Падение напряжения расчет

Пример 1 – Определение потери напряжения когда нагрузка подключена в конце линии

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cosϕ = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

где:

  • γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
  • s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

где:

  • ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 .

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25 :

где:

  • Дср. – среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;
  • d – диаметр провода, мм;
  • µ — относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 103 и даже больше.

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости :

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ, зная cosϕ:

4. Определяем потерю напряжения в линии :

Пример 2 – Определение потери напряжения с несколькими нагрузками вдоль линии

Определить потерю напряжения в трехфазной сети 10 кВ, изображенной на рис.1. Сеть выполнена воздушной линией с алюминиевыми проводами марки А-35 сечением 35 мм2 на участке А-Б и проводами марки А-25 сечением 25 мм2 на участке Б-В. Расстояние между фазами равно 600 мм. Соответствующая нагрузка, коэффициент мощности cosϕ в ответвлениях, а также длины участков сети указаны на схеме.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-35 на участке А-Б:

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-35 :

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости :

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 35 + 600 = 1235 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ1, зная cosϕ1:

4. Значения активного и индуктивного сопротивления для марки провода А-25 берем из примера 1: r02 = 1,26 Ом/км; х02 = 0,256 Ом/км; tgϕ2 = 0,75.

5. Определяем суммарную потерю напряжения в линии 10 кВ:

где:

  • Uном. – номинальное напряжение, В;
  • r01, x01, r02, x02 – активные и индуктивные сопротивления трехфазных линий, Ом/км;
  • Р1,Р2 – мощности в ответвлениях, кВт;
  • L1,L2 – длины от начала линии до соответствующего ответвления, км;
  • tgϕ1, tgϕ2 – коэффициент мощности;

Литература:

1. Основы проектирования систем электроснабжения. Маньков В.Д. 2010 г.
2. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004 г.

Как рассчитать потери напряжения

По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём появляется разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.

Для нормальной работы электрооборудования величина напряжения сети не должна выходить за пределы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.

При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение возле потребителя меняется. Эти колебания необходимо учитывать при проектировании электроснабжения.

Выбор по допустимым потерям

При расчёте потерь необходимо учитывать, что в однофазной сети используется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения меняется:

U=I*R=(p*2l)/S.

В трёхфазной сети ситуация сложнее. При равномерной нагрузке, например, в электродвигателе, мощности, подключенные к фазным проводам, компенсируют друг друга, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.

Если нагрузка неравномерная, как в электроплитах, в которых может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазной сети.

В линиях большой протяжённости, кроме активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.

Принцип образования потерь напряжения

Расчёт можно выполнить по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазной сети и при расстоянии 100 метров необходимое сечение составит не менее 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².

Выбор сечения кабелей по нагреву

Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:

Р=I²*R.

В кабеле из предыдущего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Несмотря на длину, этого достаточно для того, чтобы нагреть проводник.

При нагреве провода свыше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к короткому замыканию. Величина допустимого тока зависит от материала токопроводящей жилы, изоляции и условий прокладки. Для выбора необходимо пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькулятором.

Способы снижения потерь в кабеле

Кроме нарушения нормальной работы электроприборов, падение напряжения в проводах приводит к дополнительным расходам на электроэнергию. Уменьшить эти затраты можно разными способами:

  • Увеличение сечения питающих проводов. Этот метод требует значительных расходов на замену кабелей и тщательной проверки экономической целесообразности;
  • Уменьшение длины линии. Прямая, соединяющая две точки, всегда короче кривой или ломаной линии. Поэтому при проектировании сетей электроснабжения линии следует прокладывать максимально коротким прямым путём;
  • Снижение окружающей температуры. При нагреве сопротивление металлов растёт, и увеличиваются потери электроэнергии в кабеле;
  • Уменьшение нагрузки. Этот вариант возможен при наличии большого числа потребителей и источников питания;
  • Приведение cosφ к 1 возле нагрузки. Это уменьшает потребляемый ток и потери.

Важно! Все изменения необходимо отображать на схемах.

К сведению. Улучшение вентиляции в кабельных лотках и других конструкциях приводит к снижению температуры, сопротивления и потерь в линии.

Для достижения максимального эффекта необходимо комбинировать эти способы между собой и с другими методами энергосбережения.

Расчёт падения напряжения и потерь электроэнергии в кабеле важен при проектировании систем электроснабжения и кабельных линий.

Кабельные линии большой протяженности отличаются значительным сопротивлением, которое вносит свои коррективы в работу сети. В зависимости от марки кабеля и других параметров будет отличаться и величина сопротивления. А величина потеть напряжения на кабельной линии прямо пропорциональна этому сопротивлению.

При помощи онлайн калькулятора расчет потерь напряжения в кабеле сводится к таким действиям:

  • Укажите длину кабеля в метрах и материал токоведущих жил в соответствующих окошках;
  • Сечение проводника в мм²;
  • Количество потребляемой электроэнергии в амперах или ваттах (при этом поставьте указатель напротив мощности или силы тока, в зависимости от того, какой параметр вам известен, и какую величину вы будете указывать);
  • Проставьте величину напряжения в сети;
  • Внесите коэффициент мощности cosφ;
  • Укажите температуру кабеля;

После того как вы внесли вышеперечисленных данные в поля калькулятора, нажмите кнопку “вычислить” и в соответствующих графах вы получите результат расчета – величину потерь напряжения в кабеле ΔU в %, сопротивление самого провода Rпр в Ом, реактивную мощность Qпр в ВАр и напряжение на нагрузке Uн.

Для вычисления этих величин вся система, включающая кабель и нагрузку, заменяется на эквивалентную, которую можно представить таким образом:

Схема замещения линии с нагрузкой

Как видите на рисунке, в зависимости от типа питания нагрузки (однофазная или трехфазная), сопротивление кабельной линии будет иметь последовательное или параллельное соединение по отношению к нагрузке. Расчет в калькуляторе осуществляется по таким формулам:

  • для однофазной сети: ΔU = I*ZК = I*2*(RК+XК) и для расчета в процентном соотношении:
  • для трехфазной системы: Для расчета в процентном соотношении:

Где,

  • ΔU – потеря напряжения;
  • UЛ – линейное напряжение;
  • UФ – фазное напряжение;
  • I – ток, протекающий в линии;
  • ZК – полное сопротивление кабельной линии;
  • RК – активное сопротивление кабельной линии;
  • XК – реактивное сопротивление кабельной линии.

Из них UЛ, UФ, I, – задаются на этапе введения данных. Для определения полного сопротивления ZК производится арифметическое сложение его активной RК и реактивной XК составляющей. Активное и реактивное сопротивление определяется по формулам:

RК = ( ρ * l ) / S

RК – активное сопротивление кабельной линии, где

ρ – удельное сопротивление для соответствующего металла (медь или алюминий), но величина удельного сопротивления материала величина не постоянная и может изменяться в зависимости от температуры, из-за чего для приведения его к реальным условиям выполняется пересчет по отношению к температуре:

ρt = ρ20 *

здесь:

  • a – это коэффициент температурного изменения удельного сопротивления материала.
  • ρ20 – удельное сопротивление материала при температуре +20ºС.
  • t – реальная температура проводника, в данный момент времени.
  • l – длина кабельной линии (если нагрузка однофазная, а кабель имеет две жилы, то обе они включены последовательно и длину необходимо умножить на 2)
  • S – площадь сечения проводника.

Зная активное сопротивление можно рассчитать реактивное XК, через коэффициент мощности по такой формуле:

Реактивная мощность определяется по такой формуле: Q = S*sin φ, где

Где S – это полная мощность, которую можно определить, как произведение тока в цепи на входное напряжение источника или как отношение активной мощности к коэффициенту мощности.

Для вычисления величины напряжения, приходящейся на нагрузку, производятся такие расчеты: UН = U – ΔU, где

  • Где UН – величина напряжения, приложенная к нагрузке;
  • U – напряжение на вводе в кабельную линию
  • ΔU – падение напряжения в кабельной линии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *