Ako vypočítať stratu napätia kábla

Otázka kvality prenosu a príjmu elektrickej energie do značnej miery závisí od stavu zariadenia, ktoré sa podieľa na tomto zložitom technologickom procese. Pretože sa v energetickom sektore prepravuje veľká energia na veľké vzdialenosti, kladú sa zvýšené požiadavky na charakteristiky elektrických vedení.

Okrem toho sa venuje pozornosť znižovaniu úbytkov napätia nielen na dlhých vysokonapäťových sieťach, ale aj v sekundárnych obvodoch, napríklad v transformátoroch na meranie napätia, ako je to znázornené na fotografii.

Káble sekundárnych obvodov VT z každej fázy sa zhromažďujú na jednom mieste - v skrinke zostavy svoriek. Z tohto rozvádzača, umiestneného na strednom stožiari zariadenia, sú napäťové obvody privádzané samostatným káblom do svorkovnice panelu umiestnenej v reléovej miestnosti.

Výkonové primárne zariadenie je umiestnené vo veľkej vzdialenosti od ochranných a meracích zariadení namontovaných na paneloch. Dĺžka takéhoto kábla dosahuje 300 až 400 metrov. Takéto vzdialenosti vedú k viditeľným stratám napätia vo vnútornom obvode, ktoré môžu vážne podceňovať metrologické charakteristiky meracích prístrojov a systému ako celku.

Z tohto dôvodu kvalita konverzie hodnoty primárneho napätia, napríklad 330 kV na sekundárnu hodnotu 100 voltov s požadovanou triedou presnosti 0,2 alebo 0,5, sa nemusí zhodovať s prijateľnými limitmi požadovanými pre spoľahlivú prevádzku meracích komplexov a ochrán.

Aby sa odstránili tieto chyby počas prevádzkovej fázy, všetky meracie káble sú navrhnuté na straty napätia dokonca aj počas projektovania elektrického obvodu.

Ako vznikajú straty napätia

Kábel pozostáva z vodivých jadier, z ktorých každé je obklopené dielektrickou vrstvou. Celá štruktúra je umiestnená v utesnenom dielektrickom puzdre.

Kovové vodiče sú umiestnené celkom blízko seba, pevne pritlačené ochranným plášťom. Po dlhej diaľnici začnú pracovať ako kondenzátor s nabíjacími doskami, Vďaka svojej činnosti sa vytvára kapacitná kapacita, ktorá je neoddeliteľnou súčasťou reaktívneho.

V dôsledku transformácií vinutia transformátorov, reaktorov a iných prvkov s indukčnosťou získava elektrická energia indukčný charakter. Odporový odpor kovového jadra tvorí aktívnu zložku celkového alebo komplexného odporu Zп každej fázy.

Na prácu pod napätím je kábel pripojený k záťaži s úplným komplexným odporom Zн v každom jadre.

Počas práce s káblom v trojfázovom obvode v režime nominálneho zaťaženia sú prúdy vo fázach L1 ÷ L3 symetrické a nevyvážený prúd je veľmi blízko nule prúdom v nulovom vodiči N.

Komplexný odpor vodičov, keď nimi preteká prúd, spôsobuje pokles a stratu napätia v kábli, znižuje jeho vstupnú hodnotu a vďaka reaktívnej zložke sa tiež vychyľuje v uhle. To všetko je schematicky znázornené vo vektorovom diagrame.

Napätie U2 pôsobí na káblový výstup, ktorý sa líši od aktuálneho vektora o uhol φ a znižuje sa o hodnotu kvapky Iz z vstupnej hodnoty U1. Inými slovami, vektor poklesu napätia v kábli je tvorený priechodom prúdu cez komplexný odpor vodiča a je rovný hodnote geometrického rozdielu vstupných a výstupných vektorov.

Pre lepšiu prehľadnosť je znázornený vo zväčšenej mierke a je označený segmentom ac alebo preponou obdĺžnikového trojuholníka ack. Jeho nohy ak a kc označujú pokles napätia cez aktívnu a reaktívnu zložku odporu kábla.

Mentálne pokračujeme v smere vektora U2 k priesečníku s priamkou kruhu tvorenou vektorom U1 zo stredu v bode O. Máme vektor ab, s uhlom opakujúcim sa v smere U2 a dĺžkou rovnajúcou sa aritmetickému rozdielu množstiev U1-U2. Toto skalárne množstvo sa nazýva strata napätia.

Vypočítava sa počas vytvárania projektu a meria sa počas prevádzky kábla, aby sa sledovala bezpečnosť jeho technických charakteristík.

Princíp merania strát napätia v kábli

Pre experiment je potrebné vykonať dve merania voltmetrom na rôznych koncoch: vstup a záťaž. Pretože rozdiel medzi nimi bude malý, je potrebné použiť vysoko presné zariadenie, výhodne triedy 0,2.

Dĺžka kábla môže byť veľká, čo bude vyžadovať značný čas na prechod z jedného miesta na druhé. Počas tohto obdobia sa napätie v sieti môže meniť z rôznych dôvodov, čo skreslí konečný výsledok. Preto je obvyklé uskutočňovať také merania na oboch stranách súčasne, zapojiť asistenta s komunikačnými zariadeniami a druhé meracie zariadenie s vysokou presnosťou.

Pretože voltmetre merajú účinnú hodnotu napätia, rozdiel v ich odčítaných údajoch bude indikovať mieru straty spôsobenej aritmetickým odčítaním vektorových modulov na vstupe a na výstupe kábla.

Ako príklad považujeme obvody transformátora napätia uvedené na horných fotografiách. Predpokladajme, že lineárna hodnota na vstupe kábla sa meria na najbližšiu desatinu a rovná 100,0 voltu a na výstupných svorkách pripojených k záťaži to bolo 99,5 voltu. To znamená, že straty napätia sú definované ako 100,0 - 99,5 = 0,5 V. Pri prepočte na percentá predstavovali 0,5%.

Princíp výpočtu úbytku napätia

Vráťme sa k vektorovej schéme vektorov úbytku napätia a napätia. Ak je známa konštrukcia kábla, jeho odpor sa počíta z odporu, hrúbky a dĺžky kovu jadra nesúceho prúd.

Špecifická reaktancia a dĺžka určujú celkovú reaktivitu kábla. Pre výpočet často stačí vziať adresár s tabuľkami a podľa značky kábla s určitými technickými charakteristikami vypočítať oba typy odporov (aktívny aj reaktívny).

Poznáme dve vetvy pravouhlého trojuholníka a vypočíta sa prepona - hodnota komplexného odporu.

Vytvorí sa kábel na prenos nominálneho prúdu. Vynásobením jeho číselnej hodnoty komplexným odporom zistíme veľkosť poklesu napätia na str. Obidve nohy sa vypočítajú podobne: ak (I ∙ R) a kс (I ∙ X).

Ďalej sa vykonávajú jednoduché trigonometrické výpočty. V trojuholníku ake je noha ae definovaná vynásobením I ∙ R cos φ a v Δ сkf je dĺžka strany cf (I ∙ X vynásobená sinom φ). Upozorňujeme, že segment cf sa rovná dĺžke segmentu ed ako opačná strana obdĺžnika.

Pridajte získané dĺžky ae a ed. Zistíme dĺžku segmentu ad, ktorá je o niečo menšia ako ab alebo strata napätia. Kvôli malej hodnote bd je táto hodnota ľahšie zanedbateľná, ako sa ju snažiť zohľadniť vo výpočtoch, čo sa takmer vždy robí.

Tento jednoduchý algoritmus je základom pre výpočet dvojžilového kábla, keď je napájaný striedavým sínusovým prúdom. Táto technika pracuje s malými úpravami jednosmerných obvodov.

V trojfázových vedeniach pracujúcich na troj- alebo štvorvodičových kábloch sa používa podobný postup výpočtu pre každú fázu. Z tohto dôvodu je to oveľa zložitejšie.

Ako sa výpočet vykonáva v praxi

Časy, keď sa takéto výpočty vykonávali manuálne pomocou vzorcov, už dávno prešli. Konštrukčné organizácie už dlho používajú špeciálne tabuľky, grafy a diagramy zhrnuté v technických príručkách. Eliminujú rutinnú prácu pri vykonávaní početných matematických operácií a súvisiacich chýb operátora.

Ako príklad môžeme uviesť techniky uvedené vo verejne prístupných adresároch:

• Dodávka elektrickej energie Fedorov v roku 1986;

• o projektových prácach na dodávke energie do elektrických vedení a elektrických sietí, ktoré vydali Bolshman, Krupovich a Samover.

S masívnym zavedením počítačov do našich životov sa začali vyvíjať programy na výpočet úbytku napätia, čo tento proces veľmi uľahčilo. Sú vytvorené tak na vykonávanie zložitých výpočtov sietí napájania projektovými organizáciami, ako aj na približné posúdenie predbežných výsledkov použitia samostatného kábla.

Majitelia elektrických lokalít na tieto účely zverejňujú na svojich zdrojoch rôzne kalkulačky, ktoré vám umožňujú rýchlo posúdiť možnosti káblov rôznych značiek. Na ich nájdenie stačí vo vyhľadávaní Google zadať zodpovedajúci dopyt a vybrať jednu zo služieb.

Ako príklad uvážte fungovanie kalkulačky tohto druhu.

Urobíme pre neho test a zadáme počiatočné údaje do príslušných polí:

• striedavý prúd;

• hliník;

• dĺžka vlasca - 400 m;

• časť kábla - štvorec 16 mm (s najväčšou pravdepodobnosťou nejde o kábel, ale o jedno jadro);

• výpočet výkonu - 100 W;

• počet fáz - 3;

• sieťové napätie - 100 voltov;

• účinník - 0,92;

• teplota je 20 stupňov.

Stlačíme tlačidlo „Výpočet úbytku napätia v kábli“ a pozrieme sa na výsledok služby.

Výsledok bol celkom hodnoverný: 0,714 voltov alebo 0,714%.

Skúsme to znova skontrolovať na inom webe. Ak to chcete urobiť, choďte do konkurenčnej služby a zadajte rovnaké hodnoty.

Výsledkom je rýchly výpočet.

Teraz môžete porovnávať výsledky rôznych služieb. 0,714 - 0,699373 = 0,021 voltu.

Presnosť výpočtu v oboch prípadoch je celkom prijateľná nielen pre rýchlu analýzu výkonu kábla, ale aj pre iné účely.

Spôsob porovnania práce dvoch online služieb ukázal ich efektívnosť a neexistenciu chýb pri zadávaní údajov, ktoré sa môže osoba dopustiť nepozornosťou.

Po vykonaní takéhoto výpočtu je však príliš skoro sa upokojiť. Je potrebné konštatovať, že zvolený kábel je vhodný na prevádzku v špecifických prevádzkových podmienkach. Na tento účel existujú technické požiadavky na prípustné odchýlky napätia od normy.

Normatívne dokumenty o odchýlke napätia od menovitej hodnoty

V závislosti od ich štátnej príslušnosti použite jednu z nasledujúcich možností.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Tento dokument je platný na území Bieloruskej republiky. Pri prijímaní výsledku venujte pozornosť článku 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Sú stanovené súčasné normy pre použitie v napájacích zariadeniach Ruskej federácie. Zvážte ustanovenie 7.23.

GOST 13109

Nahradený 1. januára 1999, medzištátny štandard, GOST 13109 z roku 1987. Analyzujte podľa bodu 5.3.2.

Spôsoby, ako znížiť stratu kábla

Ak sa vykoná výpočet strát napätia v kábli a výsledok sa porovná s požiadavkami regulačných dokumentov, môžeme konštatovať, že kábel je vhodný na prácu.

Ak výsledok ukázal, že chyby sú nadhodnotené, musíte zvoliť iný kábel alebo špecifikovať podmienky jeho činnosti. V praxi sa často vyskytuje typický prípad, keď už pracovný kábel odhalil pomocou metód merania, že straty napätia v ňom presahujú povolené normy. Z tohto dôvodu sa znižuje kvalita zariadení na dodávku energie.

V takejto situácii je potrebné prijať ďalšie technické opatrenia na zníženie materiálových nákladov potrebných na kompletnú výmenu kábla z dôvodu:

1. obmedzenia netesného nákladu;

2. zväčšenie prierezovej plochy vodivých vodičov;

3. skrátiť pracovnú dĺžku kábla;

4. nižšia prevádzková teplota.

Vplyv výkonu kábla na stratu napätia

Tok prúdu cez vodič je vždy sprevádzaný teplom v ňom a zahrievanie ovplyvňuje jeho vodivosť.Keď sa cez kábel prenáša zvýšený výkon, zvyšuje teplotu a spôsobuje vysoké teploty.

Niekedy je dosť na to, aby niektorí spotrebitelia, ktorí dostávajú elektrinu cez kábel, jednoducho vypli a reštartovali iný reťazec obtoku.

Táto metóda je prijateľná pre rozvetvené obvody s veľkým počtom spotrebiteľov a nadbytočné vedenia na ich pripojenie.

Zväčšenie prierezovej plochy káblového jadra

Táto metóda sa často používa na zníženie strát v obvodoch transformátorov na meranie napätia. Ak k pracovnému káblu pripojíte ďalší kábel a paralelne spojíte ich jadrá, prúdy sa rozdelia a znížia zaťaženie každého vodiča. Straty napätia sa tiež znížia a obnoví sa presnosť meracieho systému.

Pri použití tejto metódy je dôležité nezabudnúť na vykonanie zmien vo výkonnej dokumentácii a najmä v inštalačných diagramoch, ktoré pracovníci údržby a údržby používajú na vykonávanie pravidelnej údržby. Zamedzí sa tým pracovníkom robiť chyby.

Skrátená dĺžka kábla

Metóda nie je typická, ale v niektorých prípadoch ju možno použiť. Faktom je, že schémy vedenia káblov v mnohých rozvinutých energetických podnikoch sa neustále vyvíjajú a zdokonaľujú vo vzťahu k dodávaným zariadeniam.

Vďaka tomu sa vytvárajú príležitosti na posun kábla so znížením jeho dĺžky, čo zníži výslednú stratu napätia.

Vplyv okolitej teploty

Prevádzka káblov v miestnostiach so zvýšeným ohrevom vedie k narušeniu tepelnej bilancie, k zvýšeniu chýb jej technických charakteristík. Pokladanie pozdĺž iných diaľnic alebo použitie tepelnej izolácie môže znížiť straty napätia.

Spravidla je možné účinne zlepšiť vlastnosti káblov jedným alebo viacerými spôsobmi s ich komplexnou aplikáciou. Preto, keď vznikne takáto potreba, je dôležité zvážiť všetky možné riešenia problému a zvoliť najvhodnejšiu možnosť pre miestne podmienky.

Malo by sa pamätať na to, že kompetentné riadenie elektrickej ekonomiky si vyžaduje neustálu analýzu prevádzkovej situácie, predvídanie vývoja udalostí a schopnosť vypočítať rôzne situácie. Tieto vlastnosti odlišujú dobrého elektrikára od všeobecnej masy bežných pracovníkov.

Comments

[#1]

Bohužiaľ, na hornom obrázku nie je vektor I * R rovnobežný s vektorom I.

Vzájomná kapacita jadier kábla vytvára kapacitnú vodivosť, nie odpor.

A na to príde, mali by ste počítať s receptami na dlhé trate.