Kako izračunati gubitak napona kabela

Pitanje kvalitete prijenosa i primanja električne energije uvelike ovisi o stanju opreme koja je uključena u ovaj složen tehnološki proces. Budući da se ogromna snaga prenosi na velike udaljenosti u energetskom sektoru, sve su veći zahtjevi za karakteristikama dalekovoda.

Štoviše, za smanjenje gubitaka napona, pažnja se neprestano posvećuje ne samo dugim naponskim mrežama, nego i sekundarnim krugovima, na primjer, transformatorskim transformatorima za mjerenje napona, kao što je prikazano na fotografiji.

Kablovi sekundarnih krugova VT iz svake faze sakupljaju se na jednom mjestu - kabinetu sklopa terminala. Iz ovog rasklopnog uređaja, smještenog na srednjem jarbolu opreme, naponski krugovi se napajaju posebnim kabelom do terminalnog bloka ploče koji se nalazi u sobi releja.

Snažna primarna oprema nalazi se na značajnoj udaljenosti od zaštite i mjernih uređaja montiranih na pločama. Duljina takvog kabela doseže 300 ÷ 400 metara. Takve udaljenosti dovode do primjetnih gubitaka napona u unutarnjem krugu, što može ozbiljno podcijeniti metrološke karakteristike mjernih instrumenata i sustava u cjelini.

Iz tog razloga, kvaliteta pretvaranja vrijednosti primarnog napona, na primjer, 330 kV u sekundarnu vrijednost od 100 volti, s potrebnim razredom točnosti 0,2 ili 0,5, ne može se uklopiti u prihvatljive granice potrebne za pouzdan rad mjernih kompleksa i zaštite.

Kako bi se uklonile takve pogreške tijekom faze rada, svi su mjerni kabeli dizajnirani za gubitke napona, čak i tijekom projektiranja kruga električne opreme.

Kako nastaju gubici napona

Kabel se sastoji od vodljivih jezgara, od kojih je svaka okružena dielektričnim slojem. Čitava konstrukcija je smještena u zapečaćenom dielektričnom kućištu.

Metalni vodiči smješteni su prilično blizu jedan drugom, čvrsto pritisnuti zaštitnim omotačem. S velikom dužinom autoceste počinju raditi poput kondenzatora s pločicama naboja, Zbog svog djelovanja formira se kapacitivnost, koja je sastavni dio reakcije.

Kao rezultat transformacija namota transformatora, reaktora i drugih elemenata s induktivitetom, snaga električne energije poprima induktivni karakter. Otporni otpor jezgre metala čini aktivnu komponentu ukupnog ili kompleksnog otpora Zp svake faze.

Da bi radio pod naponom, kabel je povezan s teretom s potpunim složenim otporom Zn u svakoj jezgri.

Tijekom rada kabela u trofaznom krugu s načinom nominalnog opterećenja, struje u fazama L1 ÷ L3 su simetrične, a neravnotežna struja vrlo blizu nule teče u neutralnoj žici N.

Složeni otpor vodiča kada struja teče kroz njih uzrokuje pad i gubitak napona u kablu, smanjuje njegovu ulaznu vrijednost, a zbog jalove komponente odlazi i pod kut. Sve je to shematski prikazano u vektorskom dijagramu.

Napon U2 djeluje na izlazu kabela koji je odstupan od vektora struje za kut φ i smanjen za veličinu pada I ∙ z od ulazne vrijednosti U1. Drugim riječima, vektor pada napona u kablu nastaje prolaskom struje kroz složeni otpor vodiča i jednak je vrijednosti geometrijske razlike ulaznog i izlaznog vektora.

Radi jasnoće, prikazan je u uvećanom mjerilu i označen je segmentom ac ili hipotenuzom pravokutnog trokuta ack. Njegove noge ak i kc označavaju pad napona preko aktivne i reaktivne komponente otpora kabela.

Mentalno nastavljamo smjer vektora U2 do sjecišta s kružnom linijom koju vektor U1 tvori iz središta u točki O. Imamo vektor ab, s kutom koji ponavlja smjer U2, a duljina jednaka aritmetičkoj razlici količina U1-U2. Ova skalarna količina naziva se gubitak napona.

Izračunava se tijekom izrade projekta i mjeri se tijekom rada kabela radi praćenja sigurnosti njegovih tehničkih karakteristika.

Princip mjerenja gubitaka napona u kablu

Za eksperiment je potrebno izvršiti dva mjerenja voltmetrom na različitim krajevima: ulaz i opterećenje. Budući da će razlika između njih biti mala, potrebno je koristiti visoko precizni uređaj, poželjno klase 0,2.

Duljina kabela može biti velika, što će trebati puno vremena za prijelaz s jednog mjesta na drugo. Tijekom tog razdoblja napon u mreži može se mijenjati iz različitih razloga, što će iskriviti konačni rezultat. Stoga je uobičajeno da takve mjere istodobno provode na obje strane, uključuju pomoćnika s komunikacijskom opremom i drugi visoko precizni uređaj za mjerenje.

Budući da voltmetri mjere efektivnu vrijednost napona, razlika u njihovim očitanjima ukazuje na količinu gubitaka nastalih aritmetičkim oduzimanjem vektorskih modula na ulazu i izlazu kabela.

Kao primjer, smatramo sklopove transformatora napona prikazane na gornjim fotografijama. Pretpostavimo da se linearna vrijednost na ulazu kabela mjeri na najbližu desetinu i jednaka je 100,0 volti, a na izlaznim priključcima povezanim s teretom je bila 99,5 volti. To znači da su gubici napona definirani kao 100,0-99,5 = 0,5 V. Kada su pretvoreni u postotke, oni su iznosili 0,5%.

Princip izračuna gubitaka napona

Vratimo se vektorskom dijagramu vektora padova i gubitka napona. Kada je izvedba kabela poznata, njegov se otpornost izračunava od otpornosti, debljine i duljine metala jezgre koja nosi struju.

Specifična reaktancija i duljina određuju ukupnu reaktanciju kabela. Često je za proračun sasvim dovoljno uzeti katalog sa tablicama i prema marki kabela s određenim tehničkim karakteristikama izračunati obje vrste otpora (aktivni i reaktivni).

Poznavajući dvije noge pravokutnog trokuta, izračunava se hipotenuza - vrijednost složenog otpora.

Stvara se kabel za prijenos nazivne struje. Pomnoživši njegovu brojčanu vrijednost s složenim otporom, saznajemo veličinu izmjeničnog napona na naponu. Obje noge se izračunavaju na sličan način: ak (I ∙ R) i ks (I ∙ X).

Zatim se provode jednostavni trigonometrijski proračuni. U ake trokuta noga ae je definirana množenjem I ∙ R s cos φ, a u Δ skf duljina bočne cf (I ∙ X pomnožena s sin φ). Imajte na umu da je segment cf jednak duljini ed segmenta, kao suprotne strane pravokutnika.

Dodajte dobivene duljine ae i ed. Saznajemo duljinu oglasnog segmenta, koja je nešto manja od ab ili gubitka napona. Zbog male vrijednosti bd, ovu je vrijednost lakše zanemariti nego je pokušati uzeti u obzir u proračunima, što se gotovo uvijek čini.

Ovaj jednostavan algoritam osnova je za izračunavanje dvožilnog kabela kada je opskrbljen s izmjeničnom sinusoidnom strujom. Tehnika djeluje uz manja prilagođavanja istosmjernih krugova.

U trofaznim vodovima koji rade na tro- ili četverožičnim kablovima, za svaku se fazu koristi sličan postupak izračuna. Zbog toga je puno složenije.

Kako se izračunavanje provodi u praksi

Vremena kada su se takvi proračuni ručno izvršavali formulama odavno su prošla. Organizacije za dizajn odavno koriste posebne tablice, grafikone i dijagrame sažete u tehničkim priručnicima. Oni eliminiraju rutinski rad izvođenja brojnih matematičkih operacija i pridružene pogreške operatora.

Kao primjer možemo navesti tehnike izložene u javno dostupnim direktorijima:

• Fedorov opskrba električnom energijom 1986. godine;

• na dizajnerskim radovima za napajanje dalekovoda i električnih mreža uredili Bolshman, Krupovich i Samover.

Masovnim uvođenjem računala u naš život počeli su se razvijati programi za proračun gubitaka napona, što je uvelike olakšalo taj proces. Stvorene su kako za obavljanje složenih proračuna mreža napajanja od strane dizajnerskih organizacija, tako i za približnu procjenu preliminarnih rezultata upotrebe zasebnog kabela.

Vlasnici električnih web mjesta u te svrhe objavljuju na svojim resursima različite kalkulatore koji vam omogućavaju da brzo procijenite mogućnosti kablova različitih marki. Da biste ih pronašli, dovoljno je u Google pretraživanju upisati odgovarajući upit i odabrati jednu od usluga.

Kao primjer, uzmite u obzir rad takvog kalkulatora.

Napravit ćemo test za njega i unijeti početne podatke u odgovarajuća polja:

• izmjenična struja;

• aluminij;

• dužina linije - 400 m;

• presjek kabela - kvadrat 16 mm (najvjerojatnije nije kabel, već jedna jezgra);

• proračun snage - 100 W;

• broj faza - 3;

• mrežni napon - 100 volti;

• faktor snage - 0,92;

• temperatura je 20 stepeni.

Pritisnemo gumb „Izračun gubitaka napona u kablu“ i gledamo rezultat usluge.

Rezultat je bio prilično uvjerljiv: 0.714 volta ili 0.714%.

Pokušajmo ga dvostruko provjeriti na nekom drugom mjestu. Da biste to učinili, idite na konkurentski servis i unesite iste vrijednosti.

Kao rezultat toga, dobivamo brzi izračun.

Sada možete usporediti rezultate različitih službi. 0,714-0,699373 = 0,021 volti.

Točnost izračuna u oba slučaja sasvim je prihvatljiva ne samo za brzu analizu performansi kabela, već i za druge svrhe.

Metoda usporedbe rada dviju mrežnih usluga pokazala je njihovu učinkovitost i nepostojanje pogrešaka u unosu podataka koje osoba može počiniti nepažnjom.

No, provodeći takav izračun, prerano se smiriti. Potrebno je zaključiti da je odabrani kabel prikladan za rad u određenim radnim uvjetima. Za to postoje tehnički zahtjevi za dopuštena odstupanja napona od norme.

Normativni dokumenti o odstupanju napona od nazivne vrijednosti

Ovisno o njihovoj nacionalnosti, koristite nešto od sljedećeg.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Dokument vrijedi na području Republike Bjelorusije. Prilikom primanja rezultata obratite pažnju na odredbu 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Postojeće norme predviđene su za uporabu na postrojenjima za napajanje Ruske Federacije. Razmotrite klauzulu 7.23.

GOST 13109

Zamijenjen 1. siječnja 1999. međudržavnim standardom, GOST 13109 iz 1987. godine. Analizirati u skladu sa stavkom 5.3.2.

Načini za smanjenje gubitka kabela

Kada se napravi proračun gubitaka napona u kablu i rezultat se usporedi sa zahtjevima regulatornih dokumenata, možemo zaključiti da je kabel pogodan za rad.

Ako je rezultat pokazao da su pogreške precijenjene, tada morate odabrati drugi kabel ili odrediti uvjete za njegov rad. U praksi se često susreće tipičan slučaj kada se već radnim kabelom metodama mjerenja otkriva da gubici napona u njemu prelaze dopuštene norme. Zbog toga se smanjuje kvaliteta elektroenergetskih objekata.

U takvoj situaciji potrebno je poduzeti dodatne tehničke mjere za smanjenje materijalnih troškova potrebnih za kompletnu zamjenu kabela zbog:

1. ograničenja propuštanja tereta;

2. povećanje površine poprečnog presjeka vodljivih vodiča;

3. smanjiti dužinu radnog kabela;

4. niža radna temperatura.

Učinak napajanja kabela na gubitak napona

Protok struje kroz kondukter uvijek prati oslobađanje topline u njemu, a grijanje utječe na njegovu vodljivost.Kad se povećana snaga prenosi putem kabela, oni, stvarajući visoku temperaturu, povećavaju gubitke napona.

Da biste ih ponekad smanjili, sasvim je dovoljno da neki potrošači koji dobivaju struju kablom jednostavno isključe i ponovno pokrenu drugi zaobilazni lanac.

Ova metoda je prihvatljiva za razgranate krugove s velikim brojem potrošača i suvišnim vodovima za njihovo povezivanje.

Povećanje površine poprečnog presjeka jezgre kabela

Ova metoda se često koristi za smanjenje gubitaka u krugovima naponskih mjernih transformatora. Ako drugi kabel povežete s radnim kabelom i povežete paralelno njihove jezgre, struje će se podijeliti i smanjiti opterećenje u svakoj žici. Gubici napona se također smanjuju, a točnost mjernog sustava vraća se.

Ovom metodom važno je ne zaboraviti izvršiti izmjene u izvršnoj dokumentaciji, a posebno u dijagramima instalacije koje osoblje za popravak i održavanje koristi za periodično održavanje. To će spriječiti radnike da prave pogreške.

Smanjena duljina kabela

Metoda nije tipična, ali u nekim se slučajevima može koristiti. Činjenica je da se sheme usmjeravanja kabela u mnogim razvijenim energetskim poduzećima stalno razvijaju i poboljšavaju u odnosu na isporučenu opremu.

Zbog toga se stvaraju mogućnosti pomicanja kabela smanjenjem njegove duljine, što će umanjiti nastali gubitak napona.

Utjecaj temperature okoline

Rad kabela u prostorijama s povećanim grijanjem dovodi do kršenja ravnoteže topline, povećanja pogrešaka njegovih tehničkih karakteristika. Polaganje uz ostale autoceste ili korištenje toplinskog izolacijskog sloja može smanjiti gubitke napona.

U pravilu je moguće učinkovito poboljšati karakteristike kabela na jedan ili više načina složenom primjenom. Stoga, kad se pojavi takva potreba, važno je razmotriti sva moguća rješenja problema i odabrati najprikladniju opciju za lokalne uvjete.

Treba imati na umu da kompetentno upravljanje električnim gospodarstvom zahtijeva stalnu analizu operativne situacije, predviđanje razvoja događaja i sposobnost izračuna različitih situacija. Te kvalitete razlikuju dobrog električara od opće mase običnih radnika.