Gubitak napona u žicama ovisi o. Proračun pada napona u kabelu

Žice i kabeli su dizajnirani za prijenos električne energije do potrošača. U tom slučaju napon u produženom vodiču opada proporcionalno njegovom otporu i veličini struje koja prolazi. Kao rezultat toga, napon koji se isporučuje potrošaču je nešto manji nego što je bio na izvoru (na početku linije). Duž cijele duljine žice, potencijal će se mijenjati zbog gubitaka u njemu.

Gubici napona u kućnoj rasvjeti

Presjek kabela odabran je tako da osigura njegovu operativnost pri danoj maksimalnoj struji. U ovom slučaju treba uzeti u obzir njegovu duljinu, o kojoj ovisi još jedan važan parametar - pad napona.

Električni vodovi se biraju prema normaliziranoj vrijednosti ekonomske gustoće struje i izračunava se pad napona. Njegovo odstupanje od originala ne smije prelaziti navedene vrijednosti.

Jačina struje koja prolazi kroz vodič ovisi o priključenom opterećenju. Povećanjem se povećavaju i gubici grijanja.

Gornja slika prikazuje krug za napajanje rasvjete naponom, gdje su gubici napona naznačeni na svakom dijelu. Najudaljenije opterećenje je najvažnije i kod njega dolazi do najvećeg gubitka napona.

Gubitak napona

Proračun gubitka napona ∆Una dijelu duljine lancaLučiniti prema formuli:

∆U = (P∙r 0 +Q∙x 0)∙L/ U nom, gdje

P i Q – snaga, W i var (aktivna i jalova);
r 0 i x 0 – aktivni i reaktivni otpor voda, Ohm/m;
U nom – nazivni napon, V.
U nom je naznačen u karakteristikama električnih uređaja.

Prema PUE, dopuštena odstupanja napona od norme su sljedeća:

strujni krugovi - ne više od ±5%;
sheme rasvjete za stambene prostore i vanjske zgrade - do ±5%;
rasvjeta poduzeća i javnih zgrada – od +5% do -2,5%.

Ukupni gubitak napona od transformatorskih podstanica do najudaljenijeg opterećenja u javnim i stambenim zgradama ne smije biti veći od 9%. Od toga se 5% odnosi na dionicu do glavnog ulaza i 4% od ulaza do potrošača. U skladu s GOST 29322-2014, nazivni napon u trofaznim mrežama je 400 V. U ovom slučaju dopušteno je odstupanje od ±10% u normalnim radnim uvjetima.

Potrebno je osigurati ravnomjerno opterećenje u trofaznim vodovima na 0,4 kV. Ovdje je važno da svaka faza bude ravnomjerno opterećena. Da bi se to postiglo, elektromotori su spojeni na linearne žice, a rasvjeta je spojena između faza i nule, čime se izjednačavaju opterećenja između faza.

Vrijednosti struje ili snage koriste se kao početni podaci. Za duge vodove, induktivna reaktancija se uzima u obzir kada se izračunava ∆U u vodu.

Otpor x 0 žica uzima se u rasponu od 0,32 do 0,44 Ohm/km.

Proračun gubitaka u vodičima provodi se prema prethodno danoj formuli, gdje je zgodno podijeliti desnu stranu na aktivne i reaktivne komponente:

∆U = P∙r 0 ∙L / U nom + Q∙x 0 ∙L/ U nom,

Spoj opterećenja

Opterećenje je povezano na različite načine. Najčešći su sljedeći:

spajanje tereta na kraju linije (slika a dolje);
ravnomjerna raspodjela opterećenja duž duljine linije (slika b);
vod L1, na koji je spojen još jedan vod L2 s ravnomjerno raspoređenim opterećenjem (slika c).

Dijagram koji prikazuje kako spojiti opterećenja s električne ploče

Proračun vodova na gubitak napona

Odabir prosječne vrijednosti reaktancije za vodiče od aluminija ili čelika-aluminija, na primjer, 0,35 Ohm/km.
Proračun opterećenja P, Q.
Izračun reaktivnog gubitka:

∆U p = Q∙x 0 ∙L/U nom.

Određivanje dopuštenog aktivnog gubitka iz razlike između navedenog gubitka napona i izračunatog reaktivnog:

∆U a = ∆U – ∆U p .

Presjek žice nalazi se iz relacije:

s = P∙L∙r 0 /(∆U a ∙U nom).

Odabir najbliže vrijednosti presjeka iz serije standarda i određivanje aktivnog i reaktivnog otpora po 1 km voda iz tablice.

Na slici je prikazan niz poprečnih presjeka kabelskih žila različitih veličina.

Kabelske jezgre različitih sekcija

Na temelju dobivenih vrijednosti izračunava se prilagođena vrijednost pada napona prema prethodno navedenoj formuli. Ako prelazi dopuštenu vrijednost, trebali biste uzeti veću žicu iz istog reda i napraviti novi izračun.

Primjer 1. Proračun kabela pod aktivnim opterećenjima.

Za izračun kabela prije svega treba odrediti ukupno opterećenje svih potrošača. Kao početna vrijednost može se uzeti P = 3,8 kW. Jačina struje određena je dobro poznatom formulom:

Ako su sva opterećenja aktivna, cosφ=1.

Zamjenom vrijednosti u formulu možete pronaći struju koja će biti jednaka: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 A.

Prema tablicama, nalazi se presjek u kabelu, za bakrene vodiče je 1,5 mm 2.

Sada možete pronaći otpor kabela dugog 20 m: R=2∙r 0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ohm∙mm 2)∙20 (m)/1,5 (mm 2)=0,464 Ohma.

Formula za izračunavanje otpora za dvožilni kabel uzima u obzir duljinu obje žice.

Odredivši vrijednost otpora kabela, lako možete pronaći gubitak napona: ∆U=I∙R/U∙100% =17,3 A∙0,464 Ohm/220 V∙100%=3,65%.

Ako je nazivni napon na ulazu 220 V, tada su dopuštena odstupanja od opterećenja 5%, a dobiveni rezultat ga ne prelazi. Ako je tolerancija prekoračena, bilo bi potrebno uzeti veću žicu iz standardnog asortimana, presjeka 2,5 mm 2.

Primjer 2. Proračun pada napona pri napajanju elektromotora.

Električni motor troši struju pod sljedećim parametrima:

I nom = 100 A;
cos φ = 0,8 u normalnom načinu rada;
I pokretanje = 500 A;
cos φ = 0,35 pri pokretanju;
Pad napona na električnoj ploči koja distribuira struju od 1000 A je 10 V.

Na sl. a ispod je shema napajanja elektromotora.

Krugovi napajanja za elektromotor (a) i rasvjetu (b)

Kako bi se izbjegle kalkulacije, koriste se tablice koje su dovoljno točne za praktičnu upotrebu s već izračunatim ∆U između faza u kabelu duljine 1 km pri trenutnoj vrijednosti od 1 A. Tablica u nastavku uzima u obzir vrijednosti presjeka jezgre, materijale vodiča i vrstu kruga.

Tablica za određivanje gubitka napona u kabelu

Presjek u mm 2		Jednofazni krug			Uravnoteženi trofazni krug
		Snaga motora		Rasvjeta	Snaga motora		Rasvjeta
		Obični rob. način rada	Pokreni		Obični rob. način rada	Pokreni
Cu	Al	cos = 0,8	cos = 0,35	cos = 1	cos = 0,8	cos = 0,35	cos = 1
1.5		24	10,6	30	20	9,4	25
2,5		14,4	6,4	18	12	5,7	15
4		9,1	4,1	11,2	8	3,6	9,5
6	10	6,1	2,9	7,5	5,3	2,5	6,2
10	16	3,7	1,7	4,5	3,2	1,5	3,6
16	25	2,36	1,15	2,8	2,05	1	2,4
25	35	1,5	0,75	1,8	1,3	0,65	1,5
35	50	1,15	0,6	1,29	1	0,52	1,1
50	70	0,86	0,47	0,95	0,75	0,41	0,77
70	120	0,64	0,37	0,64	0,56	0,32	0,55
95	150	0,48	0,30	0,47	0,42	0,26	0,4
120	185	0,39	0,26	0,37	0,34	0,23	0,31
150	240	0,33	0,24	0,30	0,29	0,21	0,27
185	300	0,29	0,22	0,24	0,25	0,19	0,2
240	400	0,24	0,2	0,19	0,21	0,17	0,16
300	500	0,21	0,19	0,15	0,18	0,16	0,13

Pad napona tijekom normalnog rada elektromotora bit će:

∆U% = 100∆U/U nom.

Za presjek od 35 mm, 2 ∆U za struju od 1 A bit će 1 V/km. Tada će uz struju od 100 A i duljinu kabela od 0,05 km gubici biti jednaki ∆U = 1 V/A km∙100 A∙ 0,05 km = 5 V. Kada im se pribroji pad napona na ploči od 10 V, ukupni gubici ∆ U ukupno = 10 V + 5 V = 15 V. Kao rezultat toga, postotak gubitaka bit će:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75%.

Ova vrijednost je znatno manja od dopuštenih gubitaka (8%) i smatra se prihvatljivom.

Kada se elektromotor pokrene, njegova struja se povećava na 500 A. To je 400 V više od njegove nazivne struje. Opterećenje na razvodnoj ploči će se povećati za isti iznos. Bit će 1400 A. Pad napona na njemu će se proporcionalno povećati:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 V.

Prema tablici, pad napona u kabelu bit će: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 V. Ukupno, gubici pri pokretanju motora bit će ∆U ukupno = 13+14 = 27 V. Zatim biste trebali odrediti koliko će to biti kao postotni odnos: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Rezultat je u prihvatljivim granicama, jer ne prelazi granicu od 8%.

Zaštitu elektromotora treba odabrati tako da odzivni napon bude veći nego kod pokretanja.

Primjer 3. Izračun ∆U u krugovima rasvjete.

Tri jednofazna kruga rasvjete spojena su paralelno na trofazni četverožilni dovodni vod koji se sastoji od vodiča od 70 mm 2, dugih 50 m, koji nose struju od 150 A. Rasvjeta je samo dio opterećenja linije (Sl. b iznad).

Svaki rasvjetni krug izrađen je od bakrene žice duljine 20 m, presjeka 2,5 mm 2 i teče struja od 20 A. Sva tri trošila spojena su na istu fazu. U ovom slučaju, dalekovod je uravnotežen po opterećenju.

Potrebno je odrediti pad napona u svakom od krugova rasvjete.

Pad napona u trofaznom vodu određen je efektivnim opterećenjem navedenim u uvjetima primjera: ∆U fazni vod = 0,55∙150∙0,05 = 4,125 V. Ovo je gubitak između faza. Da biste riješili problem, trebate pronaći gubitke između faze i nule: ∆U linija fn = 4,125/√3 = 2,4 V.

Pad napona za jedan jednofazni krug je ∆U ukupno = 18∙20∙0,02=7,2 V. Ako zbrojite gubitke u opskrbnom vodu i krugu, tada će ukupno biti ∆U ukupno = 2,4+7,2 = 9,6 V. Kao postotak, to će biti 9,6/230∙100 = 4,2%. Rezultat je zadovoljavajući jer je manji od dopuštene vrijednosti od 6%.

Provjera napona. Video

Kako provjeriti pad napona na različitim vrstama kabela pogledajte u videu ispod.

Prilikom spajanja električnih uređaja važno je pravilno izračunati i odabrati opskrbne kabele i žice tako da gubici napona u njima ne prelaze dopuštene vrijednosti. Njima se pridodaju i gubici u opskrbnoj mreži, što treba zbrojiti.

Pri projektiranju električnih mreža i sustava s niskim strujama često su potrebni proračuni gubitaka napona u kabelima i žicama. Ovi izračuni su potrebni kako bi se odabrao najoptimalniji kabel. Ako odaberete pogrešan vodič, sustav napajanja će vrlo brzo otkazati ili se uopće neće pokrenuti. Kako biste izbjegli moguće pogreške, preporuča se koristiti online kalkulator gubitka napona. Podaci dobiveni pomoću kalkulatora osigurat će stabilan i siguran rad vodova i mreža.

Uzroci gubitka energije tijekom prijenosa električne energije

Značajni gubici nastaju kao posljedica prekomjerne disperzije. Zbog prekomjerne topline, kabel se može jako zagrijati, posebno kod velikih opterećenja i netočnih proračuna gubitaka električne energije. Prekomjerna toplina oštećuje izolaciju, stvarajući stvarnu prijetnju zdravlju i životu ljudi.

Gubici električne energije često nastaju zbog predugih kabelskih vodova, s velikom snagom opterećenja. U slučaju duljeg korištenja, troškovi električne energije značajno rastu. Netočni izračuni mogu uzrokovati kvarove opreme, na primjer, sigurnosnih alarma. Gubitak napona u kabelu postaje važan kada je napajanje opreme niskog napona DC ili AC, nazivnog napona od 12 do 48 V.

Kako izračunati gubitak napona

Online kalkulator gubitka napona pomoći će vam da izbjegnete moguće probleme. Tablica izvornih podataka sadrži podatke o duljini kabela, njegovom presjeku i materijalu od kojeg je izrađen. Za izračune će biti potrebne informacije o snazi opterećenja, naponu i struji. Osim toga, uzimaju se u obzir faktor snage i temperaturne karakteristike kabela. Nakon pritiska na gumb pojavljuju se podaci o postotnim gubicima energije, pokazatelji otpora vodiča, jalove snage i napona koje doživljava trošilo.

Osnovna formula za izračun je sljedeća: ΔU=IhRL, u kojoj ΔU označava gubitak napona na obračunskom vodu, I je potrošena struja, određena prvenstveno parametrima potrošača. RL odražava otpor kabela, ovisno o njegovoj duljini i površini poprečnog presjeka. Potonja vrijednost igra odlučujuću ulogu u gubitku snage u žicama i kabelima.

Mogućnosti smanjenja gubitaka

Glavni način smanjenja gubitaka u kabelu je povećanje njegove površine poprečnog presjeka. Osim toga, možete smanjiti duljinu vodiča i smanjiti opterećenje. Međutim, posljednje dvije metode ne mogu se uvijek koristiti zbog tehničkih razloga. Stoga je u mnogim slučajevima jedina mogućnost smanjiti otpor kabela povećanjem poprečnog presjeka.

Značajan nedostatak velikog poprečnog presjeka smatra se primjetnim povećanjem troškova materijala. Razlika postaje vidljiva kada se kabelski sustavi protežu na velike udaljenosti. Stoga, u fazi projektiranja, morate odmah odabrati kabel s potrebnim poprečnim presjekom, za koji ćete morati izračunati gubitak snage pomoću kalkulatora. Ovaj program je od velike važnosti pri izradi projekata za elektroinstalacijske radove, jer ručni izračuni oduzimaju puno vremena, au načinu online kalkulatora izračun traje doslovno nekoliko sekundi.

Izračunavanje pada napona pri napajanju potrošača pomoću radijalnih krugova prilično je jednostavno. Jedan dio, jedan dio kabela, jedna duljina, jedna struja opterećenja. Zamjenjujemo ove podatke u formulu i dobivamo rezultat.

Kod napajanja potrošača preko glavnog strujnog kruga (petlje) teže je izračunati pad napona. Zapravo, morate izvršiti nekoliko proračuna pada napona za jednu liniju: trebate izvršiti proračun pada napona za svaki odjeljak. Dodatne poteškoće nastaju kada se promijeni potrošnja energije električnih prijemnika koji se napajaju iz glavnog kruga. Promjena snage jednog električnog prijemnika odražava se na cijeli lanac.

Koliko je uobičajeno u praksi opskrba strujom preko glavnih krugova i petlji? Mnogo je primjera koji se mogu navesti:

U grupnim mrežama to su rasvjetne mreže i mreže utičnica.
U stambenim zgradama, podne ploče se napajaju pomoću glavnih krugova.
U industrijskim i komercijalnim zgradama također se često koriste glavni krugovi napajanja i napajanje petlje panela.
Sabirnica je primjer napajanja potrošača preko glavnog strujnog kruga.
Napajanje za stupove vanjske cestovne rasvjete.

Razmotrimo izračun pada napona na primjeru vanjske rasvjete.

Pretpostavimo da trebate izračunati pad napona za četiri stupa vanjske rasvjete, sekvencijalno napajana iz ploče vanjske rasvjete ShchNO.

Duljina dionica od štita do stupa, između stupova: L1, L2, L3, L4.
Struja koja teče kroz dionice: I1, I2, I3, I4.
Pad napona u dionicama: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Struja koju troše svjetiljke na svakom polu, Ilamp.

Stupovi se napajaju petljom, odnosno:

I4=svjetlo
I3=I4+Ilamp
I2=I3+Ilamp
I1=I2+Ilamp

Struja koju troši žarulja je nepoznata, ali su poznata snaga žarulje i njen tip (bilo iz kataloga ili prema klauzuli 6.30 SP 31-110-2003).

Struja se određuje formulom:

Formula za izračunavanje ukupne fazne struje

I f - ukupna fazna struja
P - djelatna snaga
U f - fazni napon
cosφ - faktor snage
N f - broj faza (N f =1 za jednofazno opterećenje, N f =3 za jednofazno opterećenje)

Podsjećam vas da je linearni (fazni) napon √3 puta veći od faznog napona:

Pri proračunu pada napona u trofaznoj mreži uzima se pad linijskog napona, au jednofaznim mrežama uzima se u obzir pad napona u jednoj fazi.

Pad napona izračunava se pomoću formula:

I f - ukupna fazna struja koja teče kroz odjeljak
R - otpor presjeka
cosφ - faktor snage

Otpor presjeka izračunava se pomoću formule

ρ - otpornost vodiča (bakar, aluminij)
L - duljina presjeka
S - presjek vodiča
N je broj paralelnih vodiča u liniji

Katalozi obično daju specifične vrijednosti otpora za različite presjeke vodiča

Ako postoje podaci o otpornosti vodiča, formule za izračunavanje pada napona imaju oblik:

Formula za izračunavanje pada napona u trofaznom krugu

Zamjenom u formulu odgovarajućih vrijednosti struja, otpora, duljine, broja paralelnih vodiča i faktora snage, izračunavamo veličinu pada napona u sekciji.

Regulatorni dokumenti reguliraju vrijednost relativnog pada napona (kao postotak nominalne vrijednosti), koja se izračunava pomoću formule:

U je nazivni mrežni napon.

Formula za izračun relativnog pada napona ista je za trofaznu i jednofaznu mrežu. Pri proračunu u trofaznoj mreži potrebno je zamijeniti trofazni pad i nazivni napon, pri proračunu u jednofaznoj mreži - jednofazni:

Teorija je gotova, pogledajmo kako to implementirati pomoću DDECAD-a.

Uzmimo sljedeće početne podatke:

Snaga žarulje 250W, cosφ=0,85.
Razmak između stupova, od štita do prvog stupa je L1=L2=L3=L4=20m.
Stubovi se napajaju bakrenim kabelom 3×10.
Odvojak od strujnog kabla do svjetiljke se izvodi kablom 3×2,5 L=6m.

Za svaki stupac izrađujemo tablicu izračuna.

U svaku proračunsku tablicu upisujemo podatke za lampu:

Povezujemo tablicu izračuna, stupac 4, s tablicom izračuna, stupac 3, sa stupcem 2 - stupac 3, sa stupcem 1 - stupac 2, sa SCHO - stupac 1:

Zatim se iz tablice izračuna SCHO vrijednost pada napona koju je program izračunao na kraju prvog odjeljka (1. stupac) prenosi u zelenu ćeliju tablice izračuna 1. stupac:

Vrijednosti se trebaju prenijeti upućivanjem na ćeliju tablice izračuna ploče više razine. U slučaju stupca 1 i SCHO to se radi ovako:

U stupcu 1 tablice izračuna kursor je postavljen na zelenu ćeliju u stupcu “∆U”.
Pritisnite "=".
Prijeđite na tablicu za izračun SCHO.
Postavite kursor na ćeliju u stupcu "∆U ∑", koji se nalazi u retku Stupac 1.
Pritisni enter".

Dobivamo izračunati pad napona na kraju druge dionice (2. stupac) - 0,37% i izračunati pad napona na žarulji - 0,27%.

Isto radimo za sve ostale proračunske tablice i dobivamo izračunate vrijednosti pada napona u svim odjeljcima.
Budući da smo tablice povezali (programski povezujući jednu tablicu s drugom i ručno prenoseći vrijednosti pada napona), dobili smo povezani sustav. Ako napravite bilo kakve promjene, sve će biti u redu automatski preračunato.

Pitanje kvalitete prijenosa i prijema električne energije uvelike ovisi o stanju opreme koja je uključena u ovaj složeni tehnološki proces. Budući da energetska industrija prenosi ogromnu snagu na velike udaljenosti, postavljaju se povećani zahtjevi na karakteristike dalekovoda.

Štoviše, pozornost se stalno posvećuje smanjenju gubitaka napona ne samo na dugim visokonaponskim mrežama, već iu sekundarnim krugovima, na primjer, naponskim mjernim transformatorima, kao što je prikazano na fotografiji.

Kabeli sekundarnih strujnih krugova VT iz svake faze skupljaju se na jedno mjesto - ormar za montažu stezaljki. Iz ovog rasklopnog uređaja, koji se nalazi na srednjem stupu za montažu opreme, naponski krugovi se napajaju zasebnim kabelom do priključnog bloka ploče koja se nalazi u prostoriji s relejima.

Primarna energetska oprema nalazi se na značajnoj udaljenosti od zaštita i mjernih uređaja montiranih na panelima. Duljina takvog kabela doseže 300÷400 metara. Takve udaljenosti dovode do primjetnih gubitaka napona u unutarnjem krugu, što može ozbiljno podcijeniti mjeriteljske karakteristike mjernih instrumenata i sustava u cjelini.

Iz tog razloga, kvaliteta pretvorbe primarne vrijednosti napona, na primjer, 330 kV u sekundarnu vrijednost od 100 volti s potrebnom klasom točnosti od 0,2 ili 0,5, ne može pasti unutar dopuštenih granica potrebnih za pouzdan rad mjerenja sustavi i zaštite.

Kako bi se uklonile takve pogreške u fazi rada, svi mjerni kabeli podliježu proračunima gubitaka napona čak i tijekom projektiranja kruga električne opreme.

Kako nastaju gubici napona

Kabel se sastoji od vodljivih jezgri, od kojih je svaka okružena slojem dielektrika. Cijela struktura je smještena u zatvoreno dielektrično kućište.

Metalni vodiči postavljeni su prilično blizu jedan drugome, čvrsto pritisnuti zaštitnim omotačem. Kad je red dug, počinju raditi. Njegovim djelovanjem nastaje kapacitet koji je sastavni dio jalove.

Kao rezultat transformacija na namotima transformatora, reaktora i drugih elemenata s induktivitetom, snaga električne energije postaje induktivne prirode. Otpornost metalnih jezgri čini aktivnu komponentu ukupnog ili kompleksnog otpora Zp svake faze.

Za rad pod naponom, kabel je spojen na opterećenje s ukupnim kompleksnim otporom Zn u svakoj jezgri.

Tijekom rada kabela u trofaznom krugu pod uvjetima nazivnog opterećenja, struje u fazama L1÷L3 su simetrične, a struja neuravnoteženosti vrlo blizu nule teče u neutralnoj žici N.

Složeni otpor vodiča kada kroz njih teče struja uzrokuje pad i gubitak napona u kabelu, smanjuje njegovu ulaznu vrijednost, a zbog jalove komponente dolazi i do otklona uzduž kuta. Sve je to shematski prikazano u vektorskom dijagramu.

Na izlazu kabela postoji napon U2, koji je od vektora struje otklonjen za kut φ i smanjen za iznos pada I∙z od ulazne vrijednosti U1. Drugim riječima, vektor pada napona u kabelu nastaje prolaskom struje kroz kompleksni otpor vodiča i jednak je vrijednosti geometrijske razlike između ulaznog i izlaznog vektora.

Radi jasnoće, prikazan je u uvećanom mjerilu i označen je segmentom ac ili hipotenuzom pravokutnog trokuta ask. Njegovi krakovi ak i kc označavaju pad napona na aktivnoj i reaktivnoj komponenti otpora kabela.

Nastavimo mentalno smjer vektora U2 sve dok se ne presječe s linijom kružnice koju tvori vektor U1 iz središta u točki O. Sada imamo vektor ab, s kutom koji ponavlja smjer U2 i duljinom jednakom na aritmetičku razliku između vrijednosti U1-U2. Ova skalarna veličina naziva se gubitak napona.

Izračunava se prilikom izrade projekta i mjeri tijekom rada kabela kako bi se pratila sigurnost njegovih tehničkih karakteristika.

Za provođenje eksperimenta potrebno je voltmetrom izvršiti dva mjerenja na različitim krajevima: ulaz i opterećenje. Budući da će razlika između njih biti mala, potrebno je koristiti uređaj visoke preciznosti, po mogućnosti klase 0,2.

Duljina kabela može biti duga, što će zahtijevati dosta vremena za prelazak s jednog mjesta na drugo. Tijekom tog razdoblja napon u mreži može se promijeniti iz različitih razloga, što će iskriviti konačni rezultat. Stoga se takva mjerenja obično provode istodobno s obje strane, uključujući pomoćnika s komunikacijskom opremom i drugim visokopreciznim mjernim uređajem.

Budući da voltmetri mjere efektivnu vrijednost napona, razlika u njihovim očitanjima će pokazati količinu gubitaka formiranih aritmetičkim oduzimanjem vektorskih modula na ulazu i izlazu kabela.

Kao primjer, razmotrite krugove naponskih mjernih transformatora prikazanih na gornjim fotografijama. Pretpostavimo da je linearna vrijednost na ulazu kabela izmjerena točno na desetine i jednaka je 100,0 volti, a na izlaznim stezaljkama spojenim na opterećenje iznosi 99,5 volti. To znači da su gubici napona definirani kao 100,0-99,5 = 0,5 V. Preračunati u postotke iznosili su 0,5%.

Princip proračuna gubitka napona

Vratimo se vektorskom dijagramu vektora pada i gubitka napona. Kada je poznata izvedba kabela, njegov se aktivni otpor izračunava iz otpora, debljine i duljine metala jezgre kroz koju prolazi struja.

Specifična reaktancija i duljina omogućuju određivanje ukupne reaktancije kabela. Često je za izračune dovoljno uzeti referentnu knjigu s tablicama i izračunati obje vrste otpora (aktivni i reaktivni).

Poznavajući dvije noge pravokutnog trokuta, izračunava se hipotenuza - vrijednost kompleksnog otpora.

Kabel je stvoren za prijenos struje nazivne vrijednosti. Množenjem njegove numeričke vrijednosti s kompleksnim otporom, saznajemo veličinu pada napona - izmjenična strana. Obje strane se izračunavaju na sličan način: ak (I∙R) i ks (I∙X).

Zatim se izvode jednostavni trigonometrijski proračuni. U trokutu ake krak ae određuje se množenjem I∙R s cos φ, au Δ skf - duljina stranice cf (I∙X pomnoženo s sin φ). Imajte na umu da je segment cf jednak duljini segmenta ed, koji je suprotna stranica pravokutnika.

Zbrojite dobivene duljine ae i ed. Nađimo duljinu segmenta ad, koja je nešto manja od ab ili gubitka napona. Zbog male vrijednosti bd, tu je vrijednost lakše zanemariti nego pokušati uzeti u obzir u izračunima, što se gotovo uvijek čini.

Ovaj jednostavan algoritam je osnova za izračun dvožilnog kabela kada se napaja izmjeničnom sinusoidnom strujom. Tehnika također funkcionira uz manje prilagodbe za istosmjerne krugove.

U trofaznim vodovima koji rade preko trožilnih ili četverožilnih kabela, koristi se slična tehnika izračuna za svaku fazu. Zbog toga postaje mnogo kompliciranije.

Kako se proračuni izvode u praksi

Vremena kada su se takvi izračuni radili ručno pomoću formula davno su prošla. Dizajnerske organizacije već dugo koriste posebne tablice, grafikone i dijagrame sastavljene u tehničkim priručnikima. Oni eliminiraju mukotrpno izvođenje brojnih matematičkih operacija i povezanih pogrešaka operatera.

Kao primjer možemo navesti metode navedene u javno dostupnim referentnim knjigama:

Fedorov o opskrbi električnom energijom za 1986.;

o projektnim radovima za napajanje vodova i elektroenergetskih mreža, ur. Bolshman, Krupovič i Samover.

S masovnim uvođenjem računala u naše živote, počeli su se razvijati programi za izračunavanje gubitaka napona, koji su uvelike olakšali ovaj proces. Oni su stvoreni kako za izvođenje složenih proračuna mreža napajanja od strane projektantskih organizacija, tako i za približne preliminarne rezultate korištenja zasebnog kabela.

U tu svrhu vlasnici elektrotehničkih stranica na svojim resursima objavljuju razne kalkulatore koji vam omogućuju brzu procjenu mogućnosti kabela različitih marki. Da biste ih pronašli, samo unesite odgovarajući upit u Google pretraživanje i odaberite jednu od usluga.

Kao primjer, razmotrite rad kalkulatora ove vrste.

Isprobajmo ga i unesite početne podatke u odgovarajuća polja:

naizmjenična struja;

aluminij;

duljina linije - 400 m;

poprečni presjek kabela - 16 mm sq (najvjerojatnije ovo nije kabel, već jedna jezgra);

izračun snage - 100 W;

broj faza - 3;

mrežni napon - 100 volti;

faktor snage -0,92;

temperatura - 20 stupnjeva.

Pritisnite gumb “Izračun gubitaka napona u kabelu” i pogledajte rezultat usluge.

Rezultat je bio prilično uvjerljiv: 0,714 volta ili 0,714%.

Pokušajmo još jednom provjeriti na drugom mjestu. Da biste to učinili, idite na konkurentsku uslugu i unesite iste vrijednosti.

Kao rezultat toga, dobivamo brzi izračun.

Sada možete usporediti rezultate različitih usluga. 0,714-0,693373=0,021 volta.

Točnost izračuna u oba slučaja sasvim je prihvatljiva ne samo za brzu analizu karakteristika kabela, već i za druge svrhe.

Metoda usporedbe rada dvaju online servisa pokazala je njihovu izvedbu i nepostojanje pogrešaka u unosu podataka koje bi osoba mogla napraviti zbog nepažnje.

Međutim, izvršivši takav izračun, prerano je smiriti se. Potrebno je donijeti zaključak o prikladnosti odabranog kabela za rad u određenim radnim uvjetima. U tu svrhu postoje tehnički zahtjevi za dopuštena odstupanja napona od norme.

Regulatorni dokumenti o odstupanju napona od nazivne vrijednosti

Ovisno o vašoj nacionalnosti, upotrijebite jedno od sljedećeg.

TKP 45—4.04—149—2009 (RB)

Dokument vrijedi na području Republike Bjelorusije. Prilikom primanja rezultata obratite pozornost na stavak 9.23.

SP 31—110-2003 (RF)

Sadašnji standardi namijenjeni su za uporabu u objektima za opskrbu električnom energijom Ruske Federacije. Razmotrite stavak 7.23.

1. siječnja 1999. zamijenio međudržavni standard, GOST 13109 iz 1987. Analizirati prema stavku 5.3.2.

Načini smanjenja gubitaka u kabelu

Kada se izvrši izračun gubitaka napona u kabelu i rezultat se usporedi sa zahtjevima regulatornih dokumenata, može se zaključiti o prikladnosti kabela za rad.

Ako rezultat pokaže da su pogreške precijenjene, tada je potrebno odabrati drugi kabel ili razjasniti uvjete njegovog rada. U praksi se često javlja tipičan slučaj kada se mjerenjem kabela koji je već u pogonu utvrdi da gubitak napona u njemu prelazi dopuštene standarde. Zbog toga se smanjuje kvaliteta napajanja objekata.

U takvoj situaciji potrebno je poduzeti dodatne tehničke mjere za smanjenje materijalnih troškova potrebnih za potpunu zamjenu kabela zbog:

1. ograničavanje opterećenja koje teče;

2. povećanje površine poprečnog presjeka vodiča koji nose struju;

3. smanjenje radne duljine kabela;

4. smanjenje radne temperature.

Utjecaj snage koja se prenosi kabelom na gubitke napona

Protjecanje struje kroz vodič uvijek je popraćeno oslobađanjem topline u njemu, a zagrijavanje utječe na njegovu vodljivost. Kada se povećana snaga prenosi kroz kabel, to stvara višu temperaturu i povećava gubitak napona.

Da bi ih smanjili, ponekad je sasvim dovoljno jednostavno isključiti neki od potrošača koji dobivaju struju putem kabela i ponovno ih uključiti putem drugog, premosnog kruga.

Ova metoda je prikladna za razgranate krugove s velikim brojem potrošača i rezervnih vodova za njihovo povezivanje.

Povećanje površine poprečnog presjeka kabelske jezgre

Ova metoda se često koristi za smanjenje gubitaka u krugovima naponskih mjernih transformatora. Ako spojite drugi kabel na radni kabel i spojite njihove žice paralelno, struje će se podijeliti i smanjiti opterećenje u svakoj žici. Također se smanjuju gubici napona, a točnost mjernog sustava se vraća.

Pri korištenju ove metode važno je ne zaboraviti izvršiti izmjene u izvedenoj dokumentaciji, a posebno u instalacijskim dijagramima, koje servisno i operativno osoblje koristi za periodično održavanje. To će spriječiti radnike da pogriješe.

Smanjenje radne duljine kabela

Metoda nije tipična, ali u nekim slučajevima može se koristiti. Činjenica je da se raspored kabelskih trasa u mnogim razvijenim energetskim poduzećima stalno razvija i poboljšava u odnosu na opremu koja se isporučuje.

Zbog toga je moguće relej kabela uz smanjenje njegove duljine, što će u konačnici smanjiti gubitke napona.

Utjecaj temperature okoline

Rad kabela u prostorijama s povećanim zagrijavanjem dovodi do kršenja toplinske ravnoteže i povećanja pogrešaka u njegovim tehničkim karakteristikama. Polaganje duž drugih vodova ili korištenje sloja toplinske izolacije može smanjiti gubitke napona.

U pravilu je moguće učinkovito poboljšati karakteristike kabela na jedan ili više načina kada se koriste u kombinaciji. Stoga, kada se pojavi takva potreba, važno je izračunati sve moguće načine rješavanja problema i odabrati najprikladniju opciju za lokalne uvjete.

Treba uzeti u obzir da kompetentno upravljanje elektroenergetskim postrojenjima zahtijeva stalnu analizu pogonske situacije, predviđanje mogućih razvoja događaja i sposobnost proračuna različitih situacija. Ove osobine razlikuju dobrog električara od opće mase običnih radnika.

Proračun gubitaka napona za DC mreže 12, 24, 36V.
Proračun gubitka napona bez uzimanja u obzir induktivne reaktancije 220/380V.
Proračun gubitka napona uzimajući u obzir induktivnu reaktanciju 380V.

Pri projektiranju mreža često je potrebno izračunati gubitak napona u kabelu. Sada želim govoriti o osnovnim proračunima gubitka napona u istosmjernim i izmjeničnim mrežama, u jednofaznim i trofaznim mrežama.

Okrenimo se regulatornim dokumentima i vidimo koje su dopuštene vrijednosti odstupanja napona.

TKP 45-4.04-149-2009 (RB).

9.23 Odstupanja napona od nazivnog napona na stezaljkama električnih prijemnika i najudaljenijih električnih rasvjetnih svjetiljki ne smiju prelaziti ± 5% u normalnom načinu rada,
iu post-nužnom načinu rada pri najvećim proračunskim opterećenjima - ±10%. U naponskim mrežama
12–42 V (računajući od izvora napona, na primjer silaznog transformatora), dopuštena su odstupanja napona do 10%.

Dopušteno je odstupanje napona za elektromotore u načinima pokretanja, ali ne više od 15%.U tom slučaju mora se osigurati stabilan rad opreme za pokretanje i pokretanje motora.

U normalnom načinu rada, pri opterećenju energetskih transformatora u transformatorske podstanice koje ne prelaze 70% njihove nazivne snage, dopušteni (raspoloživi) ukupni gubici napona
od sabirnica transformatorskih podstanica 0,4 kV do najudaljenije svjetiljke opće rasvjete u stambenim i javnim zgradama, uzimajući u obzir gubitke u praznom hodu transformatora i gubitke napona u njima, svedene na sekundarni napon, u pravilu ne bi trebao biti veći od 7,5% . Istodobno, gubici napona u električnim instalacijama unutar zgrada ne smiju prelaziti 4% nazivnog napona, za scensku rasvjetu - 5%.

SP 31-110-2003 (RF).
7.23 Odstupanja napona od nazivnog napona na stezaljkama električnih prijemnika i najudaljenijih električnih rasvjetnih svjetiljki ne smiju prelaziti ± 5% u normalnom načinu rada, a maksimalno dopušteno u post-hitnom načinu rada pri najvećim proračunskim opterećenjima je ± 10% . U mrežama s naponom od 12-50 V (računajući od izvora napajanja, na primjer silaznog transformatora), dopuštena su odstupanja napona do 10%.

Za niz električnih prijemnika (upravljački uređaji, elektromotori) dopušteno je smanjenje napona u načinima pokretanja unutar granica vrijednosti propisanih za te električne prijemnike, ali ne više od 15%.

Uzimajući u obzir regulirana odstupanja od nazivne vrijednosti, ukupni gubici napona od sabirnica 0,4 kV trafostanice do najudaljenije svjetiljke opće rasvjete u stambenim i javnim zgradama u pravilu ne bi smjeli prelaziti 7,5%.

Raspon promjena napona na stezaljkama električnih prijemnika prilikom pokretanja elektromotora ne smije prelaziti vrijednosti utvrđene GOST 13109.

GOST 13109.

5.3.2 Najveća dopuštena vrijednost zbroja stacionarnog odstupanja napona dUy i raspona promjena napona na mjestima priključka na električne mreže napona 0,38 kV jednaka je 10% nazivnog napona.

Gubici napona ovise o materijalu kabela (bakar, aluminij), presjeku, duljini voda, snazi (struji) i naponu.

Za izračun gubitka napona napravio sam 3 programa u Excelu prema knjizi F.F. Karpov "Kako odabrati presjek žica i kabela."

1 Za istosmjerne mreže, induktivna reaktancija se ne uzima u obzir. Gubitak napona može se izračunati pomoću sljedećih formula (za dvožilni vod):

Pomoću ovih formula izračunavam gubitak napona elektromotora za otvaranje prozora (24V), kao i rasvjetne mreže (220V).

2 Za trofazne mreže, gdje je kosinus 1, induktivna reaktancija se također ne uzima u obzir. Ova metoda se također može koristiti za rasvjetne mreže jer... njihov cos je blizu 1, pogreška koju dobivamo nije značajna. Formula za izračunavanje gubitka napona (380V):