Pierderea de tensiune în fire depinde de. Calculul căderii de tensiune într-un cablu

Firele și cablurile sunt concepute pentru a transmite energie electrică către consumatori. În acest caz, tensiunea dintr-un conductor extins scade proporțional cu rezistența sa și cu magnitudinea curentului care trece. Ca urmare, tensiunea furnizată consumatorului este puțin mai mică decât era la sursă (la începutul liniei). Pe toată lungimea firului, potențialul se va modifica din cauza pierderilor din acesta.

Pierderi de tensiune în iluminatul casei

Secțiunea transversală a cablului este selectată pentru a asigura funcționarea acestuia la un curent maxim dat. În acest caz, ar trebui să se țină cont de lungimea sa, de care depinde un alt parametru important - căderea de tensiune.

Liniile electrice sunt selectate în funcție de valoarea normalizată a densității economice de curent și se calculează căderea de tensiune. Abaterea sa de la original nu trebuie să depășească valorile specificate.

Cantitatea de curent care trece prin conductor depinde de sarcina conectată. Pe măsură ce crește, și pierderile de încălzire cresc.

Figura de mai sus prezintă un circuit pentru alimentarea cu tensiune a iluminatului, unde pierderile de tensiune sunt indicate la fiecare secțiune. Sarcina cea mai îndepărtată este cea mai importantă și cea mai mare parte a pierderii de tensiune are loc pentru aceasta.

Pierdere de tensiune

Calculul pierderii de tensiune ∆Upe o secțiune de lungime a lanțuluiLfaceti dupa formula:

∆U = (P∙r 0 +Q∙x 0)∙L/ U nom, unde

P și Q – putere, W și var (activ și reactiv);
r 0 și x 0 – rezistența activă și reactivă a liniei, Ohm/m;
U nom – tensiune nominală, V.
U nom este indicat în caracteristicile aparatelor electrice.

Conform PUE, abaterile de tensiune admisibile de la normă sunt următoarele:

circuite de putere – nu mai mare de ±5%;
scheme de iluminat pentru spații rezidențiale și clădiri exterioare – până la ±5%;
iluminatul întreprinderilor și clădirilor publice – de la +5% la -2,5%.

Pierderea totală de tensiune de la stațiile de transformare la cea mai îndepărtată sarcină din clădirile publice și rezidențiale nu trebuie să depășească 9%. Dintre acestea, 5% se referă la secțiunea până la intrarea principală și 4% de la intrarea către consumator. În conformitate cu GOST 29322-2014, tensiunea nominală în rețelele trifazate este de 400 V. În acest caz, o abatere de la aceasta de ±10% este permisă în condiții normale de funcționare.

Este necesar să se asigure o sarcină uniformă în liniile trifazate la 0,4 kV. Este important aici ca fiecare fază să fie încărcată uniform. Pentru a face acest lucru, motoarele electrice sunt conectate la fire liniare, iar iluminatul este conectat între faze și neutru, egalând astfel sarcinile între faze.

Valorile de curent sau de putere sunt utilizate ca date inițiale. Pentru linii lungi, reactanța inductivă este luată în considerare atunci când se calculează ∆U în linie.

Rezistența x 0 fire sunt luate în intervalul de la 0,32 la 0,44 Ohm/km.

Calculul pierderilor în conductori se realizează folosind formula dată anterior, unde este convenabil să se împartă partea dreaptă în componente active și reactive:

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

Conexiune de încărcare

Sarcina este conectată în moduri diferite. Cele mai frecvente sunt următoarele:

conectarea sarcinii la capătul liniei (fig. a de mai jos);
repartizarea uniformă a sarcinilor de-a lungul lungimii liniei (fig. b);
linia L1, la care este conectată o altă linie L2 cu sarcini uniform distribuite (Fig. c).

Diagrama care arată cum se conectează sarcinile de la tabloul electric

Calculul liniilor electrice pentru pierderea de tensiune

Selectarea valorii medii a reactanței pentru conductorii din aluminiu sau oțel-aluminiu, de exemplu, 0,35 Ohm/km.
Calculul sarcinilor P, Q.
Calculul pierderii reactive:

∆U p = Q∙x 0 ∙L/U nom.

Determinarea pierderii active admisibile din diferența dintre pierderea de tensiune, care este specificată, și cea reactivă calculată:

∆U a = ∆U – ∆U p .

Secțiunea transversală a firului se găsește din relația:

s = P∙L∙r 0 /(∆U a ∙U nom).

Se selectează cea mai apropiată valoare a secțiunii transversale din seria standard și se determină rezistența activă și reactivă pe 1 km de linie din tabel.

Figura prezintă o serie de secțiuni transversale ale miezurilor de cabluri de diferite dimensiuni.

Miezuri de cablu de diferite secțiuni

Pe baza valorilor obținute, valoarea ajustată a căderii de tensiune este calculată folosind formula dată mai devreme. Dacă depășește valoarea permisă, ar trebui să luați un fir mai mare din același rând și să faceți un nou calcul.

Exemplul 1. Calcul cablu sub sarcini active.

Pentru a calcula cablul, în primul rând, ar trebui să determinați sarcina totală a tuturor consumatorilor. P = 3,8 kW poate fi luată ca valoare inițială. Puterea curentului este determinată de formula binecunoscută:

Dacă toate sarcinile sunt active, cosφ=1.

Prin înlocuirea valorilor în formulă, puteți găsi curentul, care va fi egal cu: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 A.

Conform tabelelor, se găsește secțiunea transversală în cablu, pentru conductorii de cupru este de 1,5 mm 2.

Acum puteți găsi rezistența unui cablu de 20 m lungime: R=2∙r 0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ohm∙mm 2)∙20 (m)/1,5 (mm 2)=0,464 Ohm.

Formula de calcul a rezistenței pentru un cablu cu două fire ia în considerare lungimea ambelor fire.

După ce ați determinat valoarea rezistenței cablului, puteți găsi cu ușurință pierderea de tensiune: ∆U=I∙R/U∙100% =17,3 A∙0,464 Ohm/220 V∙100%=3,65%.

Dacă tensiunea nominală la intrare este de 220 V, atunci abaterile admise la sarcină sunt de 5%, iar rezultatul obținut nu o depășește. Dacă toleranța ar fi fost depășită, ar fi fost necesar să se ia un fir mai mare din gama standard, cu o secțiune transversală de 2,5 mm 2.

Exemplul 2. Calculul căderii de tensiune atunci când motorul electric este alimentat cu energie.

Motorul electric consumă curent sub următorii parametri:

I nom = 100 A;
cos φ = 0,8 în regim normal;
I pornire = 500 A;
cos φ = 0,35 la pornire;
Căderea de tensiune pe un tablou electric care distribuie un curent de 1000 A este de 10 V.

În fig. iar mai jos este o schema a sursei de alimentare a motorului electric.

Circuite de alimentare pentru motorul electric (a) și iluminat (b)

Pentru a evita calculele, se folosesc tabele care sunt suficient de precise pentru utilizare practică cu ∆U deja calculată între faze într-un cablu de 1 km lungime la o valoare curentă de 1 A. Tabelul de mai jos ia în considerare valorile secțiunii transversale ale miezuri, materiale conductoare și tip de circuit.

Tabel pentru determinarea pierderii de tensiune într-un cablu

Secțiunea în mm 2		Circuit monofazat			Circuit trifazat echilibrat
		Puterea motorului		Iluminat	Puterea motorului		Iluminat
		Un sclav obișnuit. modul	Lansa		Un sclav obișnuit. modul	Lansa
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

Căderea de tensiune în timpul funcționării normale a motorului electric va fi:

∆U% = 100∆U/U nom.

Pentru o secțiune transversală de 35 mm, 2 ∆U pentru un curent de 1 A va fi de 1 V/km. Apoi, cu un curent de 100 A și o lungime a cablului de 0,05 km, pierderile vor fi egale cu ∆U = 1 V/A km∙100 A∙ 0,05 km = 5 V. La adăugarea acestora la căderea de tensiune de pe panou de 10 V, pierderile totale ∆ U total = 10 V + 5 V = 15 V. Ca urmare, pierderile procentuale vor fi:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75%.

Această valoare este semnificativ mai mică decât pierderile permise (8%) și este considerată acceptabilă.

Când motorul electric pornește, curentul său crește la 500 A. Acesta este cu 400 V mai mult decât curentul nominal. Sarcina de pe tabloul de distribuție va crește cu aceeași cantitate. Va fi 1400 A. Căderea de tensiune pe ea va crește proporțional:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 V.

Conform tabelului, căderea de tensiune în cablu va fi: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 V. În total, pierderile de pornire a motorului vor fi ∆U total = 13+14 = 27 V. Atunci ar trebui să determinați cât va fi aceasta ca relație procentuală: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Rezultatul este în limite acceptabile, deoarece nu depășește limita de 8%.

Protecția motorului electric trebuie selectată astfel încât tensiunea de răspuns să fie mai mare decât la pornire.

Exemplul 3. Calculul ∆U în circuitele de iluminat.

Trei circuite de iluminat monofazate sunt conectate în paralel la o linie de alimentare trifazată cu patru fire constând din conductori de 70 mm 2, lungime 50 m, care transportă un curent de 150 A. Iluminatul este doar o parte din sarcina liniei (Fig. b. de mai sus).

Fiecare circuit de iluminat este realizat din fir de cupru de 20 m lungime, cu o secțiune transversală de 2,5 mm 2 și poartă un curent de 20 A. Toate cele trei sarcini sunt conectate la aceeași fază. În acest caz, linia de alimentare este echilibrată de sarcină.

Este necesar să se determine căderea de tensiune în fiecare dintre circuitele de iluminat.

Căderea de tensiune într-o linie trifazată este determinată de sarcina efectivă specificată în condițiile exemplu: ∆U linie de fază = 0,55∙150∙0,05 = 4,125 V. Aceasta este pierderea între faze. Pentru a rezolva problema, trebuie să găsiți pierderile dintre fază și neutru: ∆U linia fn = 4,125/√3 = 2,4 V.

Căderea de tensiune pentru un circuit monofazat este ∆U total = 18∙20∙0,02=7,2 V. Dacă adunați pierderile în linia de alimentare și circuit, atunci în total vor fi ∆U total = 2,4+7,2 = 9,6 V. Ca procent, va fi 9,6/230∙100 = 4,2%. Rezultatul este satisfăcător deoarece este mai mic decât valoarea admisă de 6%.

Verificarea tensiunii. Video

Cum să verificați căderea de tensiune pe diferite tipuri de cabluri poate fi găsit în videoclipul de mai jos.

La conectarea aparatelor electrice, este important să se calculeze și să se selecteze corect cablurile și firele de alimentare, astfel încât pierderile de tensiune din acestea să nu depășească valorile admise. La acestea se adaugă și pierderile din rețeaua de alimentare, care trebuie rezumate.

La proiectarea rețelelor și sistemelor electrice cu curenți scăzuti, sunt adesea necesare calcule ale pierderilor de tensiune în cabluri și fire. Aceste calcule sunt necesare pentru a selecta cel mai optim cablu. Dacă alegeți conductorul greșit, sistemul de alimentare va eșua foarte repede sau nu va porni deloc. Pentru a evita eventualele erori, se recomandă utilizarea unui calculator de pierderi de tensiune online. Datele obținute cu ajutorul calculatorului vor asigura funcționarea stabilă și sigură a liniilor și rețelelor.

Cauzele pierderii de energie în timpul transportului de energie electrică

Pierderi semnificative apar ca urmare a dispersiei excesive. Din cauza excesului de căldură, cablul poate deveni foarte fierbinte, mai ales sub sarcini mari și calcule incorecte ale pierderilor de energie electrică. Căldura excesivă provoacă deteriorarea izolației, creând o amenințare reală pentru sănătatea și viața oamenilor.

Pierderile de energie electrică apar adesea din cauza liniilor de cablu prea lungi, cu o putere mare de sarcină. În cazul utilizării prelungite, costurile cu energia electrică cresc semnificativ. Calculele incorecte pot cauza defecțiuni ale echipamentului, de exemplu, alarme de securitate. Pierderea de tensiune în cablu devine importantă atunci când sursa de alimentare a echipamentului este de joasă tensiune DC sau AC, de la 12 la 48V.

Cum se calculează pierderea de tensiune

Un calculator online de pierdere de tensiune vă va ajuta să evitați posibile probleme. Tabelul de date sursă conține date despre lungimea cablului, secțiunea transversală a acestuia și materialul din care este fabricat. Pentru calcule, vor fi necesare informații despre puterea de sarcină, tensiune și curent. În plus, sunt luate în considerare factorul de putere și caracteristicile de temperatură ale cablului. După apăsarea butonului, apar date privind pierderile de energie în procente, indicatorii rezistenței conductorului, puterea reactivă și tensiunea experimentată de sarcină.

Formula de calcul de bază este următoarea: ΔU=IхRL, în care ΔU înseamnă pierderea de tensiune pe linia de decontare, I este curentul consumat, determinat în primul rând de parametrii consumatorului. RL reflectă rezistența cablului, în funcție de lungimea și aria secțiunii transversale a acestuia. Aceasta din urmă valoare joacă un rol decisiv în pierderea puterii în fire și cabluri.

Oportunități de reducere a pierderilor

Principala modalitate de a reduce pierderile într-un cablu este de a crește aria secțiunii transversale a acestuia. În plus, puteți reduce lungimea conductorului și puteți reduce sarcina. Cu toate acestea, ultimele două metode nu pot fi folosite întotdeauna din motive tehnice. Prin urmare, în multe cazuri, singura opțiune este reducerea rezistenței cablului prin creșterea secțiunii transversale.

Un dezavantaj semnificativ al unei secțiuni transversale mari este considerat a fi o creștere vizibilă a costurilor materialelor. Diferența devine vizibilă atunci când sistemele de cabluri se întind pe distanțe mari. Prin urmare, în etapa de proiectare, trebuie să selectați imediat un cablu cu secțiunea transversală necesară, pentru care va trebui să calculați pierderea de putere folosind un calculator. Acest program este de mare importanță atunci când se elaborează proiecte pentru lucrări de instalații electrice, deoarece calculele manuale necesită mult timp, iar în modul calculator online, calculul durează literalmente câteva secunde.

Calcularea căderii de tensiune la alimentarea consumatorilor folosind circuite radiale este destul de simplă. O secțiune, o secțiune de cablu, o lungime, un curent de sarcină. Inlocuim aceste date in formula si obtinem rezultatul.

La alimentarea consumatorilor prin circuitele principale (bucla), este mai dificil să se calculeze căderea de tensiune. De fapt, trebuie să efectuați mai multe calcule de cădere de tensiune pentru o linie: trebuie să efectuați un calcul de cădere de tensiune pentru fiecare secțiune. Dificultăți suplimentare apar atunci când se modifică consumul de energie al receptoarelor electrice alimentate de circuitul principal. O modificare a puterii unui receptor electric se reflectă în întregul lanț.

Cât de obișnuit este în practică furnizarea de energie prin circuite și bucle principale? Sunt multe exemple care pot fi date:

În rețelele de grup, acestea sunt rețele de iluminat și rețele de prize.
În clădirile rezidențiale, panourile de podea sunt alimentate folosind circuitele principale.
În clădirile industriale și comerciale, circuitele principale de alimentare și sursa de alimentare cu buclă de panou sunt, de asemenea, adesea utilizate.
Bara este un exemplu de alimentare a consumatorilor printr-un circuit trunchi.
Alimentare pentru stalpi de iluminat rutier exterior.

Să luăm în considerare calcularea căderii de tensiune folosind exemplul de iluminat exterior.

Să presupunem că trebuie să calculați căderea de tensiune pentru patru stâlpi de iluminat exterior, alimentați secvențial de la panoul de iluminat exterior ShchNO.

Lungimea secțiunilor de la scut până la stâlp, între stâlpi: L1, L2, L3, L4.
Curent care curge prin secțiuni: I1, I2, I3, I4.
Căderea de tensiune în secțiuni: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Curentul consumat de lămpile de pe fiecare stâlp, Ilamp.

Stâlpii sunt alimentați de o buclă, respectiv:

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

Curentul consumat de lampă este necunoscut, dar se cunosc puterea lămpii și tipul acesteia (fie din catalog, fie conform clauzei 6.30 din SP 31-110-2003).

Curentul este determinat de formula:

Formula pentru calcularea curentului total de fază

I f - curent total de fază
P - putere activă
U f - tensiunea de fază
cosφ - factor de putere
N f - numărul de faze (N f =1 pentru sarcina monofazată, N f =3 pentru sarcina monofazată)

Permiteți-mi să vă reamintesc că tensiunea liniară (fază la fază) este de √3 ori mai mare decât tensiunea de fază:

Când se calculează căderea de tensiune într-o rețea trifazată, se presupune căderea de tensiune de linie; în rețelele monofazate, se ia în considerare o cădere de tensiune monofazată.

Căderea de tensiune se calculează folosind formulele:

I f - curent total de fază care curge prin secțiune
R - rezistența secțiunii
cosφ - factor de putere

Rezistența secțiunii este calculată folosind formula

ρ - rezistivitatea conductorului (cupru, aluminiu)
L - lungimea secțiunii
S - secțiunea conductorului
N este numărul de conductori paraleli din linie

De obicei, cataloagele oferă valori specifice de rezistență pentru diferite secțiuni transversale ale conductorului

Dacă există informații despre rezistivitatea conductorilor, formulele pentru calcularea căderii de tensiune iau forma:

Formula pentru calcularea căderii de tensiune într-un circuit trifazat

Înlocuind în formulă valorile corespunzătoare ale curenților, rezistivităților, lungimii, numărului de conductori paraleli și factorului de putere, calculăm mărimea căderii de tensiune în secțiune.

Documentele de reglementare reglementează valoarea căderii relative de tensiune (ca procent din valoarea nominală), care se calculează folosind formula:

U este tensiunea nominală a rețelei.

Formula de calcul a căderii relative de tensiune este aceeași pentru o rețea trifazată și monofazată. Când calculați într-o rețea trifazată, trebuie să înlocuiți căderea trifazată și tensiunea nominală, atunci când calculați într-o rețea monofazată - monofazată:

Teoria s-a terminat, să vedem cum să implementăm acest lucru folosind DDECAD.

Să luăm următoarele date inițiale:

Putere lampa 250W, cosφ=0,85.
Distanța dintre stâlpi, de la scut până la primul stâlp este L1=L2=L3=L4=20m.
Stâlpii sunt alimentați cu cablu de cupru 3×10.
Ramura de la cablul de alimentare la lampă se realizează cu un cablu de 3×2,5, L=6m.

Pentru fiecare coloană din creăm un tabel de calcul.

Completem datele pentru lampă în fiecare tabel de calcul:

Conectam tabelul de calcul Coloana 4 la tabelul de calcul Coloana 3, la Coloana 2 - Coloana 3, la Coloana 1 - Coloana 2, la SCHO - Coloana 1:

În continuare, din tabelul de calcul SCHO, valoarea căderii de tensiune calculată de program la sfârșitul primei secțiuni (Coloana 1) este transferată în celula verde a tabelului de calcul Coloana 1:

Valorile ar trebui transferate făcând o referire la celula din tabelul de calcul al panoului de nivel superior. În cazul coloanei 1 și SCHO, acest lucru se face astfel:

În tabelul de calcul Coloana 1, cursorul este plasat pe celula verde din coloana „∆U”.
Faceți clic pe „=".
Treceți la tabelul de calcul SCHO.
Plasați cursorul pe celula din coloana „∆U ∑”, situată în linia Coloana 1.
Apasa Enter".

Obținem căderea de tensiune calculată la sfârșitul celei de-a doua secțiuni (coloana 2) - 0,37% și căderea de tensiune calculată pe lampă - 0,27%.

Facem același lucru pentru toate celelalte tabele de calcul și obținem valorile calculate ale căderii de tensiune în toate secțiunile.
Deoarece am legat tabelele (folosind programul, conectând un tabel la altul și transferând manual valorile căderii de tensiune), am obținut un sistem legat. Dacă faci vreo modificare, totul va fi bine automat recalculat.

Problema calității transmisiei și recepționării energiei electrice depinde în mare măsură de starea echipamentului care este implicat în acest proces tehnologic complex. Deoarece industria energetică transportă o putere enormă pe distanțe lungi, se impun cerințe sporite asupra caracteristicilor liniilor electrice.

În plus, se acordă constant atenție reducerii pierderilor de tensiune nu numai pe rețelele lungi de înaltă tensiune, ci și în circuitele secundare, de exemplu, transformatoare de măsurare a tensiunii, așa cum se arată în fotografie.

Cablurile circuitelor secundare VT din fiecare fază sunt colectate într-un singur loc - dulapul de ansamblu terminal. Din acest tablou, situat pe catargul de montaj al echipamentului din mijloc, circuitele de tensiune sunt alimentate printr-un cablu separat la blocul de borne al panoului situat în camera de relee.

Echipamentele de putere primară se află la o distanță considerabilă de protecții și dispozitive de măsurare montate pe panouri. Lungimea unui astfel de cablu ajunge la 300÷400 de metri. Astfel de distanțe duc la pierderi de tensiune vizibile în circuitul intern, ceea ce poate subestima în mod serios caracteristicile metrologice ale instrumentelor de măsură și ale sistemului în ansamblu.

Din acest motiv, calitatea conversiei unei valori a tensiunii primare, de exemplu, 330 kV într-o valoare secundară de 100 volți, cu clasa de precizie necesară de 0,2 sau 0,5, poate să nu se încadreze în limitele admisibile necesare pentru funcționarea fiabilă a măsurării. sisteme si protectii.

Pentru a elimina astfel de erori în etapa de funcționare, toate cablurile de măsurare sunt supuse calculelor pentru pierderile de tensiune chiar și în timpul proiectării circuitului echipamentului electric.

Cum sunt create pierderile de tensiune

Cablul este format din miezuri conductoare, fiecare fiind înconjurat de un strat de dielectric. Întreaga structură este plasată într-o carcasă dielectrică etanșă.

Conductoarele metalice sunt plasate destul de aproape unul de celălalt, presați strâns de mantaua de protecție. Când linia este lungă, încep să funcționeze. Datorită acțiunii sale, se formează capacitatea, care este parte integrantă a celei reactive.

Ca urmare a transformărilor pe înfășurările transformatoarelor, reactoarelor și altor elemente cu inductanță, puterea energiei electrice devine de natură inductivă. Rezistența rezistivă a miezurilor metalice formează componenta activă a rezistenței totale sau complexe Zp a fiecărei faze.

Pentru a funcționa sub tensiune, cablul este conectat la o sarcină cu o rezistență totală complexă Zn în fiecare miez.

În timpul funcționării cablului într-un circuit trifazat în condiții de sarcină nominală, curenții în fazele L1÷L3 sunt simetrici, iar un curent de dezechilibru foarte apropiat de zero curge în firul neutru N.

Rezistența complexă a conductorilor atunci când curentul trece prin ei provoacă o scădere și pierdere de tensiune în cablu, reduce valoarea de intrare a acestuia și, datorită componentei reactive, se deviază și de-a lungul unghiului. Toate acestea sunt prezentate schematic într-o diagramă vectorială.

La ieșirea cablului există tensiunea U2, care este deviată de la vectorul curent cu un unghi φ și redusă cu cantitatea de cădere I∙z de la valoarea de intrare U1. Cu alte cuvinte, vectorul căderii de tensiune din cablu este format prin trecerea curentului prin rezistența complexă a conductorului și este egal cu valoarea diferenței geometrice dintre vectorii de intrare și de ieșire.

Pentru claritate, este prezentată la scară mărită și este desemnată prin segmentul ac sau ipotenuza triunghiului dreptunghic. Picioarele sale ak și kc indică căderea de tensiune între componentele active și reactive ale rezistenței cablului.

Să continuăm mental direcția vectorului U2 până când acesta se intersectează cu linia cercului format de vectorul U1 din centrul în punctul O. Avem acum un vector ab, cu un unghi care repetă direcția lui U2 și o lungime egală. la diferența aritmetică dintre valorile U1-U2. Această mărime scalară se numește pierdere de tensiune.

Este calculat la crearea unui proiect și măsurat în timpul funcționării cablului pentru a monitoriza siguranța caracteristicilor sale tehnice.

Pentru a efectua experimentul, este necesar să se efectueze două măsurători cu un voltmetru la capete diferite: intrare și sarcină. Deoarece diferența dintre ele va fi mică, este necesar să folosiți un dispozitiv de înaltă precizie, de preferință clasa 0.2.

Lungimea cablului poate fi mare, ceea ce va necesita timp semnificativ pentru a trece dintr-un loc în altul. În această perioadă, tensiunea din rețea se poate modifica din diverse motive, ceea ce va distorsiona rezultatul final. Prin urmare, astfel de măsurători sunt de obicei efectuate simultan din ambele părți, implicând un asistent cu echipament de comunicare și un al doilea dispozitiv de măsurare de înaltă precizie.

Deoarece voltmetrele măsoară valoarea efectivă a tensiunii, diferența dintre citirile lor va indica cantitatea de pierderi formate prin scăderea aritmetică a modulelor vectoriale la intrarea și la ieșirea cablului.

Ca exemplu, luați în considerare circuitele transformatoarelor de măsurare a tensiunii prezentate în fotografiile de sus. Să presupunem că valoarea liniară la intrarea cablului este măsurată cu precizie cu zecimi și este egală cu 100,0 volți, iar la bornele de ieșire conectate la sarcină este de 99,5 volți. Aceasta înseamnă că pierderile de tensiune sunt definite ca 100,0-99,5 = 0,5 V. Când au fost convertite în procente, acestea s-au ridicat la 0,5%.

Principiul calculului pierderii de tensiune

Să revenim la diagrama vectorială a vectorilor de cădere și pierdere de tensiune. Când se cunoaște proiectarea cablului, rezistența sa activă este calculată din rezistivitatea, grosimea și lungimea metalului miezului purtător de curent.

Reactanța și lungimea specifice vă permit să determinați reactanța totală a cablului. Adesea, pentru calcule, este suficient să luați o carte de referință cu tabele și să calculați ambele tipuri de rezistență (activă și reactivă).

Cunoscând cele două catete ale unui triunghi dreptunghic, se calculează ipotenuza - valoarea rezistenței complexe.

Cablul este creat pentru a transmite curent de valoare nominală. Înmulțind valoarea sa numerică cu rezistența complexă, aflăm mărimea căderii de tensiune - partea de curent alternativ. Ambele părți sunt calculate în mod similar: ak (I∙R) și kс (I∙X).

În continuare, se efectuează calcule trigonometrice simple. În triunghi ake, catetul ae este determinat prin înmulțirea I∙R cu cos φ, iar în Δ сkf - lungimea laturii cf (I∙X înmulțit cu sin φ). Vă rugăm să rețineți că segmentul cf este egal cu lungimea segmentului ed, care este latura opusă dreptunghiului.

Adăugați lungimile rezultate ae și ed. Să aflăm lungimea segmentului de anunț, care este puțin mai mică decât ab sau pierderea de tensiune. Din cauza valorii mici a lui bd, este mai ușor să neglijezi această valoare decât să încerci să o iei în calcul în calcule, ceea ce se face aproape întotdeauna.

Acest algoritm simplu este baza pentru calcularea unui cablu cu două fire atunci când este alimentat de curent sinusoidal alternativ. Tehnica funcționează și cu ajustări minore pentru circuitele DC.

În liniile trifazate care funcționează pe cabluri cu trei sau patru fire, se utilizează o tehnică de calcul similară pentru fiecare fază. Din această cauză, devine mult mai complicat.

Cum se efectuează calculele în practică

Vremurile în care astfel de calcule erau făcute manual folosind formule au trecut de mult. Organizațiile de proiectare au folosit mult timp tabele, grafice și diagrame speciale compilate în cărțile de referință tehnice. Ele elimină greoiul efectuării a numeroase operații matematice și erorile asociate operatorului.

Ca exemplu, putem cita metodele prezentate în cărțile de referință disponibile public:

Fedorov privind furnizarea de energie electrică pentru 1986;

privind lucrările de proiectare pentru alimentarea liniilor electrice și a rețelelor electrice, editată de Bolshman, Krupovici și Samover.

Odată cu introducerea masivă a calculatoarelor în viața noastră, au început să fie dezvoltate programe pentru calcularea pierderilor de tensiune, facilitând foarte mult acest proces. Ele sunt create atât pentru a efectua calcule complexe ale rețelelor de alimentare cu energie de către organizațiile de proiectare, cât și pentru a aproxima rezultatele preliminare ale utilizării unui cablu separat.

În aceste scopuri, proprietarii de site-uri de inginerie electrică postează diverse calculatoare pe resursele lor, care vă permit să evaluați rapid capacitățile cablurilor de diferite mărci. Pentru a le găsi, trebuie doar să introduceți interogarea corespunzătoare în căutarea Google și să selectați unul dintre servicii.

Ca exemplu, luați în considerare funcționarea unui calculator de acest tip.

Să-i testăm și să introducem datele inițiale în câmpurile corespunzătoare:

curent alternativ;

aluminiu;

lungimea liniei - 400 m;

secțiunea transversală a cablului - 16 mm pătrați (cel mai probabil acesta nu este un cablu, ci un miez);

putere de calcul - 100 W;

numărul de faze - 3;

tensiune de rețea - 100 volți;

factor de putere -0,92;

temperatura - 20 de grade.

Faceți clic pe butonul „Calcul pierderilor de tensiune în cablu” și priviți rezultatul serviciului.

Rezultatul a fost destul de plauzibil: 0,714 volți sau 0,714%.

Să încercăm să-l verificăm pe alt site. Pentru a face acest lucru, mergeți la un serviciu concurent și introduceți aceleași valori.

Drept urmare, obținem un calcul rapid.

Acum puteți compara rezultatele realizate de diferite servicii. 0,714-0,693373=0,021 volți.

Precizia calculului în ambele cazuri este destul de acceptabilă nu numai pentru analiza rapidă a caracteristicilor de performanță a cablului, ci și pentru alte scopuri.

Metoda de comparare a activității a două servicii online a arătat performanța acestora și absența erorilor de introducere a datelor pe care o persoană le-ar putea face din cauza neatenției.

Cu toate acestea, după efectuarea unui astfel de calcul, este prea devreme pentru a vă calma. Este necesar să se tragă o concluzie despre adecvarea cablului selectat pentru funcționare în condiții specifice de funcționare. În acest scop, există cerințe tehnice pentru abaterile de tensiune admisibile de la normă.

Documente de reglementare privind abaterea tensiunii de la valoarea nominală

În funcție de naționalitatea dvs., utilizați una dintre următoarele.

TKP 45—4.04—149—2009 (RB)

Documentul este valabil pe teritoriul Republicii Belarus. Când primiți rezultatul, acordați atenție paragrafului 9.23.

SP 31—110-2003 (RF)

Standardele actuale sunt destinate utilizării la instalațiile de alimentare cu energie electrică din Federația Rusă. Luați în considerare paragraful 7.23.

Înlocuit la 1 ianuarie 1999 standardul interstatal, GOST 13109 din 1987. Analizați conform paragrafului 5.3.2.

Modalități de reducere a pierderilor de cablu

Când se efectuează calculul pierderilor de tensiune în cablu și rezultatul este comparat cu cerințele documentelor de reglementare, se poate face o concluzie despre adecvarea cablului pentru funcționare.

Dacă rezultatul arată că erorile sunt supraestimate, atunci este necesar să alegeți un alt cablu sau să clarificați condițiile de funcționare a acestuia. În practică, un caz tipic apare adesea atunci când măsurarea unui cablu care este deja în funcțiune relevă că pierderea de tensiune în acesta depășește standardele admise. Din acest motiv, calitatea alimentării cu energie electrică a instalațiilor scade.

Într-o astfel de situație, este necesar să se ia măsuri tehnice suplimentare pentru a reduce costurile materiale necesare pentru o înlocuire completă a cablului din cauza:

1. limitarea sarcinii de curgere;

2. creșterea ariei secțiunii transversale a conductorilor purtători de curent;

3. reducerea lungimii de lucru a cablului;

4. reducerea temperaturii de operare.

Influența puterii transmise prin cablu asupra pierderilor de tensiune

Fluxul de curent printr-un conductor este întotdeauna însoțit de eliberarea de căldură în acesta, iar încălzirea îi afectează conductivitatea. Când puterea crescută este transmisă printr-un cablu, se creează o temperatură mai mare și crește pierderea de tensiune.

Pentru a le reduce, uneori este suficient să oprești unii dintre consumatorii care primesc electricitate prin cablu și să-i realimentezi printr-un alt circuit bypass.

Această metodă este potrivită pentru circuitele ramificate cu un număr mare de consumatori și linii de rezervă pentru conectarea acestora.

Creșterea secțiunii transversale a miezului cablului

Această metodă este adesea folosită pentru a reduce pierderile în circuitele transformatoarelor de măsurare a tensiunii. Dacă conectați un alt cablu la un cablu de lucru și conectați firele lor în paralel, curenții se vor împărți și vor reduce sarcina din fiecare fir. Pierderile de tensiune sunt de asemenea reduse, iar acuratețea sistemului de măsurare este restabilită.

Atunci când utilizați această metodă, este important să nu uitați să faceți modificări documentației as-built și mai ales diagramelor de instalare, care sunt folosite de personalul de reparații și operațional pentru a efectua întreținerea periodică. Acest lucru va împiedica lucrătorii să facă greșeli.

Reducerea lungimii cablului de lucru

Metoda nu este tipică, dar în unele cazuri poate fi folosită. Faptul este că amenajarea traseelor de cablu la multe întreprinderi energetice dezvoltate este în mod constant dezvoltată și îmbunătățită în raport cu echipamentele livrate.

Datorită acestui fapt, este posibilă retransmiterea cablului cu o reducere a lungimii sale, ceea ce va reduce în cele din urmă pierderile de tensiune.

Influența temperaturii ambiante

Operarea cablului în încăperi cu încălzire crescută duce la o încălcare a echilibrului termic și o creștere a erorilor în caracteristicile sale tehnice. Așezarea de-a lungul altor linii sau utilizarea unui strat de izolație termică poate reduce pierderile de tensiune.

De regulă, este posibil să se îmbunătățească în mod eficient caracteristicile unui cablu în unul sau mai multe moduri atunci când este utilizat în combinație. Prin urmare, atunci când apare o astfel de nevoie, este important să se calculeze toate modalitățile posibile de a rezolva problema și să se aleagă cea mai potrivită opțiune pentru condițiile locale.

Trebuie avut în vedere faptul că managementul competent al instalațiilor electrice necesită o analiză constantă a situației operaționale, anticiparea posibilelor evoluții și capacitatea de a calcula diverse situații. Aceste calități disting un electrician bun de masa generală a muncitorilor obișnuiți.

Calculul pierderii de tensiune pentru rețele DC 12, 24, 36V.
Calculul pierderii de tensiune fără a lua în considerare reactanța inductivă 220/380V.
Calculul pierderii de tensiune ținând cont de reactanța inductivă 380V.

La proiectarea rețelelor, este adesea necesar să se calculeze pierderea de tensiune în cablu. Acum vreau să vorbesc despre calculele de bază ale pierderii de tensiune în rețelele DC și AC, în rețelele monofazate și trifazate.

Să ne întoarcem la documentele de reglementare și să vedem care sunt valorile abaterii tensiunii permise.

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

9.23 Abaterile de tensiune de la tensiunea nominală la bornele receptoarelor electrice de putere și a celor mai îndepărtate lămpi de iluminat electric nu trebuie să depășească ±5% în modul normal;
iar în modul post-urgență la cele mai mari sarcini de proiectare - ±10%. În rețelele de tensiune
12–42 V (numărând de la o sursă de tensiune, de exemplu un transformator coborâtor), abaterile de tensiune pot fi acceptate până la 10%.

Este permisă abaterea de tensiune pentru motoarele electrice în regimurile de pornire, dar nu mai mult de 15%.În acest caz, trebuie asigurată funcționarea stabilă a echipamentului de pornire și pornirea motorului.

În modul normal de funcționare, la încărcarea transformatoarelor de putere în stațiile de transformare care nu depășesc 70% din puterea lor nominală, pierderile totale de tensiune admisibile (disponibile)
de la barele colectoare ale stațiilor de transformare de 0,4 kV până la cea mai îndepărtată lampă de iluminat general din clădirile rezidențiale și publice, ținând cont de pierderile fără sarcină ale transformatoarelor și de pierderile de tensiune din acestea, reduse la tensiunea secundară, nu trebuie, de regulă, să depășească 7,5% . În același timp, pierderile de tensiune în instalațiile electrice din interiorul clădirilor nu trebuie să depășească 4% din tensiunea nominală, pentru iluminatul scenei - 5%.

SP 31-110-2003 (RF).
7.23 Abaterile de tensiune de la tensiunea nominală la bornele receptoarelor electrice de putere și a celor mai îndepărtate lămpi de iluminat electric nu trebuie să depășească ±5% în modul normal, iar maximul admisibil în modul post-urgență la cele mai mari sarcini de proiectare este de ±10% . În rețelele cu o tensiune de 12-50 V (numărând de la o sursă de alimentare, de exemplu un transformator descendente), abaterile de tensiune pot fi acceptate până la 10%.

Pentru un număr de receptoare electrice (dispozitive de control, motoare electrice), este permisă o reducere a tensiunii în modurile de pornire în limitele valorilor reglementate pentru aceste receptoare electrice, dar nu mai mult de 15%.

Luând în considerare abaterile reglementate de la valoarea nominală, pierderile totale de tensiune de la barele de 0,4 kV ale stației de transformare la cea mai îndepărtată lampă de iluminat general din clădirile rezidențiale și publice nu trebuie, de regulă, să depășească 7,5%.

Gama de modificări de tensiune la bornele receptoarelor electrice la pornirea unui motor electric nu trebuie să depășească valorile stabilite de GOST 13109.

GOST 13109.

5.3.2 Valoarea maximă admisă a sumei abaterii tensiunii în regim permanent dUy și a intervalului de variații de tensiune în punctele de conectare la rețelele electrice cu o tensiune de 0,38 kV este egală cu 10% din tensiunea nominală.

Pierderile de tensiune depind de materialul cablului (cupru, aluminiu), secțiunea transversală, lungimea liniei, puterea (curent) și tensiune.

Pentru a calcula pierderea de tensiune, am realizat 3 programe în Excel pe baza cărții de F.F. Karpov „Cum să alegeți secțiunea transversală a firelor și cablurilor”.

1 Pentru rețelele DC, reactanța inductivă nu este luată în considerare. Pierderea de tensiune poate fi calculată folosind următoarele formule (pentru o linie cu două fire):

Folosind aceste formule, calculez pierderea de tensiune a acţionărilor electrice pentru deschiderea geamurilor (24V), precum şi a reţelei de iluminat (220V).

2 Pentru rețelele trifazate, unde cosinusul este 1, nici reactanța inductivă nu este luată în considerare. Această metodă poate fi folosită și pentru rețelele de iluminat deoarece... cosul lor este aproape de 1, eroarea pe care o obținem nu este semnificativă. Formula pentru calcularea pierderii de tensiune (380V):