8.3.39. От источника напряжения $10~\text{кВ}$ требуется передать на расстояние $5~\text{км}$ мощность $500~\text{кВт}$; допустимая потеря напряжения в проводах $1~\%$. Каково минимальное сечение медного провода? Во сколько раз следует повысить напряжение источника, чтобы снизить потери мощности в $100$ раз в той же линии при передаче той же мощности?
Решение
Ответ
$S = 42 \,мм^2;$ примерно в $10$ раз
Альтернативное решение
Ток от источника через линию
$$I = \frac{P}{U} = 50~\text{А}.$$
Найдем критическое значение площади поперечного сечения провода при допустимом падении напряжения на проводе $\Delta U = 100~\text{В}$ (длина провода $10~\text{км}$, почему?)
где $\rho = 1{,}7\cdot10^{-8}~\text{Ом}\cdot\text{м}$ (задача $11.1.18$),$R_l$ есть сопротивление провода.
Эта площадь минимальная, при меньшей напряжение станет больше, ведь сопротивление тогда больше у провода, а ток считается постоянным.
Мощность потерь в проводе
$$\Delta P = I^2R_l = \frac{P^2}{U^2}R_l.$$
При постоянных $P,R_l$ для уменьшения потерь в 100 раз достаточно увеличить напряжение в 10 раз.
В реальности потери на таких сравнительно высоких напряжениях создаются не только нагревом провода. Например, явление коронного разряда из-за большой напряженности вблизи провода приводит к дополнительному потреблению энергии. Поэтому на вопрос про потери говорим «примерно в 10 раз».
Ответ
$$S = 85~\text{мм}^2;\quad \text{примерно в 10 раз}.$$