Jak vypočítat úbytek napětí kabelu

Otázka kvality přenosu a příjmu elektrické energie do značné míry závisí na stavu zařízení, které je zapojeno do tohoto složitého technologického procesu. Vzhledem k tomu, že v energetickém sektoru je přenášena velká energie na velké vzdálenosti, jsou kladeny zvýšené nároky na vlastnosti elektrického vedení.

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

Kabely sekundárních obvodů VT z každé fáze jsou shromažďovány na jednom místě - skříň sestavy terminálu. Z tohoto rozváděče, umístěného na prostředním stožáru zařízení, jsou napěťové obvody napájeny samostatným kabelem do svorkovnice panelu umístěného v reléové místnosti.

Výkonové primární zařízení je umístěno ve značné vzdálenosti od ochranných 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 podceňovat metrologické vlastnosti měřicích přístrojů a systému jako celku.

Z tohoto důvodu se kvalita převodu hodnoty primárního napětí, například 330 kV na sekundární hodnotu 100 voltů s požadovanou třídou přesnosti 0,2 nebo 0,5, nemusí shodovat s přijatelnými limity požadovanými pro spolehlivý provoz měřících komplexů a ochran.

Aby se odstranily takové chyby během provozní fáze, jsou všechny měřicí kabely navrženy pro ztráty napětí i během návrhu obvodu elektrického zařízení.

Jak se vytvářejí ztráty napětí

Kabel sestává z vodivých jader, z nichž každé je obklopeno dielektrickou vrstvou. Celá struktura je umístěna v uzavřeném dielektrickém pouzdru.

Kovové vodiče jsou umístěny docela blízko u sebe, pevně přitlačeny ochranným obalem. S dlouhou délkou dálnice začínají pracovat jako kondenzátor s nabíjecími deskami. Díky své činnosti se vytváří kapacita, která je nedílnou součástí reaktivní.

V důsledku transformace vinutí transformátorů, reaktorů a dalších prvků s indukčnostmi získává energie elektrické energie indukční charakter. Odporový odpor jádrového kovu tvoří aktivní složku celkového nebo komplexního odporu Zп každé fáze.

Pro práci pod napětím je kabel připojen k zátěži s úplným komplexním odporem Zн v každém jádru.

Během práce s kabelem v třífázovém obvodu při režimu jmenovitého zatížení jsou proudy ve fázích L1 ÷ L3 symetrické a nevyvážený proud velmi blízký nule proudí v nulovém vodiči N.

Složitý odpor vodičů, když jimi protéká proud, způsobuje pokles a ztrátu napětí v kabelu, snižuje jeho vstupní hodnotu a díky reaktivní složce se také vychýlí v úhlu. To vše je schematicky znázorněno ve vektorovém diagramu.

Napětí U2 působí na kabelový výstup, který se odchyluje od proudového vektoru o úhel φ a zmenšuje se o velikost kapky Iz z vstupní hodnoty U1. Jinými slovy, vektor úbytku napětí v kabelu je tvořen průchodem proudu komplexním odporem vodiče a je roven hodnotě geometrického rozdílu vstupních a výstupních vektorů.

Pro větší přehlednost je obrázek zobrazen ve zvětšeném měřítku a je označen segmentem ac nebo přetížením obdélníkového trojúhelníku ack. Jeho nohy ak a kc označují úbytek napětí přes aktivní a reaktivní složku odporu kabelu.

My mentálně pokračujeme ve směru vektoru U2 k průsečíku s kružnicí tvořenou vektorem U1 od středu v bodě O. Máme vektor ab, s úhlem opakujícím směr U2 a délkou rovnou aritmetickému rozdílu hodnot U1-U2. Toto skalární množství se nazývá úbytek napětí.

Vypočítává se během vytváření projektu a měří se během provozu kabelu pro sledování bezpečnosti jeho technických charakteristik.

Princip měření úbytku napětí v kabelu

Pro experiment je nutné provést dvě měření voltmetrem na různých koncích: vstup a zátěž. Protože rozdíl mezi nimi bude malý, je nutné použít vysoce přesné zařízení, s výhodou třídy 0,2.

Délka kabelu může být velká, což bude vyžadovat značný čas pro přechod z jednoho místa na druhé. Během této doby se napětí v síti může měnit z různých důvodů, což zkreslí konečný výsledek. Proto je obvyklé provádět taková měření na obou stranách současně, zahrnovat asistenta s komunikačním zařízením a druhé měřící vysoce přesné zařízení.

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

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

Princip výpočtu napěťových ztrát

Vraťme se k vektorovému diagramu vektorů úbytku napětí a napětí. Když je konstrukce kabelu známa, její odpor se vypočítá z odporu, tloušťky a délky kovu jádra nesoucího proud.

Specifická reaktance a délka určují celkovou reaktivitu kabelu. Pro výpočet je často dostačující vzít adresář s tabulkami podle značky kabelu s určitými technickými vlastnostmi vypočítat oba typy odporů (aktivní i reaktivní).

Známe dvě nohy pravoúhlého trojúhelníku a spočítá se přetížení - hodnota komplexního odporu.

Je vytvořen kabel pro přenos jmenovitého proudu. Vynásobením jeho numerické hodnoty komplexním odporem zjistíme velikost střídavého napětí na straně střídavého proudu. Obě nohy se počítají podobně: ak (I ∙ R) a kс (I ∙ X).

Dále jsou provedeny jednoduché trigonometrické výpočty. V trojúhelníku ake je ae noha definována vynásobením I ∙ R cos φ a v Δ сkf je délka strany cf (I ∙ X vynásobena sinem φ). Vezměte prosím na vědomí, že segment cf se rovná délce segmentu ed, jako opačná strana obdélníku.

Přidejte získané délky ae a ed. Zjistíme délku segmentu ad, která je o něco menší než ab nebo ztráta napětí. Vzhledem k malé hodnotě bd se tato hodnota snáze zanedbává, než se ji pokoušet vzít v úvahu při výpočtech, což se téměř vždy provádí.

Tento jednoduchý algoritmus je základem pro výpočet dvoužilového kabelu, když je napájen střídavým sinusovým proudem. Tato technika pracuje s malými úpravami stejnosměrných obvodů.

U třífázových vedení pracujících na třívodičových nebo čtyřvodičových kabelech se pro každou fázi používá podobný postup výpočtu. Z tohoto důvodu je to mnohem složitější.

Jak je výpočet prováděn v praxi

Časy, kdy byly tyto výpočty prováděny ručně pomocí vzorců, již dávno uplynuly. Organizace designu již dlouho používají speciální tabulky, grafy a diagramy shrnuté v technických příručkách. Eliminují rutinní práci při provádění četných matematických operací a souvisejících chyb operátorů.

Jako příklad můžeme uvést techniky uvedené ve veřejně přístupných adresářích:

• Dodávky elektřiny Fedorovi v roce 1986;

• o projekčních pracích pro napájení energetických vedení a elektrických sítí editovaných Bolshmanem, Krupovičem a Samoverem.

S masivním zavedením počítačů do našich životů se začaly vyvíjet programy pro výpočet úbytku napětí, což tento proces velmi usnadnilo. Jsou vytvářeny jak pro provádění složitých výpočtů napájecích sítí projekčními organizacemi, tak pro přibližné vyhodnocení předběžných výsledků použití samostatného kabelu.

Majitelé elektrických stránek pro tyto účely zveřejňují na svých zdrojích různé kalkulačky, které vám umožňují rychle posoudit možnosti kabelů různých značek. Chcete-li je najít, stačí ve vyhledávání Google zadat odpovídající dotaz a vybrat jednu ze služeb.

Jako příklad uveďme provoz kalkulačky tohoto druhu.

Provedeme pro něj testovací test a do příslušných polí zadáme počáteční údaje:

• střídavý proud;

• hliník

• délka vedení - 400 m;

• průřez kabelu - 16 mm čtverec (nejpravděpodobněji to není kabel, ale jedno jádro);

• výpočet výkonu - 100 W;

• počet fází - 3;

• síťové napětí - 100 voltů;

• účiník - 0,92;

• teplota je 20 stupňů.

Stiskneme tlačítko „Výpočet ztrát napětí v kabelu“ a podíváme se na výsledek služby.

Výsledek byl docela věrohodný: 0,714 voltů 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 porovnat výsledky různých služeb. 0,714-0,699373 = 0,021 voltů.

Přesnost výpočtu je v obou případech zcela přijatelná nejen pro rychlou analýzu výkonu kabelu, ale také pro jiné účely.

Metoda porovnání práce dvou online služeb ukázala jejich účinnost a absenci chyb při zadávání údajů, které se může osoba dopustit nepozorností.

Po provedení takového výpočtu je však příliš brzy na uklidnění. Je nutné učinit závěr, že vybraný kabel je vhodný pro provoz za specifických provozních podmínek. Za tímto účelem existují technické požadavky na přípustné odchylky napětí od normy.

Normativní dokumenty o odchylce napětí od jmenovité hodnoty

V závislosti na jejich národnosti použijte jednu z následujících možností.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Tento dokument je platný na území Běloruské republiky. Při obdržení výsledku věnujte pozornost bodu 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Současné normy jsou stanoveny pro použití v napájecích zařízeních Ruské federace. Zvažte ustanovení 7.23.

GOST 13109

Nahrazen 1. ledna 1999, mezistátní standard, GOST 13109 z roku 1987. Analyzujte podle odstavce 5.3.2.

Způsoby, jak snížit ztrátu kabelu

Když se provede výpočet úbytku napětí v kabelu a výsledek se porovná s požadavky regulačních dokumentů, můžeme dojít k závěru, že kabel je vhodný pro práci.

Pokud výsledek ukázal, že chyby jsou nadhodnoceny, musíte zvolit jiný kabel nebo určit podmínky jeho provozu. V praxi se často vyskytuje typický případ, když již funkční kabel odhalil měřicími metodami, že ztráty napětí v něm překračují přípustné normy. Díky tomu se snižuje kvalita zařízení pro napájení.

V takové situaci je nutné přijmout další technická opatření ke snížení nákladů na materiál potřebných pro úplnou výměnu kabelu z důvodu:

1. omezení netěsnosti;

2. zvětšování průřezové plochy vodivých vodičů;

3. zkrátit pracovní délku kabelu;

4. nižší provozní teplota.

Vliv výkonu kabelu na úbytek napětí

Tok proudu dirigentem je vždy doprovázen uvolňováním tepla v něm a zahřívání ovlivňuje jeho vodivost.Když je kabelem přenášen zvýšený výkon, vytváří vysokou teplotu a zvyšuje ztráty napětí.

Někdy je stačí, aby někteří spotřebitelé, kteří dostávají elektřinu kabelem, jednoduše vypnuli a restartovali další řetězec obtoku.

Tato metoda je přijatelná pro rozvětvené obvody s velkým počtem zákazníků a redundantní vedení pro jejich připojení.

Zvětšení průřezové oblasti kabelového jádra

Tato metoda se často používá ke snížení ztrát v obvodech transformátorů měření napětí. Pokud k pracovnímu kabelu připojíte další kabel a paralelně připojíte jejich jádra, proudy se rozdělí a sníží zatížení každého drátu. Ztráty napětí jsou také sníženy a přesnost měřicího systému je obnovena.

Při použití této metody je důležité nezapomenout na změny prováděcí dokumentace a zejména instalačních schémat používaných pracovníky oprav a údržby k provádění pravidelné údržby. Zamezí to pracovníkům, aby dělali chyby.

Zkrácená délka kabelu

Metoda není typická, ale v některých případech ji lze použít. Faktem je, že schémata vedení kabelů v mnoha rozvinutých energetických podnicích se neustále vyvíjejí a zlepšují ve vztahu k dodávaným zařízením.

Díky tomu jsou vytvořeny příležitosti k posunu kabelu se zkrácením jeho délky, což sníží výslednou ztrátu napětí.

Vliv okolní teploty

Kabelový provoz v místnostech se zvýšeným vytápěním vede k narušení tepelné bilance, ke zvýšení chyb jeho technických vlastností. Pokládání podél jiných dálnic nebo použití tepelné izolační vrstvy může snížit ztráty napětí.

Zpravidla je možné účinně zlepšit vlastnosti kabelů jedním nebo více způsoby jejich složitou aplikací. Proto, když taková potřeba nastane, je důležité zvážit všechna možná řešení problému a zvolit nejvhodnější variantu pro místní podmínky.

Je třeba mít na paměti, že kompetentní řízení elektrické ekonomiky vyžaduje soustavnou analýzu provozní situace, předvídání vývoje událostí a schopnost vypočítat různé situace. Tyto vlastnosti odlišují dobrého elektrikáře od obecné hmotnosti běžných pracovníků.