Jak vypočítat ztrátu napětí v kabelu » Informace pro elektrikáře

Otázka kvality přenosu a příjmu elektrické energie do značné míry závisí na stavu zařízení, které se na tomto složitém technologickém procesu podílí. Vzhledem k tomu, že energetický průmysl přenáší obrovský výkon na velké vzdálenosti, jsou na vlastnosti elektrického vedení kladeny zvýšené nároky.

Kromě toho je neustále věnována pozornost snižování ztrát napětí nejen na dlouhých vysokonapěťových sítích, ale také v sekundárních obvodech, například měřicích transformátorech napětí, jak je znázorněno na fotografii.

Kabely sekundárních okruhů VT z každé fáze jsou shromažďovány na jednom místě – skříni svorkovnice. Z tohoto rozváděče, umístěného na středním montážním stožáru zařízení, jsou napěťové obvody napájeny samostatným kabelem do svorkovnice panelu umístěného v reléové místnosti.

Primární energetické zařízení je umístěno ve značné vzdálenosti od ochran a měřicích zařízení namontovaných na panelech. Délka takového kabelu dosahuje 300÷400 metrů. Takové vzdálenosti vedou ke znatelným ztrátám napětí ve vnitřním obvodu, což může vážně podcenit metrologické vlastnosti měřicích přístrojů a systému jako celku.

Z tohoto důvodu kvalita převodu primární hodnoty napětí, např. 330 kV na sekundární hodnotu 100 voltů s požadovanou třídou přesnosti 0,2 nebo 0,5, nemusí spadat do přípustných mezí požadovaných pro spolehlivý provoz měření. systémy a ochrany.

Pro odstranění těchto chyb v provozní fázi jsou všechny měřicí kabely podrobovány výpočtům ztrát napětí již při návrhu obvodu elektrického zařízení.

Obsah článku

• Jak vznikají ztráty napětí
• Princip měření ztráty napětí v kabelu
• Princip výpočtu ztráty napětí
• Jak se provádějí výpočty v praxi
• Regulační dokumenty o odchylce napětí od jmenovité hodnoty
• Způsoby, jak snížit ztráty kabelů
• Vliv výkonu přenášeného kabelem na ztráty napětí
• Zvětšení průřezové plochy jádra kabelu
• Zkrácení pracovní délky kabelu
• Vliv okolní teploty

Jak vznikají ztráty napětí

Kabel se skládá z vodivých jader, z nichž každé je obklopeno vrstvou dielektrika. Celá konstrukce je umístěna v utěsněném dielektrickém pouzdře.

Kovové vodiče jsou umístěny docela blízko u sebe, těsně přitlačeny ochranným pláštěm. S dlouhou délkou vedení začnou fungovat jako kondenzátor s deskami, které vytvářejí náboj. Jeho působením vzniká kapacita, která je nedílnou součástí reaktivní.

V důsledku transformací na vinutí transformátorů, reaktorů a dalších prvků s indukčností se výkon elektrické energie stává indukčním. Odporový odpor kovových jader tvoří aktivní složku celkového nebo komplexního odporu Zp každé fáze.

Pro provoz pod napětím je kabel připojen k zátěži s celkovým komplexním odporem Zn v každém jádru.

Během provozu kabelu v třífázovém obvodu za podmínek jmenovité zátěže jsou proudy ve fázích L1÷L3 symetrické a v nulovém vodiči N protéká nesymetrický proud velmi blízký nule.

Složitý odpor vodičů při protékání proudu způsobuje pokles a ztrátu napětí v kabelu, snižuje jeho vstupní hodnotu a vlivem jalové složky se také vychyluje podél úhlu. To vše je schematicky znázorněno ve vektorovém diagramu.

Na kabelovém výstupu je napětí U2, které je odchýleno od vektoru proudu o úhel φ a sníženo o velikost poklesu I∙z od vstupní hodnoty U1. Jinými slovy, vektor poklesu napětí v kabelu je tvořen průchodem proudu komplexním odporem vodiče a je roven hodnotě geometrického rozdílu mezi vstupními a výstupními vektory.

Pro názornost je znázorněn ve zvětšeném měřítku a je označen úsečkou ac nebo přeponou pravoúhlého trojúhelníku ask. Jeho nohy ak a kc indikují úbytek napětí na aktivní a jalové složce odporu kabelu.

V duchu pokračujeme ve směru vektoru U2, dokud se neprotne s přímkou ​​kružnice tvořené vektorem U1 ze středu v bodě O. Nyní máme vektor ab, s úhlem opakujícím směr U2 a délkou rovnou na aritmetický rozdíl mezi hodnotami U1-U2. Tato skalární veličina se nazývá ztráta napětí.

Vypočítává se při vytváření projektu a měří se během provozu kabelu, aby se sledovala bezpečnost jeho technických charakteristik.

Princip měření ztráty napětí v kabelu

K provedení experimentu je nutné provést dvě měření voltmetrem na různých koncích: vstup a zátěž. Protože rozdíl mezi nimi bude malý, je nutné použít vysoce přesné zařízení, nejlépe třídy 0,2.

Délka kabelu může být dlouhá, což bude vyžadovat značný čas na přesun z jednoho místa na druhé. Během této doby se může z různých důvodů změnit napětí v síti, což zkreslí konečný výsledek. Proto se taková měření obvykle provádějí současně z obou stran, za účasti asistenta s komunikačním zařízením a druhého vysoce přesného měřícího zařízení.

Protože voltmetry měří efektivní hodnotu napětí, rozdíl v jejich odečtech bude udávat velikost ztrát vytvořených aritmetickým odečtením vektorových modulů na vstupu a výstupu kabelu.

Jako příklad uvažujme obvody měřicích transformátorů napětí zobrazené na horních fotografiích. Předpokládejme, že lineární hodnota na vstupu kabelu je měřena s přesností na desetiny a rovná se 100,0 voltů a na výstupních svorkách připojených k zátěži je to 99,5 voltů. To znamená, že ztráty napětí jsou definovány jako 100,0-99,5 = 0,5 V. Po přepočtu na procenta činily 0,5 %.

Princip výpočtu ztráty napětí

Vraťme se k vektorovému diagramu vektorů poklesu napětí a ztrát. Když je známa konstrukce kabelu, jeho aktivní odpor se vypočítá z měrného odporu, tloušťky a délky kovu proudovodného jádra.

Specifická reaktance a délka umožňují určit celkovou reaktanci kabelu. Často pro výpočet stačí vzít referenční knihu s tabulkami a na základě značky kabelu s určitými technickými vlastnostmi vypočítat oba typy odporu (aktivní a reaktivní).

Při znalosti dvou ramen pravoúhlého trojúhelníku se vypočítá přepona – hodnota komplexního odporu.

Kabel je vytvořen pro přenos proudu o jmenovité hodnotě. Vynásobením jeho číselné hodnoty komplexním odporem zjistíme velikost úbytku napětí – střídavé strany. Obě strany se počítají podobně: ak (I∙R) a kс (I∙X).

Dále se provedou jednoduché trigonometrické výpočty. V trojúhelníku ake je větev ae určena vynásobením I∙R cos φ a v Δ сkf – délka strany cf (I∙X násobeno sin φ). Vezměte prosím na vědomí, že úsečka cf se rovná délce úsečky ed, která je protilehlou stranou obdélníku.

Přidejte výsledné délky ae a ed. Pojďme zjistit délku segmentové reklamy, která je o něco menší než ab nebo ztráta napětí. Vzhledem k malé hodnotě bd je snazší tuto hodnotu zanedbat, než se snažit ji zohlednit ve výpočtech, což se téměř vždy dělá.

Tento jednoduchý algoritmus je základem pro výpočet dvoužilového kabelu při napájení střídavým sinusovým proudem. Technika funguje i s drobnými úpravami pro stejnosměrné obvody.

U třífázových vedení provozovaných přes tří- nebo čtyřžilové kabely se pro každou fázi používá podobná výpočetní technika. Díky tomu se to stává mnohem složitější.

Jak se provádějí výpočty v praxi

Doby, kdy se takové výpočty prováděly ručně pomocí vzorců, jsou dávno pryč. Projekční organizace již dlouho používají speciální tabulky, grafy a diagramy sestavené v technických referenčních knihách. Odstraňují dřinu při provádění četných matematických operací a související chyby operátora.

Jako příklad můžeme uvést metody popsané ve veřejně dostupných referenčních knihách:

• Fedorov o dodávkách elektřiny pro rok 1986;
• o projekčních pracích pro napájení elektrických vedení a energetických sítí, editovali Bolshman, Krupovich a Samover.

S masivním zaváděním počítačů do našich životů se začaly vyvíjet programy pro výpočet ztrát napětí, které tento proces značně usnadnily. Jsou vytvořeny jak k provádění složitých výpočtů napájecích sítí projekčními organizacemi, tak k přiblížení předběžných výsledků použití jediného kabelu.

Pro tyto účely majitelé elektrotechnických webů zveřejňují na svých zdrojích různé kalkulačky, které vám umožňují rychle vyhodnotit možnosti kabelů různých značek. Chcete-li je najít, stačí zadat příslušný dotaz do vyhledávání Google a vybrat jednu ze služeb.

Jako příklad uveďme fungování kalkulačky tohoto typu.

Pojďme to vyzkoušet a do příslušných polí zadejte počáteční údaje:

• AC;
• hliník
• délka vedení – 400 m;
• průřez kabelu – 16 mm čtverečních (s největší pravděpodobností to není kabel, ale jedno jádro);
• výpočet výkonu – 100 W;
• počet fází – 3;
• síťové napětí – 100 voltů;
• účiník -0,92;
• teplota – 20 stupňů.

Klikněte na tlačítko „Výpočet ztrát napětí v kabelu“ a podívejte se na výsledek služby.

Výsledek byl docela věrohodný: 0,714 voltu nebo 0,714 %.

Zkusme to znovu zkontrolovat na jiném webu. Chcete-li to provést, přejděte do konkurenční služby a zadejte stejné hodnoty.

Výsledkem je rychlý výpočet.

Nyní můžete porovnávat výsledky různých služeb. 0,714-0,693373 = 0,021 voltu.

Přesnost výpočtu je v obou případech vcelku přijatelná nejen pro rychlou analýzu výkonových charakteristik kabelu, ale i pro jiné účely.

Metoda porovnání práce dvou online služeb ukázala jejich výkon a absenci chyb při zadávání dat, kterých se mohl člověk dopustit nepozorností.

Po provedení takového výpočtu je však příliš brzy na uklidnění. Je nutné učinit závěr o vhodnosti zvoleného kabelu pro provoz za konkrétních provozních podmínek. Pro tento účel existují technické požadavky na dovolené odchylky napětí od normy.

Regulační dokumenty o odchylce napětí od jmenovité hodnoty

V závislosti na vaší národnosti použijte jednu z následujících možností.

TKP 45—4.04—149—2009 (RB)

Doklad platí na území Běloruské republiky. Při obdržení výsledku věnujte pozornost odstavci 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Současné normy jsou určeny pro použití v napájecích zařízeních Ruské federace. Zvažte odstavec 7.23.

1. ledna 1999 nahradil mezistátní standard, GOST 13109 z roku 1987. Proveďte analýzu podle odstavce 5.3.2.

Způsoby, jak snížit ztráty kabelů

Když se provede výpočet ztrát napětí v kabelu a výsledek se porovná s požadavky regulačních dokumentů, lze učinit závěr o vhodnosti kabelu pro provoz.

Pokud výsledek ukazuje, že chyby jsou přeceňovány, pak je nutné zvolit jiný kabel nebo si ujasnit podmínky jeho provozu. V praxi se často vyskytuje typický případ, kdy měření kabelu již v provozu odhalí, že úbytek napětí v něm překračuje povolené normy. Díky tomu se snižuje kvalita napájení objektů.

V takové situaci je nutné přijmout dodatečná technická opatření ke snížení materiálových nákladů na kompletní výměnu kabelu z důvodu:

1. omezení proudícího zatížení;

2. zvětšení plochy průřezu vodičů s proudem;

3. snížení pracovní délky kabelu;

4. snížení provozní teploty.

Vliv výkonu přenášeného kabelem na ztráty napětí

Tok proudu vodičem je vždy doprovázen uvolňováním tepla v něm a ohřev ovlivňuje jeho vodivost. Když je zvýšený výkon přenášen kabelem, vytváří vyšší teplotu a zvyšuje ztrátu napětí.

K jejich snížení někdy stačí jednoduše vypnout některé spotřebitele přijímající elektřinu přes kabel a znovu je napájet pomocí jiného bypassového řetězce.

Tento způsob je vhodný pro rozvětvené okruhy s velkým počtem spotřebičů a záložních linek pro jejich připojení.

Zvětšení průřezové plochy jádra kabelu

Tato metoda se často používá ke snížení ztrát v obvodech měřicích transformátorů napětí. Pokud k pracovnímu kabelu připojíte další kabel a jejich vodiče zapojíte paralelně, proudy se rozdělí a sníží zátěž v každém vodiči. Sníží se také ztráty napětí a obnoví se přesnost měřicího systému.

Při použití této metody je důležité nezapomenout na změny dokumentace skutečného provedení a zejména montážních schémat, které slouží opravárenskému a provoznímu personálu k provádění periodické údržby. Tím se zabrání tomu, aby dělníci dělali chyby.

Zkrácení pracovní délky kabelu

Metoda není typická, ale v některých případech ji lze použít. Faktem je, že uspořádání kabelových tras v mnoha rozvinutých energetických podnicích se neustále vyvíjí a zlepšuje ve vztahu k dodávanému zařízení.

Díky tomu je možné kabel převést se zkrácením jeho délky, což v konečném důsledku sníží ztráty napětí.

Vliv okolní teploty

Provoz kabelu v místnostech se zvýšeným vytápěním vede k porušení tepelné bilance a zvýšení chyb v jeho technických vlastnostech. Položení podél jiných vedení nebo použití vrstvy tepelné izolace může snížit ztráty napětí.

Zpravidla je možné efektivně zlepšit vlastnosti kabelu jedním nebo více způsoby, když se používají v kombinaci. Proto, když taková potřeba nastane, je důležité spočítat všechny možné způsoby řešení problému a zvolit nejvhodnější variantu pro místní podmínky.

Je třeba vzít v úvahu, že kompetentní správa elektrických zařízení vyžaduje neustálou analýzu provozní situace, předvídání možného vývoje a schopnost vypočítat různé situace. Tyto vlastnosti odlišují dobrého elektrikáře od obecné masy obyčejných pracovníků.

• Jak se navrhují a fungují zařízení na měření odporu
• Moderní synchronní reluktanční motory
• Připojení ampérmetru a voltmetru ve stejnosměrné a střídavé síti

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli: