság - C számok alkalmazása Koax kábel Maxwell 4 változóval - Differenciálegyenletek megoldása Nem utasítom el a vacsorámat csak azért, mert nem vagyok tisztában az emésztés folyamatának minden részletével. Oliver Heaviside

13 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 66-88% 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

14 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

15 Villamosvezetékek

16 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

17 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

18 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

19 Kapcsolókészülékek Feladatuk: Generátor transzformátor távvezeték összekapcsolása, hibás elem lekapcsolása, mérések, stb. Villamos ív: Gázkisülés: ~10 V katódfesz, > 1 A áram, 10 4 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)

20 Kapcsolókészülékek Egyenáramú ív: nyitást követően állandósult állapot : U L =0 <- U ív mérhető, kioltásának feltétele: U T -Ri < U ív, Ív nyújtása, hűtése Váltóáramú ív: Gyors változást a hőmérséklet nem tudja követni. U(i) irányfüggően az egyenáramú U(i) függvény felett és alatt lesz. U gy =gyújtási feszültség. U k =kialvási feszültség. Létrejövetel: U T >U gy, kialszik minden periódusban: U T <U k -> csak az újragyulladást kell megakadályozni. Ívoltó közeg: olaj, levegő, vákuum, SF 6 : inert <- kialváskor gyors rekombináció

21 Hivatkozások [1] Jakovács A. Takács G. Orosz L.: Elektrodinamika [2] J. D. Bernal: A fizika fejlődése Einsteinig [3] ezgesek_es_hullamok.pdf [4] Simonyi K.: A fizika kultúrtörténete [5] [6] [7] [8] Budó Ágoston: Kísérleti fizika II [9] [10] Pages_from_2-2_lecke_jav.pdf [11] Sipot-Takáts Bence: Villamosenergetikai nagyberuházások [12]

22 Köszönöm a figyelmet!