Как да изчислим загубата на кабелно напрежение

Въпросът за качеството на предаване и приемане на електрическа енергия до голяма степен зависи от състоянието на оборудването, което участва в този сложен технологичен процес. Тъй като огромната мощност се транспортира на дълги разстояния в енергийния сектор, се поставят повишени изисквания към характеристиките на електропроводите.

Освен това, за да се намалят загубите на напрежение, постоянно се обръща внимание не само на дългите мрежи с високо напрежение, но и на вторични вериги, например, трансформатори за измерване на напрежение, както е показано на снимката.

Кабелите на вторичните вериги на VT от всяка фаза се събират на едно място - шкафа за монтаж на клемите. От това разпределително устройство, разположено върху средната мачта на оборудването, веригите за напрежение се подават чрез отделен кабел към клемния блок на панела, разположен в релейната стая.

Първичното оборудване за захранване е разположено на значително разстояние от защитите и измервателните устройства, монтирани на панелите. Дължината на такъв кабел достига 300 ÷ 400 метра. Такива разстояния водят до забележими загуби на напрежение във вътрешната верига, което може сериозно да подцени метрологичните характеристики на измервателните уреди и системата като цяло.

Поради тази причина качеството на преобразуване на стойност на първично напрежение, например 330 kV, във вторична стойност от 100 волта с необходимия клас на точност 0,2 или 0,5, може да не се вписва в приемливите граници, необходими за надеждна работа на измервателни комплекси и защити.

За да се премахнат такива грешки по време на фазата на работа, всички измервателни кабели са проектирани за загуби на напрежение дори по време на проектирането на веригата на електрическото оборудване.

Как се създават загуби на напрежение

Кабелът се състои от проводими ядра, всяко от които е заобиколено от диелектричен слой. Цялата конструкция е поставена в запечатан диелектричен корпус.

Металните проводници са разположени доста близо един до друг, плътно притиснати от защитната обвивка. С голяма дължина на магистралата те започват да работят като кондензатор с платки за зареждане, Благодарение на своето действие се формира капацитет, който е неразделна част от реактивна.

В резултат на преобразувания върху намотките на трансформатори, реактори и други елементи с индуктивност, силата на електрическата енергия придобива индуктивен характер. Резистивното съпротивление на основния метал образува активния компонент на общото или сложното съпротивление Zп на всяка фаза.

За да работи под напрежение, кабелът е свързан към товара с пълно сложно съпротивление Zн във всяко ядро.

По време на работа на кабел в трифазна верига с режим на номинално натоварване, токовете във фази L1 ÷ L3 са симетрични, а в неутралния проводник тече неуравновесен ток, много близък до нула.

Сложното съпротивление на проводниците при преминаване на ток през тях причинява спад и загуба на напрежение в кабела, намалява входната му стойност и поради реактивния компонент също се отклонява в ъгъл. Всичко това е показано схематично във векторна диаграма.

Напрежението U2 действа на изхода на кабела, който се отклонява от вектора на тока под ъгъл φ и намалява с величината на спада I ∙ z от входната стойност U1. С други думи, векторът на падане на напрежението в кабела се формира от преминаването на ток през сложното съпротивление на проводника и е равен на стойността на геометричната разлика на входния и изходния вектори.

За по-голяма яснота тя се показва в увеличен мащаб и се обозначава с сегмента ac или хипотенузата на правоъгълния триъгълник ack. Краката му ak и kc означават спада на напрежението върху активния и реактивен компонент на съпротивлението на кабела.

Мислено продължаваме посоката на вектора U2 до пресечната точка с окръжната линия, образувана от вектора U1 от центъра в точка О. Имаме вектора ab, с ъгъл, повтарящ посоката на U2, и дължина, равна на аритметичната разлика на величините U1-U2. Това скаларно количество се нарича загуба на напрежение.

Изчислява се по време на създаването на проекта и се измерва по време на работа на кабела, за да се следи безопасността на техническите му характеристики.

Принципът на измерване на загубите на напрежение в кабела

За експеримента е необходимо да се извършат две измервания с волтметър в различни краища: вход и товар. Тъй като разликата между тях ще бъде малка, е необходимо да се използва високо прецизно устройство, за предпочитане от клас 0,2.

Дължината на кабела може да бъде голяма, което ще изисква значително време за прехода от едно място на друго. През този период напрежението в мрежата може да се промени по различни причини, което ще изкриви крайния резултат. Следователно е обичайно да се извършват такива измервания от двете страни едновременно, да се включва помощник с комуникационни съоръжения и второ измервателно устройство с висока точност.

Тъй като волтметри измерват ефективната стойност на напрежението, разликата в техните показания ще покаже размера на загубата, образувана от аритметично изваждане на векторните модули на входа и изхода на кабела.

Като пример разглеждаме веригите на трансформаторите на напрежение, показани на горните снимки. Да предположим, че линейната стойност на входа на кабела се измерва до най-близката десета и е равна на 100,0 волта, а на изходните клеми, свързани към товара, е била 99,5 волта. Това означава, че загубите на напрежение са определени като 100,0-99,5 = 0,5 V. Когато се преобразуват в проценти, те възлизат на 0,5%.

Принципът на изчисляване на загубите на напрежение

Нека се върнем към векторната диаграма на векторите за спад и загуба на напрежение. Когато конструкцията на кабела е известна, неговото съпротивление се изчислява от съпротивлението, дебелината и дължината на метала на токопроводящата сърцевина.

Специфичната реактивност и дължина определят общата реактивност на кабела. Често за изчисление е напълно достатъчно да вземете директория с таблици и според марката кабел с определени технически характеристики изчислете и двата вида съпротивления (активни и реактивни).

Познавайки двата крака на правоъгълен триъгълник, се изчислява хипотенузата - стойността на сложното съпротивление.

Създава се кабел за предаване на номинален ток. Умножавайки числената му стойност по сложното съпротивление, установяваме величината на променливотоковия променлив променлив ток. И двата крака се изчисляват по подобен начин: ak (I ∙ R) и kс (I ∙ X).

След това се извършват прости тригонометрични изчисления. В акето на триъгълника краката ae се определя чрез умножаване на I ∙ R на cos φ, а в Δ сkf дължината на страничната cf (I ∙ X се умножава по sin φ). Моля, обърнете внимание, че сегментът cf е равен на дължината на сегмента ed, като противоположната страна на правоъгълника.

Добавете получените дължини ae и ed. Разбираме дължината на сегментната реклама, която е малко по-малка от ab или загуба на напрежение. Поради малката стойност на bd, тази стойност е по-лесна за пренебрегване, отколкото да се опитаме да я вземем предвид при изчисленията, което почти винаги се прави.

Този прост алгоритъм е основата за изчисляване на двужилен кабел, когато е снабден с променлив синусоидален ток. Техниката работи с малки настройки за постояннотокови вериги.

В трифазни линии, работещи на три- или четирижилни кабели, за всяка фаза се използва подобна процедура за изчисление. Поради това е много по-сложно.

Как се извършва изчислението на практика

Времената, в които подобни изчисления се извършват ръчно по формули, отдавна са минали. Дизайнерските организации отдавна използват специални таблици, графики и диаграми, обобщени в техническите наръчници. Те елиминират рутинната работа при извършване на множество математически операции и свързаните с тях грешки на оператора.

Като пример можем да посочим техниките, изложени в публично достъпни директории:

• Електроснабдяването на Федоров през 1986 г .;

• по проектни работи за електрозахранване на електропроводи и електрически мрежи, редактирани от Болшман, Крупович и Самовер.

С масовото въвеждане на компютри в нашия живот започнаха да се разработват програми за изчисляване на загуби на напрежение, което значително улесни този процес. Те са създадени както за извършване на сложни изчисления на захранващи мрежи от проектантски организации, така и за приблизителна оценка на предварителните резултати от използването на отделен кабел.

Собствениците на електрически сайтове за тези цели поставят различни калкулатори на своите ресурси, които ви позволяват бързо да оцените възможностите на кабели от различни марки. За да ги намерите, достатъчно е при търсене с Google да въведете съответната заявка и да изберете една от услугите.

Като пример, помислете за работата на такъв калкулатор.

Ще направим тестов тест за него и ще въведем първоначалните данни в съответните полета:

• променлив ток;

• алуминий;

• дължина на линията - 400 м;

• секция на кабела - 16 мм квадрат (най-вероятно това не е кабел, а едно жило);

• изчисление на мощността - 100 W;

• брой фази - 3;

• мрежово напрежение - 100 волта;

• коефициент на мощност - 0,92;

• температура е 20 градуса.

Натискаме бутона „Изчисляване на загубите на напрежение в кабела“ и разглеждаме резултата от услугата.

Резултатът беше доста правдоподобен: 0,714 волта или 0,714%.

Нека се опитаме да го проверим отново в друг сайт. За целта отидете на конкурентна услуга и въведете същите стойности.

В резултат на това получаваме бързо изчисление.

Сега можете да сравните резултатите, извършвани от различни служби. 0,714-0,699373 = 0,021 волта.

Точността на изчислението и в двата случая е напълно приемлива не само за бърз анализ на производителността на кабела, но и за други цели.

Метод за сравнение на работата на две онлайн услуги показа тяхната ефективност и липсата на грешки при въвеждане на данни, които човек може да извърши чрез невнимание.

Въпреки това, след като извърши такова изчисление, е твърде рано да се успокои. Необходимо е да се заключи, че избраният кабел е подходящ за работа при специфични работни условия. За това има технически изисквания за допустими отклонения на напрежението от нормата.

Нормативни документи за отклонението на напрежението от номиналната стойност

В зависимост от тяхната националност използвайте едно от следните.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Документът е валиден на територията на Република Беларус. Когато получавате резултата, обърнете внимание на клауза 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Настоящите стандарти са предвидени за използване в електроснабдителни съоръжения на Руската федерация. Обмислете клауза 7.23.

ГОСТ 13109

Заменен на 1 януари 1999 г. междудържавния стандарт, GOST 13109 от 1987 г. Анализирайте съгласно параграф 5.3.2.

Начини за намаляване на загубата на кабели

Когато се направи изчисляването на загубите на напрежение в кабела и резултатът се сравнява с изискванията на регулаторните документи, можем да заключим, че кабелът е подходящ за работа.

Ако резултатът показа, че грешките са надценени, тогава трябва да изберете друг кабел или да посочите условията за неговата работа. На практика често се среща типичен случай, когато вече работещ кабел разкрива чрез методи на измерване, че загубите на напрежение в него надвишават допустимите норми. Поради това се намалява качеството на съоръженията за захранване.

В такава ситуация е необходимо да се предприемат допълнителни технически мерки за намаляване на материалните разходи, необходими за цялостна подмяна на кабела поради:

1. ограничения за течащ товар;

2. увеличаване на площта на напречното сечение на проводимите проводници;

3. намали дължината на работния кабел;

4. по-ниска работна температура.

Ефектът на захранването на кабела върху загубата на напрежение

Потокът на ток през проводник винаги се придружава от отделянето на топлина в него и нагряването влияе върху неговата проводимост.Когато повишената мощност се предава през кабела, те, създавайки висока температура, увеличават загубите на напрежение.

За да ги намалите понякога, напълно е достатъчно някои потребители, които получават електричество по кабел, просто да изключат и да рестартират на друга байпасна верига.

Този метод е приемлив за разклонени вериги с голям брой потребители и излишни линии за тяхното свързване.

Увеличението на площта на напречното сечение на кабелното ядро

Този метод често се използва за намаляване на загубите в схемите на измервателни напрежения на трансформатори. Ако свържете друг кабел към работещ кабел и свържете паралелно техните ядра, токовете ще се разделят и ще намалят натоварването във всеки проводник. Намаляват се и напреженията и се възстановява точността на измервателната система.

Използвайки този метод, важно е да не забравяте да правите промени в изпълнителната документация и особено на монтажните схеми, използвани от персонала за ремонт и поддръжка за извършване на периодична поддръжка. Това ще попречи на работниците да правят грешки.

Намалена дължина на кабела

Методът не е типичен, но в някои случаи може да се използва. Факт е, че схемите за кабелно трасе в много развити енергийни предприятия непрекъснато се разработват и подобряват по отношение на доставеното оборудване.

Поради това се създават възможности за изместване на кабела с намаляване на дължината му, което ще намали получената загуба на напрежение.

Влияние на околната температура

Работата на кабела в помещения с повишено отопление води до нарушаване на топлинния баланс, увеличаване на грешките на неговите технически характеристики. Полагането на други магистрали или използването на топлоизолационен слой може да намали загубите на напрежение.

По правило е възможно ефективно подобряване на характеристиките на кабелите по един или повече начини с тяхното сложно приложение. Ето защо, когато възникне такава необходимост, е важно да се разгледат всички възможни решения на проблема и да се избере най-подходящият вариант за местните условия.

Трябва да се има предвид, че компетентното управление на електрическата икономика изисква постоянен анализ на оперативната ситуация, предвиждане на развитието на събитията и възможност за изчисляване на различни ситуации. Тези качества отличават добрия електротехник от общата маса на обикновените работници.