Kategorien: Ausgewählte Artikel » Elektrikeranfänger
Anzahl der Ansichten: 29794
Kommentare zum Artikel: 1

Berechnung des Kabelspannungsverlusts

 

Die Frage der Qualität der Übertragung und des Empfangs elektrischer Energie hängt weitgehend vom Zustand der Geräte ab, die an diesem komplexen technologischen Prozess beteiligt sind. Da im Energiesektor enorme Energie über große Entfernungen transportiert wird, werden erhöhte Anforderungen an die Eigenschaften von Stromleitungen gestellt.

Darüber hinaus wird auf die Reduzierung von Spannungsverlusten nicht nur an langen Hochspannungsnetzen geachtet, sondern auch in Sekundärkreisen, beispielsweise Spannungsmesstransformatoren, wie auf dem Foto gezeigt.

330 kV Spannungswandler

Die Kabel der Sekundärkreise des Spannungswandlers aus jeder Phase werden an einem Ort gesammelt - dem Klemmenschrank. Von dieser Schaltanlage am Mittelmast des Geräts werden die Spannungskreise über ein separates Kabel an den Klemmenblock der Schalttafel im Relaisraum angeschlossen.

Die Stromversorgungs-Primärausrüstung befindet sich in beträchtlichem Abstand von den auf Schalttafeln montierten Schutz- und Messgeräten. Die Länge eines solchen Kabels erreicht 300 bis 400 Meter. Solche Abstände führen zu spürbaren Spannungsverlusten im internen Stromkreis, die die messtechnischen Eigenschaften von Messgeräten und des gesamten Systems ernsthaft unterschätzen können.

Aus diesem Grund entspricht die Qualität der Umwandlung eines Primärspannungswerts, beispielsweise 330 kV, in einen Sekundärwert von 100 Volt mit der erforderlichen Genauigkeitsklasse von 0,2 oder 0,5 möglicherweise nicht den zulässigen Grenzwerten, die für einen zuverlässigen Betrieb von Messkomplexen und Schutzvorrichtungen erforderlich sind.

Um solche Fehler während der Betriebsphase zu vermeiden, sind alle Messkabel auch bei der Auslegung des Stromkreises für elektrische Geräte auf Spannungsverluste ausgelegt.


Wie Spannungsverluste entstehen

Das Kabel besteht aus leitenden Adern, von denen jeder von einer dielektrischen Schicht umgeben ist. Die gesamte Struktur befindet sich in einem abgedichteten dielektrischen Gehäuse.

Das Prinzip der Bildung von Spannungsverlusten im Kabel

Metallleiter liegen ziemlich nahe beieinander und werden von der Schutzhülle fest gedrückt. Mit einer langen Länge der Autobahn beginnen sie zu arbeiten wie ein Kondensator mit Ladeplatten. Aufgrund seiner Wirkung wird eine Kapazität gebildet, die ein wesentlicher Bestandteil der Reaktivität ist.

Durch Transformationen an den Wicklungen von Transformatoren, Drosseln und anderen Elementen mit Induktivitäten erhält die Leistung elektrischer Energie einen induktiven Charakter. Der Widerstandswiderstand des Kernmetalls bildet die aktive Komponente des Gesamt- oder Komplexwiderstands Zп jeder Phase.

Um unter Spannung zu arbeiten, wird das Kabel mit einem vollen komplexen Widerstand Zн in jedem Kern an die Last angeschlossen.

Während des Kabelbetriebs in einem Dreiphasenstromkreis bei einem Nennlastmodus sind die Ströme in den Phasen L1 bis L3 symmetrisch, und im Neutralleiter N fließt ein Unwuchtstrom, der sehr nahe bei Null liegt.

Der komplexe Widerstand der Leiter, wenn Strom durch sie fließt, verursacht einen Abfall und einen Spannungsverlust im Kabel, verringert seinen Eingangswert und lenkt aufgrund der reaktiven Komponente auch im Winkel ab. All dies ist schematisch in einem Vektordiagramm dargestellt.

Vektordiagramm von Spannungsabfall und Spannungsverlust

Die Spannung U2 wirkt am Kabelausgang, der um einen Winkel φ vom Stromvektor abweicht und um den Wert des Abfalls I ∙ z vom Eingangswert U1 reduziert wird. Mit anderen Worten wird der Spannungsabfallvektor im Kabel durch den Stromdurchgang durch den komplexen Widerstand des Leiters gebildet und ist gleich dem Wert der geometrischen Differenz der Eingangs- und Ausgangsvektoren.

Zur Verdeutlichung ist es in vergrößertem Maßstab dargestellt und wird durch das Segment ac oder die Hypotenuse des rechteckigen Dreiecks ack angezeigt. Seine Beine ak und kc bezeichnen den Spannungsabfall über der aktiven und reaktiven Komponente des Kabelwiderstands.

Wir setzen mental die Richtung des Vektors U2 bis zum Schnittpunkt mit der durch den Vektor U1 gebildeten Kreislinie vom Zentrum am Punkt O fort. Wir haben den Vektor ab, wobei ein Winkel die Richtung von U2 wiederholt und eine Länge gleich der arithmetischen Differenz der Größen U1-U2 ist. Diese skalare Größe wird als Spannungsverlust bezeichnet.

Kabelspannungsabfall und -verlust

Sie wird während der Erstellung des Projekts berechnet und während des Betriebs des Kabels gemessen, um die Sicherheit seiner technischen Eigenschaften zu überwachen.


Das Prinzip der Messung von Spannungsverlusten im Kabel

Für das Experiment müssen zwei Messungen mit einem Voltmeter an verschiedenen Enden durchgeführt werden: dem Eingang und der Last. Da der Unterschied zwischen ihnen gering ist, ist es erforderlich, ein hochpräzises Gerät zu verwenden, vorzugsweise der Klasse 0,2.

Das Prinzip der Messung von Spannungsverlusten im Kabel

Die Kabellänge kann groß sein, was eine beträchtliche Zeit für den Übergang von einem Ort zum anderen erfordert. Während dieser Zeit kann sich die Spannung im Netzwerk aus verschiedenen Gründen ändern, wodurch das Endergebnis verzerrt wird. Daher ist es üblich, solche Messungen auf beiden Seiten gleichzeitig durchzuführen, einen Assistenten mit Kommunikationsmöglichkeiten und ein zweites hochpräzises Messgerät einzubeziehen.

Da Voltmeter den effektiven Spannungswert messen, gibt die Differenz ihrer Messwerte den Verlustbetrag an, der durch arithmetische Subtraktion der Vektormodule am Ein- und Ausgang des Kabels entsteht.

Als Beispiel betrachten wir die auf den oberen Fotos gezeigten Spannungswandlerschaltungen. Angenommen, der lineare Wert am Eingang des Kabels wird auf das nächste Zehntel gemessen und entspricht 100,0 Volt. An den an die Last angeschlossenen Ausgangsanschlüssen betrug er 99,5 Volt. Dies bedeutet, dass Spannungsverluste als 100,0-99,5 = 0,5 V definiert sind. In Prozent umgerechnet betrugen sie 0,5%.


Das Prinzip der Berechnung von Spannungsverlusten

Kehren wir zum Vektordiagramm der Abfall- und Spannungsverlustvektoren zurück. Wenn das Kabeldesign bekannt ist, wird sein spezifischer Widerstand aus dem spezifischen Widerstand, der Dicke und der Länge des Metalls des stromführenden Kerns berechnet.

Die spezifische Reaktanz und Länge bestimmen die Gesamtreaktanz des Kabels. Für die Berechnung reicht es oft aus, ein Verzeichnis mit Tabellen und zu erstellen je nach Kabelmarke mit bestimmten technischen Eigenschaften Berechnen Sie beide Arten von Widerständen (aktiv und reaktiv).

Wenn man die beiden Beine eines rechtwinkligen Dreiecks kennt, wird die Hypotenuse berechnet - der Wert des komplexen Widerstands.

Ein Kabel wird erstellt, um einen Nennstrom zu übertragen. Multipliziert man seinen numerischen Wert mit dem komplexen Widerstand, so erhält man die Größe des spannungsabfallseitigen Wechselstroms. Beide Beine werden ähnlich berechnet: ak (I ∙ R) und kс (I ∙ X).

Als nächstes werden einfache trigonometrische Berechnungen durchgeführt. Im Dreieck ake wird das Bein ae durch Multiplizieren von I ∙ R mit cos φ und in Δ сkf die Länge der Seite cf definiert (I ∙ X wird mit sin φ multipliziert). Bitte beachten Sie, dass das Segment cf der Länge des Segments ed als gegenüberliegende Seite des Rechtecks ​​entspricht.

Addiere die erhaltenen Längen ae und ed. Wir finden die Länge des Segments ad heraus, die etwas kleiner als ab oder Spannungsverlust ist. Aufgrund des kleinen Wertes von bd ist dieser Wert leichter zu vernachlässigen als zu versuchen, ihn bei den Berechnungen zu berücksichtigen, was fast immer der Fall ist.

Dieser einfache Algorithmus ist die Grundlage für die Berechnung eines zweiadrigen Kabels, wenn es mit einem sinusförmigen Wechselstrom versorgt wird. Die Technik funktioniert mit geringfügigen Anpassungen für Gleichstromkreise.

Bei dreiphasigen Leitungen, die mit drei- oder vieradrigen Kabeln betrieben werden, wird für jede Phase ein ähnliches Berechnungsverfahren angewendet. Aus diesem Grund ist es viel komplizierter.

Berechnung des Kabelspannungsverlusts

Wie die Berechnung in der Praxis durchgeführt wird

Die Zeiten, in denen solche Berechnungen manuell nach Formeln durchgeführt wurden, sind lange vorbei. Konstruktionsorganisationen verwenden seit langem spezielle Tabellen, Grafiken und Diagramme, die in technischen Handbüchern zusammengefasst sind. Sie eliminieren die Routinearbeit bei der Durchführung zahlreicher mathematischer Operationen und die damit verbundenen Bedienungsfehler.

Als Beispiel können wir die Techniken anführen, die in öffentlich zugänglichen Verzeichnissen beschrieben sind:

  • Fedorovs Stromversorgung 1986;

  • über Entwurfsarbeiten für die Stromversorgung von Stromleitungen und Stromnetzen, herausgegeben von Bolshman, Krupovich und Samover.


Mit der massiven Einführung von Computern in unserem Leben wurden Programme zur Berechnung von Spannungsverlusten entwickelt, die diesen Prozess erheblich erleichterten. Sie wurden sowohl für die Durchführung komplexer Berechnungen von Stromversorgungsnetzen durch Konstruktionsorganisationen als auch für eine ungefähre Bewertung der vorläufigen Ergebnisse der Verwendung eines separaten Kabels erstellt.

Besitzer elektrischer Standorte für diese Zwecke stellen verschiedene Taschenrechner auf ihre Ressourcen, mit denen Sie die Fähigkeiten von Kabeln verschiedener Marken schnell beurteilen können. Um sie zu finden, reicht es in der Google-Suche aus, die entsprechende Abfrage einzugeben und einen der Dienste auszuwählen.

Betrachten Sie als Beispiel den Betrieb eines solchen Rechners.

Online-Spannungsrechner für Kabelspannungen

Wir werden einen Test für ihn durchführen und die Anfangsdaten in die entsprechenden Felder eingeben:

  • Wechselstrom;

  • Aluminium

  • Leitungslänge - 400 m;

  • Kabelabschnitt - 16 mm im Quadrat (höchstwahrscheinlich handelt es sich nicht um ein Kabel, sondern um einen Kern);

  • Leistungsberechnung - 100 W;

  • Anzahl der Phasen - 3;

  • Netzspannung - 100 Volt;

  • Leistungsfaktor - 0,92;

  • Temperatur ist 20 Grad.

Wir drücken die Taste „Berechnung der Spannungsverluste im Kabel“ und sehen uns das Ergebnis des Service an.

Berechnung des Spannungsverlustrechners

Das Ergebnis war durchaus plausibel: 0,714 Volt oder 0,714%.

Versuchen wir es noch einmal auf einer anderen Site. Gehen Sie dazu zu einem konkurrierenden Dienst und geben Sie dieselben Werte ein.

Überprüfung der Kabelspannungsverluste

Als Ergebnis erhalten wir eine schnelle Berechnung.

Doppelte Spannungsverlustberechnung

Jetzt können Sie die Ergebnisse verschiedener Dienste vergleichen. 0,714-0,699373 = 0,021 Volt.

Die Genauigkeit der Berechnung ist in beiden Fällen nicht nur für eine schnelle Analyse der Kabelleistung, sondern auch für andere Zwecke durchaus akzeptabel.

Eine Methode zum Vergleichen der Arbeit zweier Online-Dienste zeigte ihre Effizienz und das Fehlen von Dateneingabefehlern, die eine Person durch Unaufmerksamkeit begehen kann.

Nach einer solchen Berechnung ist es jedoch zu früh, um sich zu beruhigen. Es muss der Schluss gezogen werden, dass das ausgewählte Kabel für den Betrieb unter bestimmten Betriebsbedingungen geeignet ist. Hierfür gibt es technische Anforderungen für zulässige Spannungsabweichungen von der Norm.


Normative Dokumente zur Abweichung der Spannung vom Nennwert

Verwenden Sie je nach Nationalität eine der folgenden Methoden.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Das Dokument ist im Hoheitsgebiet der Republik Belarus gültig. Beachten Sie beim Erhalt des Ergebnisses Abschnitt 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Aktuelle Standards werden für die Verwendung in Stromversorgungsanlagen der Russischen Föderation bereitgestellt. Beachten Sie Abschnitt 7.23.

GOST 13109

Ersetzt am 1. Januar 1999 den zwischenstaatlichen Standard GOST 13109 von 1987. Analyse gemäß Absatz 5.3.2.


Möglichkeiten zur Reduzierung des Kabelverlusts

Wenn die Berechnung der Spannungsverluste im Kabel durchgeführt und das Ergebnis mit den Anforderungen der Zulassungsdokumente verglichen wird, können wir den Schluss ziehen, dass das Kabel für die Arbeit geeignet ist.

Wenn das Ergebnis zeigt, dass die Fehler überschätzt werden, müssen Sie ein anderes Kabel auswählen oder die Betriebsbedingungen angeben. In der Praxis tritt häufig ein typischer Fall auf, wenn bereits funktionierende Kabel durch Messmethoden festgestellt werden, dass die darin enthaltenen Spannungsverluste die zulässigen Normen überschreiten. Dadurch wird die Qualität der Stromversorgungsanlagen beeinträchtigt.

In einer solchen Situation müssen zusätzliche technische Maßnahmen ergriffen werden, um die Materialkosten zu senken, die für einen vollständigen Kabelaustausch erforderlich sind, und zwar aufgrund von:

1. Einschränkungen der undichten Last;

2. Vergrößern der Querschnittsfläche der leitenden Leiter;

3. Reduzieren Sie die Länge des Arbeitskabels.

4. Betriebstemperatur senken.


Die Auswirkung der Kabelstromversorgung auf den Spannungsverlust

Der Stromfluss durch den Leiter wird immer von Wärme begleitet, und die Erwärmung beeinflusst seine Leitfähigkeit.Wenn eine erhöhte Leistung über das Kabel übertragen wird, erhöhen sie die Spannungsverluste und erzeugen eine hohe Temperatur.

Um sie manchmal zu reduzieren, reicht es für einige Verbraucher, die Strom über Kabel erhalten, völlig aus, sich einfach auszuschalten und an einer anderen Bypasskette neu zu starten.

Diese Methode ist für verzweigte Schaltungen mit einer großen Anzahl von Verbrauchern und redundanten Leitungen für ihre Verbindung akzeptabel.


Die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Kabelkerns

Diese Methode wird häufig verwendet, um Verluste in den Schaltkreisen von Spannungsmesstransformatoren zu reduzieren. Wenn Sie ein anderes Kabel an ein funktionierendes Kabel anschließen und deren Adern parallel anschließen, teilen sich die Ströme und reduzieren die Last in jedem Draht. Spannungsverluste werden ebenfalls reduziert und die Genauigkeit des Messsystems wird wiederhergestellt.

Bei dieser Methode ist es wichtig, nicht zu vergessen, Änderungen an der Dokumentation der Geschäftsleitung und insbesondere an den Installationsdiagrammen vorzunehmen, die vom Reparatur- und Wartungspersonal zur Durchführung der regelmäßigen Wartung verwendet werden. Dies verhindert, dass Arbeiter Fehler machen.


Reduzierte Kabellänge

Die Methode ist nicht typisch, kann aber in einigen Fällen verwendet werden. Tatsache ist, dass Kabelführungsschemata in vielen entwickelten Energieunternehmen ständig weiterentwickelt und in Bezug auf die gelieferten Geräte verbessert werden.

Aufgrund dessen werden Möglichkeiten geschaffen, das Kabel mit einer Verringerung seiner Länge zu verschieben, wodurch der resultierende Spannungsverlust verringert wird.


Einfluss der Umgebungstemperatur

Der Kabelbetrieb in Räumen mit erhöhter Heizung führt zu einer Verletzung der Wärmebilanz, einer Zunahme der Fehler seiner technischen Eigenschaften. Das Verlegen entlang anderer Autobahnen oder die Verwendung einer Wärmedämmschicht kann Spannungsverluste verringern.

In der Regel ist es möglich, die Kabeleigenschaften mit ihrer komplexen Anwendung auf eine oder mehrere Arten effektiv zu verbessern. Wenn ein solcher Bedarf besteht, ist es daher wichtig, alle möglichen Lösungen für das Problem in Betracht zu ziehen und die am besten geeignete Option für die örtlichen Bedingungen zu wählen.

Es sollte berücksichtigt werden, dass das kompetente Management der elektrischen Wirtschaft eine ständige Analyse der Betriebssituation, die Antizipation der Entwicklung von Ereignissen und die Fähigkeit zur Berechnung verschiedener Situationen erfordert. Diese Eigenschaften unterscheiden einen guten Elektriker von der allgemeinen Masse der normalen Arbeiter.

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • So wählen Sie einen Kabelabschnitt aus - Designer-Tipps
  • So berechnen Sie das Kabel für das Verlängerungskabel
  • Die Querschnittsfläche von Drähten und Kabeln, abhängig von der Stromstärke, ist die Berechnung notwendig ...
  • Welche technischen Eigenschaften von Kabeln und Drähten sind wichtig, um ...
  • So finden Sie heraus, wie viel Strom ein Kabel oder Draht aushalten kann

  •  
     
    Kommentare:

    # 1 schrieb: | [Zitat]

     
     

    Leider ist in der oberen Figur der Vektor I * R nicht parallel zum Vektor I.

    Die gegenseitige Kapazität der Kabeladern erzeugt eine kapazitive Leitfähigkeit, keinen Widerstand.

    Und für diese Angelegenheit sollten Sie sich auf die langen Zeilenformeln verlassen.