Jak obliczyć stratę napięcia na kablu

Kwestia jakości przesyłu i odbioru energii elektrycznej w dużej mierze zależy od stanu sprzętu zaangażowanego w ten złożony proces technologiczny. Ponieważ ogromna moc jest transportowana na duże odległości w sektorze energetycznym, zwiększone wymagania dotyczą właściwości linii energetycznych.

Ponadto zwraca się uwagę na zmniejszenie strat napięcia nie tylko na długich sieciach wysokiego napięcia, ale także w obwodach wtórnych, na przykład transformatorach pomiarowych napięcia, jak pokazano na zdjęciu.

Kable obwodów wtórnych VT z każdej fazy są zebrane w jednym miejscu - szafce montażowej zacisków. Z tej rozdzielnicy, znajdującej się na środkowym maszcie urządzenia, obwody napięcia są podawane osobnym kablem do listwy zaciskowej panelu znajdującego się w pomieszczeniu przekaźników.

Główne urządzenia zasilające znajdują się w znacznej odległości od zabezpieczeń i urządzeń pomiarowych zamontowanych na panelach. Długość takiego kabla sięga 300 ÷ 400 metrów. Takie odległości prowadzą do zauważalnych strat napięcia w obwodzie wewnętrznym, co może poważnie nie docenić charakterystyk metrologicznych przyrządów pomiarowych i całego systemu.

Z tego powodu jakość konwersji pierwotnej wartości napięcia, na przykład 330 kV na wartość wtórną 100 woltów z wymaganą klasą dokładności 0,2 lub 0,5, może nie mieścić się w dopuszczalnych granicach wymaganych do niezawodnego działania kompleksów pomiarowych i zabezpieczeń.

Aby wyeliminować takie błędy podczas fazy pracy, wszystkie kable pomiarowe są zaprojektowane na straty napięcia nawet podczas projektowania obwodu sprzętu elektrycznego.

Jak powstają straty napięcia

Kabel składa się z rdzeni przewodzących, z których każdy jest otoczony warstwą dielektryczną. Cała konstrukcja jest umieszczona w szczelnej obudowie dielektrycznej.

Metalowe przewodniki znajdują się dość blisko siebie, mocno dociśnięte osłoną ochronną. Przy dużej długości autostrady zaczynają działać jak kondensator z płytkami ładującymi. Ze względu na swoje działanie powstaje pojemność, która jest integralną częścią reaktywną.

W wyniku transformacji uzwojenia transformatorów, reaktorów i innych elementów o indukcyjności moc energii elektrycznej nabiera charakteru indukcyjnego. Rezystancyjna rezystancja rdzenia metalu stanowi aktywny składnik całkowitej lub złożonej rezystancji Zp każdej fazy.

Aby pracować pod napięciem, kabel jest podłączony do obciążenia o pełnej złożonej rezystancji Zн w każdym rdzeniu.

Podczas pracy kabla w obwodzie trójfazowym z trybem obciążenia nominalnego prądy w fazach L1 ÷ L3 są symetryczne, a prąd niesymetryczny przepływa bardzo blisko zera w przewodzie neutralnym N.

Złożony opór przewodów podczas przepływu prądu powoduje spadek i spadek napięcia w kablu, zmniejsza jego wartość wejściową, a ze względu na składową bierną również odchyla się pod kątem. Wszystko to pokazano schematycznie na schemacie wektorowym.

Napięcie U2 działa na wyjściu kabla, które jest odchylane od wektora prądu o kąt φ i zmniejszane o wielkość spadku I ∙ z od wartości wejściowej U1. Innymi słowy, wektor spadku napięcia w kablu powstaje w wyniku przepływu prądu przez złożoną rezystancję przewodnika i jest równy wartości różnicy geometrycznej wektorów wejściowych i wyjściowych.

Dla jasności jest on pokazany w powiększeniu i jest oznaczony segmentem ac lub przeciwprostokątną prostokątnego trójkąta ack. Nogi ak i kc oznaczają spadek napięcia na czynnym i reaktywnym składniku rezystancji kabla.

Mentalnie kontynuujemy kierunek wektora U2 do przecięcia z linią koła utworzoną przez wektor U1 od środka w punkcie O. Mamy wektor ab, z kątem powtarzającym kierunek U2 i długością równą różnicy arytmetycznej wielkości U1-U2. Ta wartość skalarna nazywa się utratą napięcia.

Jest obliczany podczas tworzenia projektu i mierzony podczas pracy kabla w celu monitorowania bezpieczeństwa jego właściwości technicznych.

Zasada pomiaru strat napięcia w kablu

Do eksperymentu konieczne jest wykonanie dwóch pomiarów woltomierzem na różnych końcach: wejściowym i obciążeniowym. Ponieważ różnica między nimi będzie niewielka, konieczne jest zastosowanie urządzenia o wysokiej precyzji, najlepiej klasy 0,2.

Długość kabla może być duża, co będzie wymagało dużo czasu na przejście z jednego miejsca do drugiego. W tym okresie napięcie w sieci może się zmieniać z różnych powodów, co zniekształci ostateczny wynik. Dlatego zwykle wykonuje się takie pomiary po obu stronach w tym samym czasie, angażując asystenta ze sprzętem komunikacyjnym i drugie precyzyjne urządzenie pomiarowe.

Ponieważ woltomierze mierzą efektywną wielkość napięcia, różnica w ich odczytach wskaże wielkość strat powstających w wyniku arytmetycznego odejmowania modułów wektorowych na wejściu i wyjściu kabla.

Jako przykład rozważamy obwody transformatora napięcia pokazane na górnych zdjęciach. Załóżmy, że wartość liniowa na wejściu kabla jest mierzona z dokładnością do dziesiątych i równa 100,0 woltów, a na zaciskach wyjściowych podłączonych do obciążenia wynosiła 99,5 wolta. Oznacza to, że straty napięcia są zdefiniowane jako 100,0-99,5 = 0,5 V. Po przeliczeniu na wartości procentowe wynoszą 0,5%.

Zasada obliczania strat napięcia

Wróćmy do schematu wektorów wektorów spadku i strat napięcia. Kiedy znana jest konstrukcja kabla, jego rezystywność jest obliczana na podstawie rezystywności, grubości i długości metalu rdzenia przewodzącego prąd.

Konkretna reaktancja i długość określają całkowitą reaktancję kabla. Często do obliczeń wystarczy wziąć katalog z tabelami i zgodnie z marką kabla o określonych właściwościach technicznych obliczyć oba rodzaje rezystancji (aktywne i reaktywne).

Znając dwie nogi trójkąta prostokątnego, obliczana jest przeciwprostokątna - wartość złożonego oporu.

Powstaje kabel do przesyłania prądu znamionowego. Mnożąc jego wartość liczbową przez złożoną rezystancję, dowiadujemy się o wielkości spadku napięcia ac. Obie nogi są obliczane podobnie: ak (I ∙ R) i kс (I ∙ X).

Następnie wykonuje się proste obliczenia trygonometryczne. W trójkącie ake noga ae jest definiowana przez pomnożenie I ∙ R przez cos φ, aw Δ сkf długość boku cf (I ∙ X jest pomnożone przez sin φ). Należy pamiętać, że segment cf jest równy długości segmentu ed, jako przeciwnej stronie prostokąta.

Dodaj uzyskane długości ae i ed. Dowiadujemy się o długości reklamy segmentowej, która jest nieco mniejsza niż ab lub strata napięcia. Ze względu na małą wartość bd wartość tę łatwiej jest pominąć niż spróbować uwzględnić ją w obliczeniach, co prawie zawsze się odbywa.

Ten prosty algorytm stanowi podstawę do obliczenia kabla dwużyłowego, gdy jest on zasilany przemiennym prądem sinusoidalnym. Technika działa z niewielkimi korektami dla obwodów prądu stałego.

W liniach trójfazowych pracujących na kablach trzy- lub czteroprzewodowych dla każdej fazy stosuje się podobną procedurę obliczeniową. Z tego powodu jest to znacznie bardziej skomplikowane.

Jak przeprowadzane są obliczenia w praktyce

Dawno minęły czasy, gdy takie obliczenia były wykonywane ręcznie za pomocą formuł. Organizacje projektowe od dawna stosują specjalne tabele, wykresy i diagramy podsumowane w instrukcjach technicznych. Eliminują one rutynową pracę polegającą na wykonywaniu wielu operacji matematycznych i związanych z nimi błędów operatora.

Jako przykład możemy przytoczyć techniki przedstawione w publicznie dostępnych katalogach:

• Dostawy energii elektrycznej Fiodorowa w 1986 r .;

• na temat prac projektowych dotyczących zasilania linii energetycznych i sieci elektrycznych pod redakcją Bolshmana, Krupowicza i Samovera.

Wraz z masowym wprowadzeniem komputerów w nasze życie zaczęły powstawać programy do obliczania strat napięcia, co znacznie ułatwiło ten proces. Są one tworzone zarówno do wykonywania skomplikowanych obliczeń sieci zasilających przez organizacje projektowe, jak i do przybliżonej oceny wstępnych wyników zastosowania oddzielnego kabla.

Właściciele witryn elektrycznych do tych celów umieszczają w swoich zasobach różne kalkulatory, które pozwalają szybko ocenić możliwości kabli różnych marek. Aby je znaleźć, wystarczy wyszukać w wyszukiwarce Google odpowiednie zapytanie i wybrać jedną z usług.

Jako przykład rozważ działanie tego rodzaju kalkulatora.

Zrobimy dla niego test testowy i wprowadzimy początkowe dane w odpowiednich polach:

• prąd przemienny;

• aluminium

• długość linii - 400 m;

• przekrój kabla - kwadrat 16 mm (najprawdopodobniej nie jest to kabel, ale jeden rdzeń);

• obliczanie mocy - 100 W;

• liczba faz - 3;

• napięcie sieciowe - 100 woltów;

• współczynnik mocy - 0,92;

• temperatura wynosi 20 stopni.

Naciskamy przycisk „Obliczanie strat napięcia w kablu” i patrzymy na wynik usługi.

Wynik był całkiem prawdopodobny: 0,714 woltów lub 0,714%.

Spróbujmy jeszcze raz to sprawdzić w innej witrynie. Aby to zrobić, przejdź do konkurencyjnej usługi i wprowadź te same wartości.

W rezultacie otrzymujemy szybkie obliczenia.

Teraz możesz porównać wyniki wykonane przez różne usługi. 0,714-0,699373 = 0,021 wolta.

Dokładność obliczeń w obu przypadkach jest całkiem akceptowalna nie tylko do szybkiej analizy wydajności kabla, ale także do innych celów.

Metoda porównywania pracy dwóch usług online wykazała ich skuteczność i brak błędów wprowadzania danych, które osoba może popełnić nieuwagę.

Jednak po wykonaniu takich obliczeń jest zbyt wcześnie, aby się uspokoić. Należy stwierdzić, że wybrany kabel nadaje się do pracy w określonych warunkach pracy. W tym celu istnieją wymagania techniczne dotyczące dopuszczalnych odchyleń napięcia od normy.

Dokumenty normatywne dotyczące odchyleń napięcia od wartości nominalnej

W zależności od narodowości skorzystaj z jednego z poniższych.

TKP 45–4.04–149–2009 (RB)

Dokument jest ważny na terytorium Republiki Białorusi. Otrzymując wynik, zwróć uwagę na punkt 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Obecne standardy są przewidziane do stosowania w obiektach zasilających Federacji Rosyjskiej. Rozważ klauzulę 7.23.

GOST 13109

Zastąpiony 1 stycznia 1999 r. Międzystanowy standard GOST 13109 z 1987 r. Przeanalizuj zgodnie z pkt 5.3.2.

Sposoby zmniejszenia utraty kabla

Po wykonaniu obliczeń strat napięcia w kablu, a wynik porównany z wymogami dokumentów regulacyjnych, możemy stwierdzić, że kabel nadaje się do pracy.

Jeśli wynik pokazał, że błędy są przeszacowane, musisz wybrać inny kabel lub określić warunki jego działania. W praktyce często spotyka się typowy przypadek, gdy już działający kabel ujawnia się metodami pomiarowymi, że straty napięcia w nim przekraczają dopuszczalne normy. Z tego powodu jakość urządzeń zasilających jest obniżona.

W takiej sytuacji konieczne jest podjęcie dodatkowych środków technicznych w celu zmniejszenia kosztów materiałowych wymaganych do całkowitej wymiany kabla z powodu:

1. ograniczenia wycieku ładunku;

2. zwiększenie pola przekroju przewodów przewodzących;

3. zmniejsz roboczą długość kabla;

4. niższa temperatura pracy.

Wpływ mocy kabla na utratę napięcia

Przepływowi prądu przez przewodnik zawsze towarzyszy mu ciepło, a ogrzewanie wpływa na jego przewodnictwo.Gdy zwiększona moc jest przenoszona przez kabel, one, tworząc wysoką temperaturę, zwiększają straty napięcia.

Aby je czasem zmniejszyć, wystarczy, że niektórzy odbiorcy, którzy otrzymują prąd za pomocą kabla, po prostu wyłączą się i ponownie uruchomią na innym łańcuchu obejściowym.

Ta metoda jest dopuszczalna w przypadku obwodów rozgałęzionych z dużą liczbą odbiorców i linii redundantnych do ich podłączenia.

Zwiększenie pola przekroju rdzenia kabla

Ta metoda jest często stosowana w celu zmniejszenia strat w obwodach transformatorów do pomiaru napięcia. Jeśli podłączysz inny kabel do działającego kabla i podłączysz ich rdzenie równolegle, prądy zostaną podzielone i zmniejszy się obciążenie każdego przewodu. Zmniejszone są również straty napięcia i przywrócona jest dokładność systemu pomiarowego.

Korzystając z tej metody, ważne jest, aby nie zapomnieć o wprowadzeniu zmian do dokumentacji wykonawczej, a zwłaszcza schematów instalacyjnych wykorzystywanych przez personel naprawczy i konserwacyjny do przeprowadzania okresowej konserwacji. Zapobiegnie to popełnianiu błędów przez pracowników.

Zmniejszona długość kabla

Metoda nie jest typowa, ale w niektórych przypadkach można ją zastosować. Faktem jest, że schematy tras kablowych w wielu rozwiniętych przedsiębiorstwach energetycznych są ciągle rozwijane i ulepszane w stosunku do dostarczanego sprzętu.

Z tego powodu powstają możliwości przesunięcia kabla ze zmniejszeniem jego długości, co zmniejszy wynikową utratę napięcia.

Wpływ temperatury otoczenia

Praca kabla w pomieszczeniach o zwiększonym ogrzewaniu prowadzi do naruszenia bilansu cieplnego, wzrostu błędów jego właściwości technicznych. Układanie wzdłuż innych autostrad lub stosowanie warstwy izolacji termicznej może zmniejszyć straty napięcia.

Z reguły możliwe jest skuteczne poprawianie charakterystyk kabli na jeden lub więcej sposobów dzięki ich złożonemu zastosowaniu. Dlatego gdy pojawia się taka potrzeba, ważne jest, aby rozważyć wszystkie możliwe rozwiązania problemu i wybrać najbardziej odpowiednią opcję dla lokalnych warunków.

Należy pamiętać, że właściwe zarządzanie gospodarką elektryczną wymaga stałej analizy sytuacji operacyjnej, przewidywania rozwoju zdarzeń i umiejętności obliczania różnych sytuacji. Te cechy odróżniają dobrego elektryka od ogólnej masy zwykłych pracowników.