Izguba napetosti v žicah je odvisna od. Izračun padca napetosti v kablu

Žice in kabli so namenjeni prenosu električne energije do potrošnikov. V tem primeru napetost v podaljšanem vodniku pada sorazmerno z njegovim uporom in velikostjo pretečega toka. Posledično je napetost, ki se dovaja potrošniku, nekoliko nižja, kot je bila na izvoru (na začetku linije). Po celotni dolžini žice se bo potencial spreminjal zaradi izgub v njem.

Izgube napetosti v domači razsvetljavi

Prerez kabla je izbran tako, da zagotovi njegovo delovanje pri danem največjem toku. V tem primeru je treba upoštevati njegovo dolžino, od katere je odvisen še en pomemben parameter - padec napetosti.

Daljnovodi so izbrani glede na normalizirano vrednost ekonomske gostote toka in izračunan je padec napetosti. Njegovo odstopanje od originala ne sme presegati navedenih vrednosti.

Količina toka, ki teče skozi vodnik, je odvisna od priključene obremenitve. Z njenim naraščanjem se povečujejo tudi toplotne izgube.

Zgornja slika prikazuje vezje za napajanje razsvetljave z napetostjo, kjer so na vsakem odseku navedene izgube napetosti. Najbolj oddaljena obremenitev je najpomembnejša in zanjo nastane večina izgube napetosti.

Izguba napetosti

Izračun izgube napetosti ∆Una odsek dolžine verigeLnaredite po formuli:

∆U = (P∙r 0 +Q∙x 0)∙L/ U nom, kjer

P in Q - moč, W in var (aktivna in reaktivna);
r 0 in x 0 – aktivna in reaktivna upornost voda, Ohm/m;
U nom – nazivna napetost, V.
U nom je naveden v značilnostih električnih aparatov.

V skladu s PUE so dovoljena odstopanja napetosti od norme naslednja:

napajalna vezja - ne več kot ±5%;
sheme osvetlitve stanovanjskih prostorov in zunanjih zgradb - do ±5%;
razsvetljava podjetij in javnih zgradb – od +5% do -2,5%.

Skupna izguba napetosti od transformatorskih postaj do najbolj oddaljenega bremena v javnih in stanovanjskih stavbah ne sme presegati 9%. Od tega se 5 % nanaša na odsek do glavnega vhoda in 4 % od vhoda do porabnika. V skladu z GOST 29322-2014 je nazivna napetost v trifaznih omrežjih 400 V. V tem primeru je v normalnih delovnih pogojih dovoljeno odstopanje od ± 10%.

Treba je zagotoviti enakomerno obremenitev v trifaznih vodih pri 0,4 kV. Pri tem je pomembno, da je vsaka faza enakomerno obremenjena. Da bi to naredili, so elektromotorji povezani z linearnimi žicami, osvetlitev pa je povezana med fazami in nevtralno, s čimer se izenačijo obremenitve med fazami.

Kot začetni podatki se uporabljajo vrednosti toka ali moči. Pri dolgih vodih se pri izračunu ∆U v liniji upošteva induktivna reaktanca.

Upornost žic x 0 se vzame v območju od 0,32 do 0,44 Ohm / km.

Izračun izgub v vodnikih se izvede po prej navedeni formuli, kjer je primerno razdeliti desno stran na aktivne in reaktivne komponente:

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

Obremenitvena povezava

Obremenitev je povezana na različne načine. Najpogostejši so naslednji:

povezovanje bremena na koncu linije (slika a spodaj);
enakomerna porazdelitev obremenitev po dolžini proge (slika b);
vod L1, na katerega je priključen drug vod L2 z enakomerno porazdeljenimi obremenitvami (slika c).

Diagram, ki prikazuje, kako priključiti obremenitve iz električne plošče

Izračun daljnovodov za izgubo napetosti

Izbira povprečne vrednosti reaktanse za prevodnike iz aluminija ali jekla-aluminija, na primer 0,35 Ohm/km.
Izračun obremenitev P, Q.
Izračun reaktivne izgube:

∆U p = Q∙x 0 ∙L/U nom.

Določitev dovoljene aktivne izgube iz razlike med izgubo napetosti, ki je navedena, in izračunano reaktivno:

∆U a = ∆U – ∆U p .

Prerez žice dobimo iz razmerja:

s = P∙L∙r 0 /(∆U a ∙U nom).

Izbira najbližje vrednosti preseka iz standardne serije in določitev aktivnega in reaktivnega upora na 1 km proge iz tabele.

Slika prikazuje več prerezov kabelskih žil različnih velikosti.

Kabelska jedra različnih odsekov

Na podlagi dobljenih vrednosti se izračuna prilagojena vrednost padca napetosti po prej navedeni formuli. Če presega dovoljeno vrednost, morate vzeti večjo žico iz iste vrstice in narediti nov izračun.

Primer 1. Izračun kabla pri aktivnih obremenitvah.

Za izračun kabla morate najprej določiti skupno obremenitev vseh potrošnikov. Kot začetno vrednost lahko vzamemo P = 3,8 kW. Moč toka je določena z znano formulo:

Če so vse obremenitve aktivne, je cosφ=1.

Z zamenjavo vrednosti v formulo lahko najdete tok, ki bo enak: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 A.

Po tabelah je presek v kablu ugotovljen, za bakrene vodnike je 1,5 mm 2.

Zdaj lahko najdete upornost kabla dolžine 20 m: R=2∙r 0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ohm∙mm 2)∙20 (m)/1,5 (mm 2)=0,464 Ohm.

Formula za izračun upora za dvožilni kabel upošteva dolžino obeh žic.

Ko določite vrednost upora kabla, lahko zlahka ugotovite izgubo napetosti: ∆U=I∙R/U∙100% =17,3 A∙0,464 Ohm/220 V∙100%=3,65%.

Če je nazivna napetost na vhodu 220 V, so dovoljena odstopanja od obremenitve 5%, dobljeni rezultat pa ga ne presega. Če bi bila toleranca presežena, bi bilo treba vzeti večjo žico iz standardnega razpona, s presekom 2,5 mm 2.

Primer 2. Izračun padca napetosti pri napajanju elektromotorja.

Električni motor porablja tok pod naslednjimi parametri:

I nom = 100 A;
cos φ = 0,8 v normalnem načinu;
I zagon = 500 A;
cos φ = 0,35 ob zagonu;
Padec napetosti na električni plošči, ki distribuira tok 1000 A, je 10 V.

Na sl. in spodaj je shema napajanja elektromotorja.

Napajalna vezja za elektromotor (a) in razsvetljavo (b)

Da bi se izognili izračunom, se uporabljajo tabele, ki so dovolj natančne za praktično uporabo, z že izračunanimi ∆U med fazami v kablu dolžine 1 km pri vrednosti toka 1 A. Spodnja tabela upošteva presečne vrednosti jedra, materiale prevodnikov in vrsto vezja.

Tabela za določanje izgube napetosti v kablu

Presek v mm 2		Enofazno vezje			Uravnoteženo trifazno vezje
		Moč motorja		Razsvetljava	Moč motorja		Razsvetljava
		Navaden suženj. način	Kosilo		Navaden suženj. način	Kosilo
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

Padec napetosti med normalnim delovanjem elektromotorja bo:

∆U% = 100∆U/U nom.

Pri prerezu 35 mm bo 2 ∆U za tok 1 A 1 V/km. Nato bodo pri toku 100 A in dolžini kabla 0,05 km izgube enake ∆U = 1 V/A km∙100 A∙ 0,05 km = 5 V. Če jim dodamo padec napetosti na plošči 10 V, skupne izgube ∆ U skupno = 10 V + 5 V = 15 V. Posledično bodo izgube v odstotkih:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75%.

Ta vrednost je bistveno nižja od dovoljenih izgub (8 %) in velja za sprejemljivo.

Ko se elektromotor zažene, se njegov tok poveča na 500 A. To je za 400 V več od nazivnega toka. Za enako količino se bo povečala obremenitev razdelilne plošče. To bo 1400 A. Padec napetosti na njem se bo sorazmerno povečal:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 V.

Glede na tabelo bo padec napetosti v kablu: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 V. Skupno bodo izgube pri zagonu motorja ∆U skupaj = 13+14 = 27 V. Nato morate določiti koliko bo to v odstotkih: ∆U = 27/400∙100 =6,75 %. Rezultat je v sprejemljivih mejah, saj ne presega meje 8 %.

Zaščita elektromotorja naj bo izbrana tako, da bo odzivna napetost večja kot pri zagonu.

Primer 3. Izračun ∆U v tokokrogih razsvetljave.

Trije enofazni tokokrogi razsvetljave so vzporedno priključeni na trifazni štirižilni napajalni vod, sestavljen iz vodnikov 70 mm 2, dolgih 50 m, ki prenašajo tok 150 A. Osvetlitev je le del obremenitve voda (slika b nad).

Vsak krog razsvetljave je izdelan iz bakrene žice dolžine 20 m, s presekom 2,5 mm 2 in nosi tok 20 A. Vse tri obremenitve so priključene na isto fazo. V tem primeru je napajalni vod uravnotežen.

Potrebno je določiti padec napetosti v vsakem od tokokrogov razsvetljave.

Padec napetosti v trifaznem vodu je določen z efektivno obremenitvijo, navedeno v vzorčnih pogojih: ∆U fazni vod = 0,55∙150∙0,05 = 4,125 V. To je izguba med fazami. Za rešitev težave morate najti izgube med fazo in nevtralno: ∆U linija fn = 4,125/√3 = 2,4 V.

Padec napetosti za eno enofazno vezje je ∆U skupni = 18∙20∙0,02=7,2 V. Če seštejete izgube v napajalnem vodu in tokokrogu, bodo skupaj ∆U skupni = 2,4+7,2 = 9,6 V. V odstotkih bo 9,6/230∙100 = 4,2 %. Rezultat je zadovoljiv, saj je nižji od dovoljene vrednosti 6 %.

Preverjanje napetosti. Video

Kako preveriti padec napetosti na različnih vrstah kablov, si oglejte v spodnjem videu.

Pri priključitvi električnih naprav je pomembno pravilno izračunati in izbrati napajalne kable in žice, tako da izgube napetosti v njih ne presegajo dovoljenih vrednosti. Tem so prištete še izgube v napajalnem omrežju, ki jih je treba sešteti.

Pri načrtovanju električnih omrežij in sistemov z nizkimi tokovi so pogosto potrebni izračuni napetostnih izgub v kablih in žicah. Ti izračuni so potrebni za izbiro najbolj optimalnega kabla. Če izberete napačen prevodnik, bo napajalni sistem zelo hitro odpovedal ali pa se sploh ne bo zagnal. Da bi se izognili morebitnim napakam, je priporočljivo uporabiti spletni kalkulator izgube napetosti. Podatki, pridobljeni s pomočjo kalkulatorja, bodo zagotovili stabilno in varno delovanje vodov in omrežij.

Vzroki za izgubo energije pri prenosu električne energije

Zaradi prevelike razpršenosti nastanejo znatne izgube. Zaradi odvečne toplote se lahko kabel močno segreje, še posebej pri velikih obremenitvah in napačnih izračunih izgub električne energije. Prekomerna toplota poškoduje izolacijo, kar resnično ogroža zdravje in življenje ljudi.

Do izgub električne energije pogosto prihaja zaradi predolgih kablovodov z visoko obremenitvijo. V primeru daljše uporabe se stroški električne energije znatno povečajo. Nepravilni izračuni lahko povzročijo okvare opreme, na primer varnostnih alarmov. Izguba napetosti v kablu postane pomembna, ko je napajalnik opreme nizka napetost DC ali AC, nazivno od 12 do 48 V.

Kako izračunati izgubo napetosti

Spletni kalkulator izgube napetosti vam bo pomagal preprečiti morebitne težave. Tabela izvornih podatkov vsebuje podatke o dolžini kabla, njegovem prerezu in materialu, iz katerega je izdelan. Za izračune bodo potrebni podatki o moči bremena, napetosti in toku. Poleg tega se upošteva faktor moči in temperaturne značilnosti kabla. Po pritisku na gumb se prikažejo podatki o izgubah energije v odstotkih, indikatorji upora prevodnika, jalove moči in napetosti, ki jo ima breme.

Osnovna formula za izračun je naslednja: ΔU=IхRL, pri čemer ΔU pomeni izgubo napetosti na obračunskem vodu, I je porabljen tok, ki ga določajo predvsem parametri porabnika. RL odraža upornost kabla, odvisno od njegove dolžine in površine preseka. Prav slednja vrednost igra odločilno vlogo pri izgubi moči v žicah in kablih.

Možnosti za zmanjšanje izgub

Glavni način za zmanjšanje izgub v kablu je povečanje njegove površine preseka. Poleg tega lahko zmanjšate dolžino vodnika in zmanjšate obremenitev. Vendar zadnjih dveh metod ni mogoče vedno uporabiti zaradi tehničnih razlogov. Zato je v mnogih primerih edina možnost zmanjšanje upora kabla s povečanjem prečnega prereza.

Pomembna pomanjkljivost velikega preseka se šteje za opazno povečanje materialnih stroškov. Razlika postane opazna, ko se kabelski sistemi raztezajo na velike razdalje. Zato morate v fazi načrtovanja takoj izbrati kabel z zahtevanim prečnim prerezom, za katerega boste morali izračunati izgubo moči s kalkulatorjem. Ta program je zelo pomemben pri pripravi projektov za elektroinštalacijska dela, saj ročni izračuni vzamejo veliko časa, v načinu spletnega kalkulatorja pa izračun traja dobesedno nekaj sekund.

Izračun padca napetosti pri napajanju porabnikov z uporabo radialnih tokokrogov je precej preprost. En odsek, en odsek kabla, ena dolžina, en obremenitveni tok. Te podatke nadomestimo s formulo in dobimo rezultat.

Pri napajanju porabnikov preko glavnih tokokrogov (zanke) je težje izračunati padec napetosti. Pravzaprav morate za eno linijo izvesti več izračunov padca napetosti: za vsak odsek morate izvesti izračun padca napetosti. Dodatne težave nastanejo, ko se spremeni poraba električne energije električnih sprejemnikov, ki jih napaja glavni tokokrog. Sprememba moči enega električnega sprejemnika se odraža v celotni verigi.

Kako običajno je v praksi napajanje prek glavnih tokokrogov in zank? Obstaja veliko primerov, ki jih je mogoče navesti:

V skupinskih omrežjih so to omrežja za razsvetljavo in omrežja vtičnic.
V stanovanjskih stavbah se talne plošče napajajo iz glavnih tokokrogov.
V industrijskih in komercialnih stavbah se pogosto uporabljajo tudi glavni napajalni tokokrogi in napajalna zanka panela.
Zbiralka je primer napajanja porabnikov preko glavnega tokokroga.
Napajalnik za stebre zunanje cestne razsvetljave.

Razmislimo o izračunu padca napetosti na primeru zunanje razsvetljave.

Predpostavimo, da morate izračunati padec napetosti za štiri stebre zunanje razsvetljave, ki se zaporedno napajajo iz plošče zunanje razsvetljave ShchNO.

Dolžina odsekov od ščita do stebra, med stebri: L1, L2, L3, L4.
Tok, ki teče skozi odseke: I1, I2, I3, I4.
Padec napetosti v odsekih: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Tok, ki ga porabijo sijalke na vsakem polu, Ilamp.

Stebri se napajajo z zanko, oziroma:

I4=žarnica
I3=I4+Ižar
I2=I3+Iar
I1=I2+Iar

Tok, ki ga porabi svetilka, ni znan, vendar sta znana moč žarnice in njen tip (bodisi iz kataloga bodisi v skladu s klavzulo 6.30 SP 31-110-2003).

Tok je določen s formulo:

Formula za izračun skupnega faznega toka

I f - skupni fazni tok
P - aktivna moč
U f - fazna napetost
cosφ - faktor moči
N f - število faz (N f =1 za enofazno obremenitev, N f =3 za enofazno obremenitev)

Naj vas spomnim, da je linearna (fazna) napetost √3-krat večja od fazne napetosti:

Pri izračunu padca napetosti v trifaznem omrežju se upošteva padec napetosti v liniji, v enofaznih omrežjih pa se upošteva enofazni padec napetosti.

Padec napetosti se izračuna po formulah:

I f - skupni fazni tok, ki teče skozi odsek
R - odpornost odseka
cosφ - faktor moči

Odpornost preseka se izračuna po formuli

ρ - upornost prevodnika (baker, aluminij)
L - dolžina odseka
S - presek vodnika
N je število vzporednih vodnikov v liniji

Običajno katalogi zagotavljajo specifične vrednosti upora za različne prereze prevodnikov

Če obstajajo informacije o upornosti prevodnikov, so formule za izračun padca napetosti v obliki:

Formula za izračun padca napetosti v trifaznem vezju

Če v formulo nadomestimo ustrezne vrednosti tokov, upornosti, dolžine, števila vzporednih vodnikov in faktorja moči, izračunamo velikost padca napetosti v odseku.

Regulativni dokumenti urejajo vrednost relativnega padca napetosti (v odstotkih od nominalne vrednosti), ki se izračuna po formuli:

U je nazivna omrežna napetost.

Formula za izračun relativnega padca napetosti je enaka za trifazno in enofazno omrežje. Pri izračunu v trifaznem omrežju morate nadomestiti trifazni padec in nazivno napetost, pri izračunu v enofaznem omrežju - enofazno:

Teorija je končana, poglejmo, kako to implementirati z uporabo DDECAD.

Vzemimo naslednje začetne podatke:

Moč sijalke 250W, cosφ=0,85.
Razdalja med stebri, od ščita do prvega stebra je L1=L2=L3=L4=20m.
Palice se napajajo z bakrenim kablom 3×10.
Odcep od napajalnega kabla do svetilke je izveden s kablom 3×2,5 L=6m.

Za vsak stolpec izdelamo računsko tabelo.

V vsako računsko tabelo vpišemo podatke za svetilko:

Stolpec 4 tabele za izračun povežemo s stolpcem 3 izračunske tabele, s stolpcem 2 - stolpec 3, s stolpcem 1 - stolpec 2, s SCHO - stolpec 1:

Nato se iz tabele za izračun SCHO vrednost padca napetosti, ki jo izračuna program na koncu prvega odseka (stolpec 1), prenese v zeleno celico tabele za izračun, stolpec 1:

Vrednosti je treba prenesti s sklicevanjem na celico tabele za izračun plošče višje ravni. V primeru stolpca 1 in SCHO se to naredi takole:

V stolpcu 1 tabele izračuna se kazalec postavi na zeleno celico v stolpcu »∆U«.
Kliknite "=".
Preklopite na tabelo za izračun SCHO.
Kazalec postavite na celico v stolpcu »∆U ∑«, ki se nahaja v vrstici Stolpec 1.
Pritisnite "Enter".

Dobimo izračunani padec napetosti na koncu drugega odseka (2. stolpec) - 0,37% in izračunani padec napetosti na žarnici - 0,27%.

Enako naredimo za vse druge računske tabele in dobimo izračunane vrednosti padca napetosti v vseh odsekih.
Ker smo tabele povezali (s programsko povezavo ene tabele v drugo in ročno s prenosom vrednosti padca napetosti), smo dobili povezan sistem. Če boste kaj spremenili, bo vse v redu samodejno preračunano.

Vprašanje kakovosti prenosa in sprejema električne energije je v veliki meri odvisno od stanja opreme, ki je vključena v ta kompleksen tehnološki proces. Ker energetska industrija prenaša ogromno energije na dolge razdalje, se glede lastnosti električnih vodov postavljajo vse večje zahteve.

Poleg tega se nenehno posveča pozornost zmanjševanju izgub napetosti ne le na dolgih visokonapetostnih omrežjih, temveč tudi v sekundarnih tokokrogih, na primer napetostnih merilnih transformatorjih, kot je prikazano na fotografiji.

Kabli sekundarnih tokokrogov VT iz vsake faze so zbrani na enem mestu - omarica za priključne sklope. Iz te stikalne naprave, ki se nahaja na srednjem stebru za montažo opreme, se napetostna vezja napajajo z ločenim kablom do priključnega bloka plošče, ki se nahaja v relejski sobi.

Primarna napajalna oprema se nahaja na precejšnji razdalji od zaščit in merilnih naprav, nameščenih na ploščah. Dolžina takega kabla doseže 300÷400 metrov. Takšne razdalje vodijo do opaznih izgub napetosti v notranjem tokokrogu, kar lahko resno podceni meroslovne lastnosti merilnih instrumentov in sistema kot celote.

Iz tega razloga kakovost pretvorbe vrednosti primarne napetosti, na primer 330 kV v sekundarno vrednost 100 voltov z zahtevanim razredom točnosti 0,2 ali 0,5, morda ne bo v dovoljenih mejah, potrebnih za zanesljivo delovanje merjenja. sistemi in zaščite.

Da bi odpravili takšne napake v obratovalni fazi, so vsi merilni kabli predmet izračunov napetostnih izgub tudi med načrtovanjem tokokroga električne opreme.

Kako nastanejo napetostne izgube

Kabel je sestavljen iz prevodnih žil, od katerih je vsaka obdana s plastjo dielektrika. Celotna konstrukcija je nameščena v zaprtem dielektričnem ohišju.

Kovinski vodniki so nameščeni precej blizu drug drugega, tesno stisnjeni z zaščitnim plaščem. Ko je vrsta dolga, začnejo delati. Zaradi njegovega delovanja nastane kapacitivnost, ki je sestavni del reaktivne.

Zaradi transformacij na navitjih transformatorjev, reaktorjev in drugih elementov z induktivnostjo moč električne energije postane induktivne narave. Upornost kovinskih jeder tvori aktivno komponento skupne ali kompleksne upornosti Zp vsake faze.

Za delovanje pod napetostjo je kabel priključen na breme s skupnim kompleksnim uporom Zn v vsakem jedru.

Med delovanjem kabla v trifaznem tokokrogu pri pogojih nazivne obremenitve so tokovi v fazah L1÷L3 simetrični in v nevtralni žici N teče neuravnoteženi tok zelo blizu nič.

Kompleksni upor vodnikov, ko po njih teče tok, povzroči padec in izgubo napetosti v kablu, zmanjša njegovo vhodno vrednost, zaradi reaktivne komponente pa se tudi odkloni po kotu. Vse to je shematsko prikazano v vektorskem diagramu.

Na izhodu kabla je napetost U2, ki je od tokovnega vektorja odklonjena za kot φ in zmanjšana za količino padca I∙z od vhodne vrednosti U1. Z drugimi besedami, vektor padca napetosti v kablu nastane s prehodom toka skozi kompleksni upor prevodnika in je enak vrednosti geometrijske razlike med vhodnim in izhodnim vektorjem.

Zaradi jasnosti je prikazan v povečanem merilu in je označen z segmentom ac ali hipotenuzo pravokotnega trikotnika ask. Njegova kraka ak in kc označujeta padec napetosti na aktivni in reaktivni komponenti upora kabla.

Miselno nadaljujmo smer vektorja U2, dokler se ne seka s črto krožnice, ki jo tvori vektor U1 iz središča v točki O. Sedaj imamo vektor ab s kotom, ki ponavlja smer U2, in dolžino, ki je enaka na aritmetično razliko med vrednostmi U1-U2. To skalarno količino imenujemo izguba napetosti.

Izračuna se pri izdelavi projekta in meri med delovanjem kabla za spremljanje varnosti njegovih tehničnih lastnosti.

Za izvedbo poskusa je potrebno izvesti dve meritvi z voltmetrom na različnih koncih: vhod in obremenitev. Ker bo razlika med njimi majhna, je treba uporabiti visoko natančno napravo, po možnosti razreda 0,2.

Dolžina kabla je lahko velika, kar bo zahtevalo precej časa za premikanje z enega mesta na drugega. V tem obdobju se lahko napetost v omrežju spremeni iz različnih razlogov, kar bo izkrivilo končni rezultat. Zato se takšne meritve običajno izvajajo istočasno z obeh strani, pri čemer sodeluje pomočnik s komunikacijsko opremo in drugo visoko natančno merilno napravo.

Ker voltmetri merijo efektivno vrednost napetosti, bo razlika v njihovih odčitkih pokazala količino izgub, ki nastanejo z aritmetičnim odštevanjem vektorskih modulov na vhodu in izhodu kabla.

Kot primer upoštevajte vezja napetostnih merilnih transformatorjev, prikazanih na zgornjih fotografijah. Predpostavimo, da je linearna vrednost na vhodu kabla izmerjena na desetinke natančno in je enaka 100,0 voltov, na izhodnih sponkah, povezanih z bremenom, pa je 99,5 voltov. To pomeni, da so napetostne izgube definirane kot 100,0-99,5 = 0,5 V. Preračunane v odstotke so znašale 0,5 %.

Princip izračuna izgube napetosti

Vrnimo se k vektorskemu diagramu vektorjev padca in izgube napetosti. Ko je zasnova kabla znana, se njegova aktivna upornost izračuna iz upornosti, debeline in dolžine kovine jedra, po katerem teče tok.

Specifična reaktanca in dolžina vam omogočata, da določite skupno reaktanco kabla. Pogosto je za izračune dovolj, da vzamete referenčno knjigo s tabelami in izračunate obe vrsti upora (aktivno in reaktivno).

Ob poznavanju dveh krakov pravokotnega trikotnika se izračuna hipotenuza - vrednost kompleksnega upora.

Kabel je ustvarjen za prenos toka nazivne vrednosti. Z množenjem njegove številčne vrednosti s kompleksnim uporom ugotovimo velikost padca napetosti - izmenična stran. Obe strani se izračunata podobno: ak (I∙R) in kс (I∙X).

Nato se izvedejo preprosti trigonometrični izračuni. V trikotniku ake se krak ae določi z množenjem I∙R s cos φ in v Δ сkf - dolžina stranice cf (I∙X pomnoženo s sin φ). Upoštevajte, da je odsek cf enak dolžini odseka ed, ki je nasprotna stranica pravokotnika.

Seštejte dobljeni dolžini ae in ed. Ugotovimo dolžino segmenta ad, ki je nekoliko manjša od ab ali izgube napetosti. Zaradi majhne vrednosti bd je to vrednost lažje zanemariti, kot pa jo poskušati upoštevati pri izračunih, kar se skoraj vedno naredi.

Ta preprost algoritem je osnova za izračun dvožilnega kabla pri napajanju z izmeničnim sinusnim tokom. Tehnika deluje tudi z manjšimi prilagoditvami za tokokroge DC.

V trifaznih vodih, ki delujejo prek tri- ali štirižilnih kablov, se za vsako fazo uporablja podobna tehnika izračuna. Zaradi tega postane veliko bolj zapleteno.

Kako potekajo izračuni v praksi

Časi, ko so se takšni izračuni izvajali ročno s pomočjo formul, so že zdavnaj mimo. Projektantske organizacije že dolgo uporabljajo posebne tabele, grafe in diagrame, zbrane v tehničnih referenčnih knjigah. Odpravljajo naporno izvajanje številnih matematičnih operacij in s tem povezane napake operaterja.

Kot primer lahko navedemo metode, opisane v javno dostopnih referenčnih knjigah:

Fedorov o oskrbi z električno energijo za leto 1986;

o projektiranju električnih vodov in električnih omrežij, uredili Bolshman, Krupovič in Samover.

Z množičnim vstopom računalnikov v naša življenja so se začeli razvijati programi za izračun napetostnih izgub, ki so ta proces močno olajšali. Ustvarjeni so za izvajanje zapletenih izračunov napajalnih omrežij s strani projektantskih organizacij in za približevanje predhodnih rezultatov uporabe ločenega kabla.

Za te namene lastniki elektrotehničnih mest na svojih virih objavljajo različne kalkulatorje, ki vam omogočajo hitro oceno zmogljivosti kablov različnih znamk. Če jih želite najti, preprosto vnesite ustrezno poizvedbo v iskalnik Google in izberite eno od storitev.

Kot primer razmislite o delovanju kalkulatorja te vrste.

Preizkusimo ga in v ustrezna polja vnesemo začetne podatke:

izmenični tok;

aluminij;

dolžina proge - 400 m;

presek kabla - 16 mm sq (najverjetneje to ni kabel, ampak eno jedro);

izračun moči - 100 W;

število faz - 3;

omrežna napetost - 100 voltov;

faktor moči -0,92;

temperatura - 20 stopinj.

Kliknite gumb "Izračun napetostnih izgub v kablu" in si oglejte rezultat storitve.

Rezultat je bil precej verjeten: 0,714 volta ali 0,714 %.

Poskusimo še enkrat preveriti na drugem spletnem mestu. Če želite to narediti, pojdite na konkurenčno storitev in vnesite enake vrednosti.

Posledično dobimo hiter izračun.

Zdaj lahko primerjate rezultate različnih storitev. 0,714-0,693373=0,021 voltov.

Natančnost izračuna je v obeh primerih povsem sprejemljiva ne le za hitro analizo lastnosti kabla, ampak tudi za druge namene.

Metoda primerjave delovanja dveh spletnih storitev je pokazala njuno delovanje in odsotnost napak pri vnosu podatkov, ki bi jih oseba lahko naredila zaradi nepazljivosti.

Vendar pa je po takem izračunu še prezgodaj, da bi se umirili. Treba je sklepati o primernosti izbranega kabla za delovanje v določenih delovnih pogojih. V ta namen obstajajo tehnične zahteve za dovoljena odstopanja napetosti od norme.

Regulativni dokumenti o odstopanju napetosti od nazivne vrednosti

Glede na vaše državljanstvo uporabite enega od naslednjih.

TKP 45—4.04—149—2009 (RB)

Dokument velja na ozemlju Republike Belorusije. Pri prejemu rezultata bodite pozorni na odstavek 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Trenutni standardi so namenjeni uporabi v objektih za oskrbo z električno energijo Ruske federacije. Upoštevajte odstavek 7.23.

1. januarja 1999 je zamenjal meddržavni standard GOST 13109 iz leta 1987. Analizirajte v skladu z odstavkom 5.3.2.

Načini za zmanjšanje izgub v kablu

Ko se izvede izračun izgub napetosti v kablu in se rezultat primerja z zahtevami regulativnih dokumentov, je mogoče sklepati o primernosti kabla za delovanje.

Če rezultat pokaže, da so napake precenjene, je treba izbrati drug kabel ali pojasniti pogoje njegovega delovanja. V praksi se pogosto pojavi tipičen primer, ko se pri meritvah kabla, ki je že v uporabi, ugotovi, da izguba napetosti v njem presega dovoljene standarde. Zaradi tega se zmanjša kakovost oskrbe objektov z električno energijo.

V takšni situaciji je treba sprejeti dodatne tehnične ukrepe za zmanjšanje materialnih stroškov, potrebnih za popolno zamenjavo kabla zaradi:

1. omejevanje tekoče obremenitve;

2. povečanje površine prečnega prereza vodnikov, ki nosijo tok;

3. zmanjšanje delovne dolžine kabla;

4. znižanje delovne temperature.

Vpliv moči, ki se prenaša po kablu, na napetostne izgube

Pretok toka skozi prevodnik vedno spremlja sproščanje toplote v njem, segrevanje pa vpliva na njegovo prevodnost. Ko se povečana moč prenaša po kablu, ustvari višjo temperaturo in poveča izgubo napetosti.

Za njihovo zmanjšanje je včasih povsem dovolj, da nekatere porabnike, ki prejemajo elektriko po kablu, preprosto izklopimo in jih ponovno napajamo preko drugega, obvodnega tokokroga.

Ta metoda je primerna za razvejana vezja z velikim številom porabnikov in rezervnih linij za njihovo povezavo.

Povečanje površine prečnega prereza jedra kabla

Ta metoda se pogosto uporablja za zmanjšanje izgub v napetostnih merilnih transformatorskih tokokrogih. Če priključite drug kabel na delujoči kabel in vzporedno povežete njihove žice, se bodo tokovi razdelili in zmanjšali obremenitev v vsaki žici. Zmanjšajo se tudi napetostne izgube in povrne se točnost merilnega sistema.

Pri uporabi te metode je pomembno, da ne pozabite spremeniti izvedbene dokumentacije in še posebej namestitvenih diagramov, ki jih servisno in operativno osebje uporablja za izvajanje rednega vzdrževanja. To bo delavcem preprečilo napake.

Zmanjšanje delovne dolžine kabla

Metoda ni tipična, vendar jo je v nekaterih primerih mogoče uporabiti. Dejstvo je, da se postavitev kabelskih poti v številnih razvitih energetskih podjetjih nenehno razvija in izboljšuje glede na dobavljeno opremo.

Zaradi tega je možno relejirati kabel z zmanjšanjem njegove dolžine, kar bo na koncu zmanjšalo izgube napetosti.

Vpliv temperature okolja

Delovanje kabla v prostorih s povečanim ogrevanjem vodi do kršitve toplotnega ravnovesja in povečanja napak v njegovih tehničnih značilnostih. Polaganje vzdolž drugih vodov ali uporaba plasti toplotne izolacije lahko zmanjša izgube napetosti.

Praviloma je možno učinkovito izboljšati lastnosti kabla na enega ali več načinov, če jih uporabljamo v kombinaciji. Zato je, ko se pojavi takšna potreba, pomembno izračunati vse možne načine za rešitev problema in izbrati najprimernejšo možnost za lokalne razmere.

Upoštevati je treba, da kompetentno vodenje elektroenergetskih objektov zahteva nenehno analizo obratovalnega stanja, predvidevanje možnega razvoja dogodkov in sposobnost izračunavanja različnih situacij. Te lastnosti ločijo dobrega električarja od splošne mase navadnih delavcev.

Izračun izgube napetosti za DC omrežja 12, 24, 36V.
Izračun izgube napetosti brez upoštevanja induktivne reaktanse 220/380V.
Izračun izgube napetosti ob upoštevanju induktivne reaktanse 380V.

Pri načrtovanju omrežij je pogosto treba izračunati izgubo napetosti v kablu. Zdaj želim govoriti o osnovnih izračunih izgube napetosti v omrežjih DC in AC, v enofaznih in trifaznih omrežjih.

Obrnemo se na regulativne dokumente in poglejmo, kakšne so dovoljene vrednosti odstopanja napetosti.

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

9.23 Odstopanja napetosti od nazivne napetosti na sponkah močnostnih električnih sprejemnikov in najbolj oddaljenih električnih svetilk v normalnem načinu ne smejo presegati ± 5%,
in v načinu po izrednih dogodkih pri največjih konstrukcijskih obremenitvah - ±10%. V napetostnih omrežjih
12–42 V (šteto od vira napetosti, na primer padajočega transformatorja), odstopanja napetosti so dovoljena do 10%.

Dovoljeno je odstopanje napetosti elektromotorjev v zagonskih načinih, vendar ne več kot 15%.V tem primeru je treba zagotoviti stabilno delovanje zagonske opreme in zagon motorja.

V normalnem obratovalnem načinu pri obremenitvi močnostnih transformatorjev v transformatorske postaje, ki ne presegajo 70% njihove nazivne moči, so dovoljene (razpoložljive) skupne izgube napetosti.
od zbiralk transformatorskih postaj 0,4 kV do najbolj oddaljene svetilke splošne razsvetljave v stanovanjskih in javnih stavbah, ob upoštevanju izgub v prostem teku transformatorjev in izgub napetosti v njih, zmanjšanih na sekundarno napetost, praviloma ne sme presegati 7,5% . Hkrati izgube napetosti v električnih napeljavah znotraj zgradb ne smejo presegati 4% nazivne napetosti, za odrsko razsvetljavo - 5%.

SP 31-110-2003 (RF).
7.23 Odstopanja napetosti od nazivne napetosti na sponkah napajalnih električnih sprejemnikov in najbolj oddaljenih električnih svetilk v normalnem načinu ne smejo presegati ± 5%, največja dovoljena vrednost v načinu po izrednih dogodkih pri največjih konstrukcijskih obremenitvah pa je ± 10% . V omrežjih z napetostjo 12-50 V (šteto od vira napajanja, na primer padajočega transformatorja) so dovoljena odstopanja napetosti do 10%.

Za številne električne sprejemnike (krmilne naprave, elektromotorji) je dovoljeno zmanjšanje napetosti v zagonskih načinih v mejah vrednosti, ki so predpisane za te električne sprejemnike, vendar ne več kot 15%.

Ob upoštevanju reguliranih odstopanj od nazivne vrednosti skupne izgube napetosti od zbiralk 0,4 kV transformatorske postaje do najbolj oddaljene svetilke splošne razsvetljave v stanovanjskih in javnih stavbah praviloma ne smejo presegati 7,5%.

Razpon sprememb napetosti na sponkah električnih sprejemnikov pri zagonu elektromotorja ne sme presegati vrednosti, ki jih določa GOST 13109.

GOST 13109.

5.3.2 Najvišja dovoljena vrednost vsote stacionarnega odstopanja napetosti dUy in obsega sprememb napetosti na točkah priključitve na električna omrežja z napetostjo 0,38 kV je enaka 10% nazivne napetosti.

Napetostne izgube so odvisne od materiala kabla (baker, aluminij), prereza, dolžine voda, moči (toka) in napetosti.

Za izračun izgube napetosti sem naredil 3 programe v Excelu po knjigi F.F. Karpov "Kako izbrati prečni prerez žic in kablov."

1 Za omrežja DC se induktivna reaktanca ne upošteva. Izgubo napetosti je mogoče izračunati z naslednjimi formulami (za dvožilni vod):

S pomočjo teh formul izračunam izgubo napetosti električnih pogonov za odpiranje oken (24V), kot tudi v omrežju razsvetljave (220V).

2 Pri trifaznih omrežjih, kjer je kosinus 1, se induktivna reaktanca prav tako ne upošteva. Ta metoda se lahko uporablja tudi za razsvetljavo omrežij, ker ... njihov cos je blizu 1, napaka, ki jo dobimo, ni pomembna. Formula za izračun izgube napetosti (380V):