Како израчунати губитак напона кабла

Питање квалитета преноса и примања електричне енергије у великој мери зависи од стања опреме која је укључена у овај сложен технолошки процес. Будући да се огромна снага преноси на велике удаљености у енергетском сектору, све већи захтјеви постављају се карактеристикама далековода.

Штавише, пажња се посвећује смањењу губитака напона не само на дугим мрежама високог напона, већ иу секундарним круговима, на пример, трансформаторима за мерење напона, као што је приказано на фотографији.

Каблови секундарних кругова ВТ из сваке фазе су сакупљени на једном месту - ормару склопа терминала. Из овог расклопног уређаја, који се налази на средњем јарболу опреме, напонски кругови се напајају посебним каблом до терминалног блока панела који се налази у просторији релеја.

Снажна примарна опрема налази се на значајној удаљености од заштите и мерних уређаја монтираних на плочама. Дужина таквог кабла достиже 300 ÷ 400 метара. Такве удаљености доводе до приметних губитака напона у унутрашњем кругу, што може озбиљно потценити метролошке карактеристике мерних инструмената и система у целини.

Из тог разлога, квалитет претварања вредности примарног напона, на пример, 330 кВ у секундарну вредност од 100 волти са потребном класом тачности од 0,2 или 0,5, не може се уклопити у прихватљиве границе потребне за поуздан рад мерних комплекса и заштите.

Да би се елиминисале такве грешке током фазе рада, сви мерни каблови су дизајнирани за губитке напона чак и током пројектовања круга електричне опреме.

Како настају губици напона

Кабл се састоји од проводљивих језгара од којих је свако окружено диелектричним слојем. Читава конструкција је смештена у херметички затвореном кућишту.

Метални проводници налазе се прилично близу један другом, чврсто притиснути заштитним омотачем. Дугом дужином аутопута почињу да раде попут кондензатора са плочицама за пуњење. Због његовог деловања формира се капацитивност, која је саставни део реакције.

Као резултат трансформација намотаја трансформатора, реактора и других елемената са индуктивитетом, снага електричне енергије добија индуктивни карактер. Отпорни отпор језгре метала чини активну компоненту укупне или сложене отпорности Зп сваке фазе.

Да би радио под напоном, кабл је повезан са теретом са потпуним сложеним отпором Зн у сваком језгру.

Током рада кабла у трофазном кругу са режимом номиналног оптерећења, струје у фазама Л1 ÷ Л3 су симетричне, а неравнотежна струја врло близу нуле тече у неутралној жици Н.

Сложени отпор проводника када струја тече кроз њих узрокује пад и губитак напона у каблу, смањује његову улазну вредност, а захваљујући реактивној компоненти такође одлази у кут. Све је то схематски приказано у векторском дијаграму.

Напон У2 делује на излазу кабла, који је одступан од вектора струје под углом φ и смањен за вредност пада И ∙ з од улазне вредности У1. Другим речима, вектор пада напона у каблу настаје проласком струје кроз комплексни отпор проводника и једнак је вредности геометријске разлике улазног и излазног вектора.

Ради јасноће, приказан је у увећаној скали и означен је сегментом ац или хипотенузом правокутног троугла ацк. Његове ноге ак и кц означавају пад напона преко активне и реактивне компоненте отпора кабла.

Ментално настављамо правац вектора У2 до пресека с кружном линијом коју вектор У1 формира од центра у тачки О. Имамо вектор аб, са углом који понавља смјер У2, а дужина једнака аритметичкој разлици вредности У1-У2. Ова скаларна количина назива се губитак напона.

Израчунава се током креирања пројекта и мери се током рада кабла ради праћења сигурности његових техничких карактеристика.

Принцип мерења губитака напона у каблу

За експеримент је потребно извршити два мерења волтметром на различитим крајевима: улаз и оптерећење. Будући да ће разлика између њих бити мала, потребно је користити високо прецизни уређај, најбоље класе 0,2.

Дужина кабла може бити велика, што ће требати велико време за прелазак са једног места на друго. Током овог периода напон у мрежи се може из различитих разлога мењати, што ће искривити коначни резултат. Због тога је уобичајено да се таква мерења врше на обе стране истовремено, укључује се помоћник са комуникацијским уређајима и други високо прецизни уређај за мерење.

Пошто волтметри мере ефективну вредност напона, разлика у њиховим очитавањима указује на износ губитака насталих аритметичким одузимањем векторских модула на улазу и излазу кабла.

Као пример, сматрамо склопове трансформатора напона приказане на горњим фотографијама. Претпоставимо да је линеарна вредност на улазу кабла измерена на најближу десетину и једнака је 100,0 волти, а на излазним терминалима повезаним са теретом је била 99,5 волти. То значи да су губици напона дефинисани као 100,0-99,5 = 0,5 В. Када су претворени у проценте, износили су 0,5%.

Принцип рачунања губитака напона

Вратимо се векторском дијаграму вектора падова и губитка напона. Када је изведба кабла позната, његов отпорност се израчунава од отпорности, дебљине и дужине метала језгре за ношење струје.

Специфична реактанција и дужина одређују укупну реактанцију кабла. Често је за израчунавање сасвим довољно узети директориј са табелама и према марки кабла са одређеним техничким карактеристикама израчунати обе врсте отпора (активни и реактивни).

Познавајући две ноге правоугаоног троугла, израчунава се хипотенуза - вредност сложеног отпора.

Ствара се кабл за пренос називне струје. Помноживши његову нумеричку вредност са сложеним отпором, сазнаћемо величину изменичног АЦ напона. Обе ноге се израчунавају на сличан начин: ак (И ∙ Р) и к (И ∙ Кс).

Затим се раде једноставни тригонометријски прорачуни. У аке трокута, нога ае је дефинисана множењем И ∙ Р на цос φ, а у с скф дужина бочне цф (И ∙ Кс је помножена са син φ). Имајте на уму да је сегмент цф једнак дужини сегмента ед, као супротној страни правоугаоника.

Додајте добијене дужине ае и ед. Откривамо дужину сегмента огласа која је нешто мања од аб или губитка напона. Због мале вредности бд, ову вредност је лакше занемарити него покушати узети у обзир у прорачунима, што се готово увек ради.

Овај једноставан алгоритам основа је за израчунавање двожилног кабла када се он напаја наизменичном синусоидном струјом. Техника делује са малим подешавањима за једносмерне струјне кругове.

У трофазним водовима који раде на тро- или четворожичним кабловима, сличан поступак израчуна се користи за сваку фазу. Због тога је много сложеније.

Како се прорачун врши у пракси

Времена када су се такви прорачуни ручно вршили по формулама одавно су прошла. Организације за пројектовање одавно користе посебне табеле, графиконе и дијаграме сажете у техничким приручницима. Они елиминишу рутински посао извођења бројних математичких операција и са њима повезане грешке оператера.

Као пример можемо навести технике изложене у јавно доступним именицима:

• Федоров снабдевање електричном енергијом 1986. године;

• на дизајнерским радовима за напајање далековода и електричних мрежа које су уредили Болшман, Крупович и Самовер.

Са масовним увођењем рачунара у наш живот, почели су се развијати програми за рачунање губитака напона, што је у великој мери олакшало овај процес. Створене су како за обављање сложених прорачуна мрежа напајања од стране дизајнерских организација, тако и за приближну процену прелиминарних резултата употребе засебног кабла.

Власници електричних локација у те сврхе објављују на својим ресурсима различите калкулаторе који вам омогућавају да брзо процијените могућности каблова различитих марки. Да бисте их пронашли, довољно је у Гоогле претрази да унесете одговарајући упит и изаберете једну од услуга.

Као пример, узмите у обзир рад таквог калкулатора.

Направићемо тест за њега и унети почетне податке у одговарајућа поља:

• наизменична струја;

• алуминијум

• дужина линије - 400 м;

• одсек кабла - квадрат 16 мм (највероватније није кабел, већ једно језгро);

• прорачун снаге - 100 В;

• број фаза - 3;

• мрежни напон - 100 волти;

• фактор снаге - 0,92;

• температура је 20 степени.

Притиснемо дугме „Прорачун губитака напона у каблу“ и гледамо резултат услуге.

Резултат је био прилично веродостојан: 0.714 волти или 0.714%.

Покушајмо да га поново проверимо на другој веб локацији. Да бисте то учинили, идите на конкурентски сервис и унесите исте вредности.

Као резултат тога, добијамо брз израчун.

Сада можете да упоредите резултате различитих служби. 0.714-0.699373 = 0.021 волти.

Тачност израчуна у оба случаја је сасвим прихватљива не само за брзу анализу перформанси каблова, већ и за друге сврхе.

Метода поређења рада двеју интернетских сервиса показала је њихову ефикасност и одсуство грешака у уносу података које особа може починити непажњом.

Међутим, извршивши такву рачуницу, прерано се смирити. Потребно је закључити да је одабрани кабл погодан за рад у одређеним радним условима. За то постоје технички захтеви за дозвољена одступања напона од норме.

Нормативни документи о одступању напона од називне вредности

Зависно од њихове националности, користите нешто од следећег.

ТКП 45-4.04—149—2009 (РБ)

Документ важи на територији Републике Белорусије. Приликом добијања резултата обратите пажњу на клаузулу 9.23.

СП 31-110-2003 (РФ)

Постојећи стандарди су предвиђени за употребу у објектима за напајање Руске Федерације. Размотрите клаузулу 7.23.

ГОСТ 13109

Замењен 1. јануара 1999. међудржавним стандардом, ГОСТ 13109 из 1987. године. Анализирати у складу са ставом 5.3.2.

Начини за смањење губитка кабла

Када се изврши прорачун губитака напона у каблу и резултат се упореди са захтевима регулаторних докумената, можемо закључити да је кабл погодан за рад.

Ако је резултат показао да су грешке прецењене, онда морате одабрати други кабл или одредити услове за његов рад. У пракси се често сусреће типичан случај када се већ радним каблом методама мерења открије да губици напона у њему прелазе дозвољене норме. Због тога се смањује квалитет постројења за напајање.

У таквој ситуацији, неопходно је предузети додатне техничке мере за смањење материјалних трошкова потребних за комплетну замену кабла због:

1. ограничења пропуштања терета;

2. повећање површине попречног пресека проводних проводника;

3. смањити дужину радног кабла;

4. нижа радна температура.

Утицај напајања каблова на губитак напона

Проток струје кроз проводник увек је праћен ослобађањем топлоте у њему, а загревање утиче на његову проводљивост.Када се повећана снага преноси путем кабла, они, стварајући високу температуру, повећавају губитке напона.

Да бисте их понекад смањили, сасвим је довољно да неки потрошачи који добијају струју каблом једноставно искључе и поново покрену други бајпас.

Ова метода је прихватљива за разгранате кругове са великим бројем потрошача и сувишне водове за њихово повезивање.

Повећање површине попречног пресека језгре кабла

Ова метода се често користи за смањење губитака у круговима напонских мјерних трансформатора. Ако други кабл повежете с радним каблом и повежете паралелно њихова језгра, струје ће се поделити и смањити оптерећење у свакој жици. Губици напона се такође смањују, а тачност мерног система враћа се.

Користећи ову методу, важно је не заборавити да извршите измене у извршној документацији, а посебно дијаграмима инсталације које особље за поправку и одржавање користи за периодично одржавање. То ће спречити раднике да праве грешке.

Смањена дужина кабла

Метода није типична, али се у неким случајевима може користити. Чињеница је да се схеме кабловских водова у многим развијеним енергетским предузећима непрестано развијају и побољшавају у односу на испоручену опрему.

Због тога се стварају могућности за померање кабла са смањењем његове дужине, што ће умањити настали губитак напона.

Утицај температуре околине

Рад каблова у собама са повећаним грејањем доводи до кршења топлотне биланце, повећања грешака његових техничких карактеристика. Полагање уз друге аутопутеве или коришћење термоизолационог слоја може умањити губитке напона.

У правилу је могуће ефикасно побољшати карактеристике кабла на један или више начина њиховом сложеном применом. Стога, када се појави таква потреба, важно је размотрити сва могућа рјешења проблема и одабрати најприкладнију опцију за локалне услове.

Треба имати на уму да компетентно управљање електричном економијом захтева сталну анализу оперативне ситуације, предвиђање развоја догађаја и способност израчунавања различитих ситуација. Ове особине одликују доброг електричара од опште масе обичних радника.