Cum se calculează pierderea de tensiune a cablului

Problema calității transmisiei și primirii energiei electrice depinde în mare măsură de starea echipamentelor care sunt implicate în acest proces tehnologic complex. Întrucât energia uriașă este transportată pe distanțe lungi în sectorul energetic, cererile crescute sunt plasate pe caracteristicile liniilor electrice.

Mai mult, pentru a reduce pierderile de tensiune, se acordă o atenție constantă nu numai rețelelor lungi de înaltă tensiune, ci și în circuitele secundare, de exemplu, transformatoarele de măsurare a tensiunii, așa cum se arată în fotografie.

Cablurile circuitelor secundare ale VT din fiecare fază sunt colectate într-un singur loc - dulapul de asamblare terminal. Din acest panou de comandă, amplasat pe catargul mijlociu al echipamentului, circuitele de tensiune sunt alimentate de un cablu separat către blocul terminal al panoului situat în camera releului.

Echipamentele electrice primare sunt amplasate la o distanță considerabilă de protecțiile și dispozitivele de măsurare montate pe panouri. Lungimea unui astfel de cablu ajunge la 300 ÷ 400 de metri. Astfel de distanțe conduc la pierderi de tensiune vizibile în circuitul intern, ceea ce poate subestima grav caracteristicile metrologice ale instrumentelor de măsurare și ale sistemului în ansamblu.

Din acest motiv, calitatea conversiei unei valori de tensiune primară, de exemplu, 330 kV la o valoare secundară de 100 volți, cu clasa de precizie necesară de 0,2 sau 0,5, poate să nu se încadreze în limitele acceptabile necesare pentru funcționarea fiabilă a complexelor de măsurare și protecții.

Pentru a elimina astfel de erori în faza de funcționare, toate cablurile de măsurare sunt proiectate pentru pierderi de tensiune chiar și în timpul proiectării circuitului echipamentelor electrice.

Cum sunt create pierderile de tensiune

Cablul este format din nuclee conductoare, fiecare fiind înconjurat de un strat dielectric. Întreaga structură este plasată într-o carcasă dielectrică sigilată.

Conductoarele metalice sunt amplasate destul de aproape unele de altele, strâns presate de teaca protectoare. Cu o lungime lungă a autostrăzii încep să funcționeze ca un condensator cu plăci de încărcare. Datorită acțiunii sale, se formează capacitanța, care este o parte integrantă a reactivilor.

Ca urmare a transformărilor pe înfășurările transformatoarelor, reactoarelor și altor elemente cu inductanțe, puterea energiei electrice capătă un caracter inductiv. Rezistența rezistivă a miezului metalic formează componenta activă a rezistenței ZP totale sau complexe a fiecărei faze.

Pentru a funcționa sub tensiune, cablul este conectat la sarcină cu o rezistență complexă completă Zн în fiecare miez.

În timpul funcționării cablurilor într-un circuit trifazat cu un mod de încărcare nominală, curenții în fazele L1 ÷ L3 sunt simetrici și un curent de dezechilibru foarte aproape de fluxurile zero în firul neutru N.

Rezistența complexă a conductoarelor atunci când circulă curent prin ele provoacă o cădere și o pierdere de tensiune în cablu, reduce valoarea de intrare a acestuia și, datorită componentei reactive, se deforma și în unghi. Toate acestea sunt arătate schematic într-o diagramă vectorială.

Tensiunea U2 acționează la ieșirea cablului, care este deviată de vectorul curent cu un unghi φ și redusă cu valoarea căderii I I z de la valoarea de intrare U1. Cu alte cuvinte, vectorul de cădere de tensiune din cablu este format prin trecerea curentului prin rezistența complexă a conductorului și este egală cu valoarea diferenței geometrice a vectorilor de intrare și ieșire.

Pentru claritate, este prezentat pe o scară mărită și este indicat de segmentul ac sau de ipotenuză a triunghiului dreptunghiular ack. Picioarele ei ak kc indică scăderea tensiunii în componenta activă și reactivă a rezistenței cablului.

Continuăm mental direcția vectorului U2 până la intersecția cu linia cercului formată de vectorul U1 din centru în punctul O. Avem vectorul ab, cu un unghi care repetă direcția U2 și o lungime egală cu diferența aritmetică a cantităților U1-U2. Această cantitate scalară se numește pierdere de tensiune.

Se calculează în timpul creării proiectului și se măsoară în timpul funcționării cablului pentru a monitoriza siguranța caracteristicilor sale tehnice.

Principiul măsurării pierderilor de tensiune în cablu

Pentru experiment, este necesar să efectuați două măsurători cu un voltmetru la capete diferite: intrarea și sarcina. Deoarece diferența dintre ele va fi mică, este necesar să se utilizeze un dispozitiv de înaltă precizie, de preferință de clasa 0.2.

Lungimea cablului poate fi mare, ceea ce va necesita timp considerabil pentru trecerea de la un loc la altul. În această perioadă, tensiunea din rețea se poate modifica din diferite motive, ceea ce va denatura rezultatul final. Prin urmare, este obișnuit să efectuați simultan aceste măsurători pe ambele părți, să implice un asistent cu facilități de comunicare și un al doilea dispozitiv de măsurare de înaltă precizie.

Deoarece voltmetrele măsoară valoarea efectivă a tensiunii, diferența dintre citirile lor va indica cantitatea de pierderi formată prin scăderea aritmetică a modulelor vectoriale la intrarea și ieșirea cablului.

Ca exemplu, considerăm circuitele transformatoarelor de tensiune prezentate în fotografiile superioare. Să presupunem că valoarea liniară la intrarea cablului este măsurată la a zecea cea mai apropiată și egală cu 100,0 volți, iar la bornele de ieșire conectate la sarcină, aceasta a fost de 99,5 volți. Aceasta înseamnă că pierderile de tensiune sunt definite ca 100,0-99,5 = 0,5 V. Când sunt transformate în procente, acestea au însumat 0,5%.

Principiul calculului pierderilor de tensiune

Să revenim la diagrama vectorială a vectorilor de cădere și pierdere de tensiune. Când se cunoaște designul cablului, rezistența lui este calculată din rezistivitatea, grosimea și lungimea metalului nucleului purtător de curent.

Reactanța specifică și lungimea determină reactanța totală a cablului. Adesea, pentru calcul, este suficient să iei un director cu tabele și conform mărcii de cablu cu anumite caracteristici tehnice calculați ambele tipuri de rezistențe (active și reactive).

Cunoscând cele două picioare ale unui triunghi dreptunghic, se calculează ipotenuză - valoarea rezistenței complexe.

Un cablu este creat pentru a transmite un curent nominal. Înmulțind valoarea sa numerică cu rezistența complexă, aflăm amploarea căderii de tensiune - partea ca. Ambele picioare sunt calculate în mod similar: ak (I ∙ R) și kс (I ∙ X).

În continuare, sunt efectuate calcule trigonometrice simple. În triunghiul ake, piciorul ae este definit prin înmulțirea I ∙ R cu cos φ, iar în Δ сkf lungimea laturii cf (I ∙ X este înmulțită cu sin φ). Vă rugăm să rețineți că segmentul cf este egal cu lungimea segmentului ed, ca și partea opusă a dreptunghiului.

Adăugați lungimile obținute ae și ed. Aflăm lungimea anunțului de segment, care este puțin mai mică decât ab sau pierderea de tensiune. Datorită valorii mici a bd, această valoare este mai ușor de neglijat decât să încerci să o iei în calcul în calcule, lucru care se face aproape întotdeauna.

Acest algoritm simplu este baza pentru calcularea unui cablu cu două nuclee atunci când este furnizat cu un curent sinusoidal alternativ. Tehnica funcționează cu ajustări minore pentru circuitele cu curent continuu.

În liniile trifazate care operează pe cabluri cu trei sau patru fire, se utilizează o procedură similară de calcul pentru fiecare fază. Datorită acestui fapt, este mult mai complicat.

Cum se efectuează calculul în practică

Timpurile în care aceste calcule au fost efectuate manual de formule au trecut de mult. Organizațiile de proiectare au folosit de mult timp tabele speciale, grafice și diagrame rezumate în manualele tehnice. Ele elimină activitatea de rutină a efectuării a numeroase operații matematice și a erorilor asociate ale operatorului.

Ca exemplu, putem cita tehnicile expuse în directoarele accesibile publicului:

• Alimentarea cu energie electrică a Fedorov în 1986;

• privind lucrările de proiectare pentru alimentarea liniilor electrice și a rețelelor electrice editate de Bolshman, Krupovich și Samover.

Odată cu introducerea masivă a computerelor în viețile noastre, au început să se dezvolte programe pentru calcularea pierderilor de tensiune, ceea ce a facilitat foarte mult acest proces. Acestea sunt create atât pentru efectuarea calculelor complexe ale rețelelor de alimentare de către organizațiile de proiectare, cât și pentru o evaluare aproximativă a rezultatelor preliminare ale utilizării unui cablu separat.

Proprietarii de site-uri electrice în aceste scopuri plasează diferite calculatoare pe resursele lor care vă permit să evaluați rapid capacitățile cablurilor de diferite mărci. Pentru a le găsi este suficient în căutarea Google să introduceți interogarea corespunzătoare și să selectați unul dintre servicii.

Ca exemplu, luați în considerare funcționarea unui astfel de calculator.

Vom face un test pentru el și vom introduce datele inițiale în câmpurile corespunzătoare:

• curent alternativ;

• aluminiu;

• lungimea liniei - 400 m;

• secțiune de cablu - pătrat de 16 mm (cel mai probabil nu este un cablu, ci un miez);

• calculul puterii - 100 W;

• numărul de faze - 3;

• tensiunea de rețea - 100 volți;

• factor de putere - 0,92;

• temperatura este de 20 de grade.

Apăsați butonul „Calculul pierderilor de tensiune din cablu” și privim rezultatul serviciului.

Rezultatul a fost destul de plauzibil: 0,714 volți sau 0,714%.

Să încercăm să îl verificăm dublu pe un alt site. Pentru a face acest lucru, accesați un serviciu concurent și introduceți aceleași valori.

Drept urmare, obținem un calcul rapid.

Acum puteți compara rezultatele efectuate de diferite servicii. 0,714-0.699373 = 0,021 volți.

Precizia calculului în ambele cazuri este destul de acceptabilă nu numai pentru analiza rapidă a performanței cablurilor, dar și în alte scopuri.

O metodă de comparare a activității a două servicii online a arătat eficiența acestora și absența erorilor de introducere a datelor pe care o persoană le poate comite prin neatenție.

Cu toate acestea, după efectuarea unui astfel de calcul, este prea devreme pentru a vă calma. Este necesar să concluzionăm că cablul selectat este potrivit pentru funcționare în condiții de operare specifice. Pentru aceasta, există cerințe tehnice pentru abaterile de tensiune admise de la normă.

Documente normative privind abaterea tensiunii de la valoarea nominală

În funcție de naționalitatea lor, utilizați una dintre următoarele.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Documentul este valabil pe teritoriul Republicii Belarus. Când primiți rezultatul, acordați atenție clauzei 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Standardele actuale sunt prevăzute pentru utilizarea la instalațiile de alimentare a energiei din Federația Rusă. Luați în considerare clauza 7.23.

GOST 13109

Înlocuit la 1 ianuarie 1999, standardul interstatal, GOST 13109 din 1987. Analizați în conformitate cu punctul 5.3.2.

Moduri de reducere a pierderilor de cablu

Atunci când se face calculul pierderilor de tensiune în cablu și rezultatul este comparat cu cerințele documentelor de reglementare, putem concluziona că cablul este potrivit pentru lucru.

Dacă rezultatul a arătat că erorile sunt supraestimate, atunci trebuie să alegeți un alt cablu sau să specificați condițiile pentru funcționarea acestuia. În practică, un caz tipic este adesea întâlnit atunci când cablul de lucru deja a fost dezvăluit prin metode de măsurare că pierderile de tensiune din el depășesc normele admise. Datorită acestui fapt, calitatea instalațiilor de alimentare este redusă.

Într-o astfel de situație, este necesar să se ia măsuri tehnice suplimentare pentru a reduce costurile de material necesare pentru o înlocuire completă a cablurilor din cauza:

1. restricții privind scurgerea sarcinii;

2. creșterea secțiunii transversale a conductorilor conductori;

3. reduceți lungimea cablului de lucru;

4. temperatura de operare mai scazuta.

Efectul puterii cablului asupra pierderilor de tensiune

Fluxul de curent prin conductor este întotdeauna însoțit de căldură în el, iar încălzirea afectează conductivitatea acestuia.Atunci când puterea crescută este transmisă prin cablu, aceștia, creând o temperatură ridicată, cresc pierderi de tensiune.

Pentru a le reduce uneori, este destul de mult ca unii consumatori care primesc electricitate prin cablu să se oprească și să repornească pe un alt lanț ocolitor.

Această metodă este acceptabilă pentru circuitele ramificate cu un număr mare de consumatori și linii redundante pentru conectarea lor.

Creșterea zonei transversale a miezului de cablu

Această metodă este adesea folosită pentru a reduce pierderile în circuitele transformatoarelor de măsurare a tensiunii. Dacă conectați un alt cablu la un cablu de lucru și conectați miezurile lor în paralel, curenții se vor împărți și vor reduce sarcina în fiecare fir. Pierderile de tensiune sunt, de asemenea, reduse, iar precizia sistemului de măsurare este restabilită.

Folosind această metodă, este important să nu uitați să faceți modificări la documentația executivă și, în special, la diagramele de instalare utilizate de personalul de reparații și întreținere pentru a efectua întreținerea periodică. Acest lucru va împiedica lucrătorii să facă greșeli.

Lungime redusă a cablului

Metoda nu este tipică, dar în unele cazuri poate fi utilizată. Cert este că schemele de dirijare a cablurilor la multe întreprinderi energetice dezvoltate sunt dezvoltate și îmbunătățite în mod constant în raport cu echipamentul livrat.

Datorită acestui fapt, sunt create oportunități de a schimba cablul cu o reducere a lungimii sale, ceea ce va reduce pierderea de tensiune rezultată.

Influența temperaturii ambientale

Funcționarea prin cablu în camerele cu încălzire crescută duce la o încălcare a echilibrului termic, o creștere a erorilor caracteristicilor sale tehnice. Așezarea pe alte autostrăzi sau utilizarea unui strat de izolație termică poate reduce pierderile de tensiune.

De regulă, este posibilă îmbunătățirea eficientă a caracteristicilor cablurilor într-unul sau mai multe moduri cu aplicarea lor complexă. Prin urmare, atunci când apare o astfel de necesitate, este important să luăm în considerare toate soluțiile posibile ale problemei și să alegem cea mai potrivită opțiune pentru condițiile locale.

Trebuie avut în vedere faptul că managementul competent al economiei electrice necesită o analiză constantă a situației operaționale, anticiparea dezvoltării evenimentelor și capacitatea de a calcula diferite situații. Aceste calități disting un electrician bun de masa generală a lucrătorilor obișnuiți.