電気のおはなし 交流送電において送電線の長さが波長より長

電気のおはなし 交流送電において送電線の長さが波長より長。銅線内の電流の速さは真空中の光速に対して、比誘電率の平行根分の1の比率となるので光速の97%程です。交流送電において送電線の長さが波長より長いと何が起こるのでしょうか

ずっと文系で生きてきたのですが、仕事の都合上電気について学ぶことになり四苦八苦しています

周波数の話のな かで商用電源は波長がとても長いので送電線のなかで波としての性質が出ない、とありました
(というか私はそう解釈しました)
ここまではいいのですがこのあとに?もし波長に匹敵する長さの送電線を通ったら回路になってしまう?とあるのですが、これがどういうことなのか理解出来ません

周りにわかる(ように説明できる)人が居らず困っています
どなたかどういう現象が起こるので問題なのか教えてください 電気学会:電気広報特別委員会。直流では。交流と同じ電圧であれば。送電線を作るコストは交流よりは若干
少なくて済みます。しかし。その両端に交流?直流の変換設備が必要になります
。このため。直流では。長距離を送電する場合

世界のエネルギー事情を変える技術。直流送電には。現在さまざまな場面で必要性が増えてきた長距離送電に適して
いるというメリットがある。ことだが。これは決められた一方向にしか電気が
流れない性質を持った直流を使っているために起こる現象だ。送電線や配電線
を経由して家庭のコンセントまで届けられるのだが。その間を流れているのは
ほとんど交流の電気である。 このように。直流と交流はそれぞれ特有の性質が
あり。それぞれの特長を生かして使い分けられていることを。頭において電気のおはなし。もう少し突っ込んでいうと。例えば電線の中を自由電子が移動すれば。それが
電気の流れ電流となるのです。これは。回路に供給される電気が交流か
直流か。あるいは抵抗を示すものがコイルかコンデンサーかによっても変わっ
てきます。が。電磁誘導とはその逆で。磁界中に置いてある導体に力を加えて
動かすと その導体に電流が流れる現象をいいます。電波は電磁波のうち赤外線
よりも長い波長のもので。電波法では「,以下の周波数の
電磁波」と規定

交流の種類による分類。世界一長い径間長世界最長径間長の所在地は。グリーンランドの首都である
フィヨルド横断の長径間箇所は一相毎の独立支持物であり。予備線を含め条
水平配列とし。電線は。直径の鋼より線を使用している。世界最長径間
長を有するこの送電線も。ヌークから南にある水力発電所の電力をヌークに送電
するための回線送電線であり。そのルート上に東西に横たわる約の長さの分布定数回路とは何か。電線には抵抗やインダクタンス。静電容量が確かに存在するのですが。
どこにがあり。どこがなのかは区別してあたりの抵抗。メートルあたりの
インダクタンスといった「単位長さ」あたりの電気定数表現になります。や
近接効果 の影響もあり。導体の表面に集中して電流が流れる
ため。直流よりも大きい抵抗値になります。周波数が高ければもちろん。
周波数が低くても長距離送電線のような場合にも分布定数回路が適用されます。

銅線内の電流の速さは真空中の光速に対して、比誘電率の平行根分の1の比率となるので光速の97%程です。まあ、光速度も299792458m/sとか邪魔くさいので、この際、銅線内の電流の速さは30万km/秒とします。50Hzで割ると 1波長は6,000kmですね。さてここからが本題です。6,000kmの長さの送電線に50Hzの交流を流すとどうなるか?実は、端部で折り返し反射が起きて電圧が中和されてしまいます。6,000kmの送電線の一端に発電所があると、送電を開始して25分の1秒後…つまり波が端部で反射して=自由端反射折り返して来て発電所にまでたどり着いてからは、送電線には6,000kmの長さの”定常波”定在波だけが存在する事になります。これは非常に不思議な現象です。全長の1500km地点と4500km地点が定常波の”節”となり、電圧は”0V”になりますし、両端部と中央の3000km地点は”腹”となって交流で2倍の電圧が生じます。まあ、これは、送電線の抵抗を考慮せず6,000kmもの長大な送電線に電圧降下が生じない前提での話ですが、仮定としてはそういう事です。需要家は電圧x電流で電力を消費しますから、”節”に近い受電設備はまともに電力を受け取れなくなりますし、”腹”では2倍の電圧ですね。もちろん発電所の発電機も自身が送り出した電気の電圧が2倍になって戻って来るのでまともに送電線へは送出できません。空回りを避けるために、送水量や蒸気量を減らす事になります。というか空回りして周波数が上がるとまたまたややこしい事になりますね。という訳で、その送電線は設備として失敗ですね。笑送電端や受電端、途中で電線を分岐しているところでの、波の反射の影響が無視できなくなる、送電線を伝わる交流波の時間遅れが無視できなくなる、ってことが起きます波長に比べて短い送電線でも反射は起きているのですが、送電線を通過する時間がごく短いため、場所による電圧の差などが見えず、反射して戻ってくる分も含めて、ある送電電圧で、負荷に電力を供給しているように見えていますところが、送電線が長くなってくると、発電所から負荷側に進む波と負荷側から反射してくる波、の干渉で、送電線の場所によって電圧が異なる、なんてことが起きたりするようになります波長が長いと、負荷Rlからの反射の影響がでません。反射の影響が、信号変化に比べて無視できるからです。ところが、そうでない場合、反射の影響が無視できなくなります。送電端から見たインピーダンスの式です。Zin =coskl*Rl+Z0*j*sinkl/j*sinkl*Rl/Z0+coskl k=λ/2πλ:波長Rl:負荷インピーダンスl:送電線長Z0:送電線の特性インピーダンス波長によって、送電端から見たインピーダンスが変わってしまいます。すると、送れる電力も変わってしまいます。Z0=Rlにすることによって、負荷Rlからの反射はなくなります。高周波回路ではこうしますが、送電の場合不可能です。このあたり難しいです。興味を引き出すには格好の話題ですね。電気の速さは秒速 3 億メートル。商用周波数の 50 ヘルツですと波長は3 億 / 50 = 6000 [km]送電線の鉄塔の径間が仮にもこの距離にあったとすれば共振状態で大蛇の如く左右に揺れるのでしょうか。研修で有名な遮断器メーカーの見学で2000アンペアを一瞬流してみる。電磁力とはどのようなものか。太いケーブルを四角の枠状にしたものが一瞬円形になるという現実に驚いたものです。電流波形が違えば状態も変わるでしょう。共振のことじゃないですか。電線とアンテナの関係。電線とアンテナは、導体ということでは同じですが、なぜアンテナと電線に分けられるか。答えはそのサイズです。交流には周波数があり、周波数固有の波長があります。この波長と電線の長さが釣り合った時アンテナになります。コイルも同じです、ある波長とコイルの巻数が偶然にしろ合ってしまうと発振して電流が流れにくくなります。送電線の長さと波長が合ってしまうと送電線としての意味がなくなるわけで。多分そのことをいってるのだと思います。60ヘルツの波長は5,000kmということなので、そういう電線があったらなにか起きるかも。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です