真是一个极好的问题。虽然忙得不行,但也要抽空回一下。
题主的这个问题,既牵涉到供配电,又关联到模电数电,连我们的居家配电都在题主问题讨论的范围之内。这个问题几乎包括了所有电气类的应用。
1.电路的工作条件
设电源和供电线路的内阻为r,负荷端的电阻为R,r和R当然是串联了。再设电压电动势为E,我们来求负载电阻R两端的路端电压U:
如果r/R=1/50=0.02,代入上式后,得到:
这说明一个道理:在电源的额定供电范围之内,若线路电阻r小于负载电阻的1/50,则当电流从零到额定电流之间变化时,负载上的路端电压基本不变。
对于配电网,这里的电流甚至包括短路电流在内。也就是说,当某配电网发生短路时,若供电电源的线路阻抗只有配电网短路阻抗的1/50,这称此配电网为无限大容量配电网。无限大容量配电网在短路前后,系统电压不变。
既然在电源的额定供电范围内,电压基本不变,这说明,导线因为温度升高电阻加大后产生的压降,对于用电负荷来说,影响不是太大。
正因为如此,所以导线的温度和温升,应当与流过导线的电流有关,与导线的外形、材料、散热条件密切相关,与电源(不管是电压源、电流源、受控源等等)基本无关。
不过,别拿早期农村供电的状况来和我理论哦。我到过那时的农村,供电紧张时,相电压从220V跌至130V左右,灯都变成昏黄了。可见电力变压器的容量相对用电负荷来说,已经远远不能满足需求。电压严重跌落的原因与线路压降和损耗有一定的关系,但相比起变压器严重超载造成的电压跌落,后者更为严重。
回到常态电路上来。
注意到两个问题:其一是电源的供电能力,其二是线路温升。
由于题主并未问到电源,因此我就忽略电源,仅就线路温升来探讨。
2.关于线路温升
温升指的是某用电设备(也包括导线在内),它的使用温度与环境温度之差。
当导线流过电流时,导线的温升会升高。当导线温度升高到一定程度后,导线系统的机械强度会降低,连带着开关设备总体的动热稳定性亦会降低。因此,在国家标准中规定了各种开关电器的温升最高值。
我们知道,导线的材质无非就是铝、铜、镀锡铜和镀银铜等四种。国家标准中规定,铜的温升为60K,镀锡铜的温升为65K,而镀银铜的温升为70K。至于铝,它的温升为45K。
取一段截面积为
的金属棒,材质分别为