Comment calculer la perte de tension des câbles

La question de la qualité de transmission et de réception de l'énergie électrique dépend en grande partie de l'état des équipements impliqués dans ce processus technologique complexe. Étant donné que l'énorme puissance est transportée sur de longues distances dans le secteur de l'énergie, des exigences accrues sont imposées aux caractéristiques des lignes électriques.

De plus, une attention particulière est accordée à la réduction des pertes de tension non seulement sur les longs réseaux haute tension, mais également dans les circuits secondaires, par exemple les transformateurs de mesure de tension, comme indiqué sur la photo.

Les câbles des circuits secondaires du TT de chaque phase sont collectés en un seul endroit - l'armoire de raccordement. A partir de ce tableau, situé sur le mât central de l'équipement, les circuits de tension sont alimentés par un câble séparé au bornier du panneau situé dans la salle de relais.

L'équipement primaire de puissance est situé à une distance considérable des protections et des appareils de mesure montés sur des panneaux. La longueur d'un tel câble atteint 300 ÷ 400 mètres. De telles distances entraînent des pertes de tension notables dans le circuit interne, ce qui peut sérieusement sous-estimer les caractéristiques métrologiques des instruments de mesure et du système dans son ensemble.

Pour cette raison, la qualité de conversion d'une valeur de tension primaire, par exemple, 330 kV en une valeur secondaire de 100 volts avec la classe de précision requise de 0,2 ou 0,5, peut ne pas correspondre aux limites acceptables requises pour un fonctionnement fiable des complexes de mesure et des protections.

Afin d'éliminer ces erreurs pendant la phase de fonctionnement, tous les câbles de mesure sont conçus pour les pertes de tension même pendant la conception du circuit de l'équipement électrique.

Comment se créent les pertes de tension

Le câble est composé de conducteurs conducteurs, chacun étant entouré d'une couche diélectrique. L'ensemble de la structure est placé dans un boîtier diélectrique étanche.

Les conducteurs métalliques sont situés assez près les uns des autres, fermement pressés par la gaine de protection. Avec une longue longueur de l'autoroute, ils commencent à travailler comme un condensateur avec des plaques de charge. En raison de son action, une capacité se forme, qui fait partie intégrante de la réactivité.

Du fait des transformations sur les enroulements des transformateurs, réacteurs et autres éléments à inductances, la puissance de l'énergie électrique acquiert un caractère inductif. La résistance résistive du métal central constitue le composant actif de la résistance totale ou complexe Zp de chaque phase.

Pour fonctionner sous tension, le câble est connecté à la charge avec une résistance complexe Zn complète dans chaque noyau.

Pendant le fonctionnement du câble dans un circuit triphasé avec un mode de charge nominale, les courants dans les phases L1 ÷ L3 sont symétriques et un courant de déséquilibre très proche de zéro circule dans le fil neutre N.

La résistance complexe des conducteurs lorsque le courant les traverse provoque une chute et une perte de tension dans le câble, réduit sa valeur d'entrée et, en raison de la composante réactive, il dévie également en angle. Tout cela est schématisé dans un diagramme vectoriel.

La tension U2 agit à la sortie du câble, qui est déviée du vecteur courant d'un angle φ et réduite de la valeur de la chute I ∙ z de la valeur d'entrée U1. En d'autres termes, le vecteur de chute de tension dans le câble est formé par le passage du courant à travers la résistance complexe du conducteur et est égal à la valeur de la différence géométrique des vecteurs d'entrée et de sortie.

Pour plus de clarté, il est représenté à une échelle agrandie et est indiqué par le segment ac ou l'hypoténuse du triangle rectangulaire ack. Ses pattes ak et kc indiquent la chute de tension aux bornes de la composante active et réactive de la résistance du câble.

Nous continuons mentalement la direction du vecteur U2 jusqu'à l'intersection avec la ligne de cercle formée par le vecteur U1 du centre au point O. Nous avons le vecteur ab, avec un angle répétant la direction de U2 et une longueur égale à la différence arithmétique des quantités U1-U2. Cette quantité scalaire est appelée perte de tension.

Il est calculé lors de la création du projet et mesuré lors du fonctionnement du câble pour contrôler la sécurité de ses caractéristiques techniques.

Le principe de mesure des pertes de tension dans le câble

Pour l'expérience, il est nécessaire d'effectuer deux mesures avec un voltmètre à différentes extrémités: l'entrée et la charge. La différence entre eux étant faible, il est nécessaire d'utiliser un appareil de haute précision, de préférence de classe 0,2.

La longueur du câble peut être grande, ce qui nécessitera un temps considérable pour la transition d'un endroit à un autre. Pendant cette période, la tension dans le réseau peut changer pour diverses raisons, ce qui faussera le résultat final. Par conséquent, il est habituel d'effectuer de telles mesures des deux côtés en même temps, impliquant un assistant avec un équipement de communication et un deuxième appareil de mesure de haute précision.

Étant donné que les voltmètres mesurent la valeur efficace de la tension, la différence dans leurs lectures indiquera la quantité de perte formée par la soustraction arithmétique des modules vectoriels à l'entrée et à la sortie du câble.

À titre d'exemple, nous considérons les circuits du transformateur de tension montrés sur les photos du haut. Supposons que la valeur linéaire à l'entrée du câble soit mesurée au dixième près et égale à 100,0 volts, et aux bornes de sortie connectées à la charge, elle était de 99,5 volts. Cela signifie que les pertes de tension sont définies comme 100,0-99,5 = 0,5 V. Lorsqu'elles sont converties en pourcentages, elles s'élèvent à 0,5%.

Le principe du calcul des pertes de tension

Revenons au diagramme vectoriel des vecteurs de chute et de perte de tension. Lorsque la conception du câble est connue, sa résistivité est calculée à partir de la résistivité, de l'épaisseur et de la longueur du métal de l'âme conductrice de courant.

La réactance et la longueur spécifiques déterminent la réactance totale du câble. Souvent, pour le calcul, il suffit de prendre un répertoire avec des tables et selon la marque de câble avec certaines caractéristiques techniques calculer les deux types de résistances (active et réactive).

Connaissant les deux jambes d'un triangle rectangle, l'hypoténuse est calculée - la valeur de la résistance complexe.

Un câble est créé pour transmettre un courant nominal. En multipliant sa valeur numérique par la résistance complexe, nous trouvons la magnitude du côté de chute de tension ac. Les deux jambes sont calculées de la même manière: ak (I ∙ R) et kс (I ∙ X).

Ensuite, des calculs trigonométriques simples sont effectués. Dans le triangle ake, la jambe ae est définie en multipliant I ∙ R par cos φ, et dans Δ сkf la longueur du côté cf (I ∙ X est multipliée par sin φ). Veuillez noter que le segment cf est égal à la longueur du segment ed, comme le côté opposé du rectangle.

Ajouter les longueurs obtenues ae et ed. Nous découvrons la longueur du segment ad, qui est légèrement inférieure à ab ou à une perte de tension. En raison de la faible valeur de bd, cette valeur est plus facile à négliger que d'essayer de la prendre en compte dans les calculs, ce qui se fait presque toujours.

Cet algorithme simple est à la base du calcul d'un câble à deux conducteurs lorsqu'il est alimenté en courant sinusoïdal alternatif. La technique fonctionne avec des ajustements mineurs pour les circuits CC.

Dans les lignes triphasées fonctionnant sur des câbles à trois ou quatre fils, une procédure de calcul similaire est utilisée pour chaque phase. Pour cette raison, c'est beaucoup plus compliqué.

Comment le calcul est effectué dans la pratique

L'époque où ces calculs étaient effectués manuellement par des formules est révolue depuis longtemps. Les organisations de conception utilisent depuis longtemps des tableaux, des graphiques et des diagrammes spéciaux résumés dans des manuels techniques. Ils éliminent le travail de routine consistant à effectuer de nombreuses opérations mathématiques et les erreurs d'opérateur associées.

À titre d'exemple, nous pouvons citer les techniques exposées dans les répertoires accessibles au public:

• L'approvisionnement en électricité de Fedorov en 1986;

• sur les travaux de conception pour l'alimentation électrique des lignes électriques et des réseaux électriques édités par Bolshman, Krupovich et Samover.

Avec l'introduction massive des ordinateurs dans nos vies, des programmes de calcul des pertes de tension ont commencé à être développés, ce qui a grandement facilité ce processus. Ils sont créés à la fois pour effectuer des calculs complexes de réseaux d'alimentation électrique par des organismes de conception, et pour une évaluation approximative des résultats préliminaires de l'utilisation d'un câble séparé.

Les propriétaires de sites électriques à ces fins affichent sur leurs ressources divers calculateurs qui vous permettent d'évaluer rapidement les capacités des câbles de différentes marques. Pour les trouver, il suffit dans la recherche Google d'entrer la requête correspondante et de sélectionner l'un des services.

À titre d'exemple, considérons le fonctionnement d'une calculatrice de ce type.

Nous ferons un test test pour lui et entrerons les données initiales dans les champs appropriés:

• courant alternatif;

• aluminium

• longueur de ligne - 400 m;

• section de câble - carré de 16 mm (ce n'est probablement pas un câble, mais un conducteur);

• calcul de la puissance - 100 W;

• nombre de phases - 3;

• tension du réseau - 100 volts;

• facteur de puissance - 0,92;

• la température est de 20 degrés.

Nous appuyons sur le bouton «Calcul des pertes de tension dans le câble» et regardons le résultat du service.

Le résultat était assez plausible: 0,714 volts ou 0,714%.

Essayons de le revérifier sur un autre site. Pour ce faire, accédez à un service concurrent et entrez les mêmes valeurs.

En conséquence, nous obtenons un calcul rapide.

Vous pouvez maintenant comparer les résultats obtenus par différents services. 0,714-0,699373 = 0,021 volt.

La précision du calcul dans les deux cas est tout à fait acceptable non seulement pour une analyse rapide des performances des câbles, mais également à d'autres fins.

Une méthode de comparaison du travail de deux services en ligne a montré leur efficacité et l'absence d'erreurs de saisie de données qu'une personne peut commettre par inattention.

Cependant, après avoir effectué un tel calcul, il est trop tôt pour se calmer. Il est nécessaire de conclure que le câble sélectionné convient pour un fonctionnement dans des conditions de fonctionnement spécifiques. Pour cela, il existe des exigences techniques pour les écarts de tension admissibles par rapport à la norme.

Documents normatifs sur l'écart de tension par rapport à la valeur nominale

Selon leur nationalité, utilisez l'une des options suivantes.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Le document est valable sur le territoire de la République du Bélarus. Lors de la réception du résultat, faites attention à la clause 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Les normes actuelles sont fournies pour une utilisation dans les installations d'alimentation électrique de la Fédération de Russie. Considérez la clause 7.23.

GOST 13109

Remplacé le 1er janvier 1999, la norme interétatique, GOST 13109 de 1987. Analyser conformément au paragraphe 5.3.2.

Façons de réduire la perte de câbles

Lorsque le calcul des pertes de tension dans le câble est effectué et que le résultat est comparé aux exigences des documents réglementaires, nous pouvons conclure que le câble est adapté au travail.

Si le résultat montre que les erreurs sont surestimées, vous devez alors choisir un autre câble ou spécifier les conditions de son fonctionnement. Dans la pratique, un cas typique est souvent rencontré lorsque le câble déjà en marche révèle par des méthodes de mesure que les pertes de tension en lui dépassent les normes autorisées. De ce fait, la qualité des installations d'alimentation électrique est réduite.

Dans une telle situation, il est nécessaire de prendre des mesures techniques supplémentaires pour réduire les coûts de matériel requis pour un remplacement complet du câble en raison de:

1. restrictions sur les fuites de charge;

2. augmenter la section des conducteurs conducteurs;

3. réduire la longueur du câble de travail;

4. température de fonctionnement plus basse.

L'effet de la puissance du câble sur la perte de tension

Le flux de courant à travers un conducteur s'accompagne toujours d'un dégagement de chaleur à l'intérieur et le chauffage affecte sa conductivité.Lorsqu'une puissance accrue est transmise à travers le câble, ils, créant une température élevée, augmentent les pertes de tension.

Pour parfois les réduire, il suffit que certains consommateurs qui reçoivent de l'électricité par câble s'éteignent et redémarrent simplement sur une autre chaîne de bypass.

Cette méthode est acceptable pour les circuits branchés avec un grand nombre de consommateurs et des lignes redondantes pour leur connexion.

L'augmentation de la section de l'âme du câble

Cette méthode est souvent utilisée pour réduire les pertes dans les circuits des transformateurs de mesure de tension. Si vous connectez un autre câble à un câble de travail et connectez leurs noyaux en parallèle, les courants se diviseront et réduiront la charge dans chaque fil. Les pertes de tension sont également réduites et la précision du système de mesure est restaurée.

En utilisant cette méthode, il est important de ne pas oublier d'apporter des modifications à la documentation exécutive et en particulier aux schémas d'installation utilisés par le personnel de réparation et d'entretien pour effectuer la maintenance périodique. Cela empêchera les travailleurs de faire des erreurs.

Longueur de câble réduite

La méthode n'est pas typique, mais dans certains cas, elle peut être utilisée. Le fait est que les schémas d'acheminement des câbles dans de nombreuses entreprises énergétiques développées sont constamment développés et améliorés par rapport à l'équipement livré.

Pour cette raison, des opportunités sont créées pour déplacer le câble avec une réduction de sa longueur, ce qui réduira la perte de tension qui en résulte.

Influence de la température ambiante

Le travail du câble dans les pièces à chauffage accru entraîne une violation de l'équilibre thermique, une augmentation des erreurs de ses caractéristiques techniques. La pose le long d'autres autoroutes ou l'utilisation d'une couche d'isolation thermique peut réduire les pertes de tension.

En règle générale, il est possible d'améliorer efficacement les caractéristiques des câbles d'une ou plusieurs manières avec leur application complexe. Par conséquent, lorsqu'un tel besoin se fait sentir, il est important de considérer toutes les solutions possibles au problème et de choisir l'option la plus appropriée aux conditions locales.

Il convient de garder à l'esprit que la gestion compétente de l'économie électrique nécessite une analyse constante de la situation opérationnelle, l'anticipation de l'évolution des événements et la capacité de calculer diverses situations. Ces qualités distinguent un bon électricien de la masse générale des travailleurs ordinaires.