По падению напряжения рассчитывают лэп напряжением



Расчет сетей по потерям напряжения

Потребители электрической энергии работают нормально, когда на их зажимы подается то напряжение, на которое рассчитаны данный электродвигатель или устройство. При передаче электроэнергии по проводам часть напряжения теряется на сопротивление проводов и в результате в конце линии, т. е. у потребителя, напряжение получается меньшим, чем в начале линии.

Понижение напряжения у потребителя по сравнению с нормальным сказывается на работе токоприемника, будь то силовая или осветительная нагрузка. Поэтому при расчете любой линии электропередачи отклонения напряжений не должны превышать допустимых норм, сети, выбранные по току нагрузки и рассчитанные на нагрев, как правило, проверяют по потере напряжения.

Потерей напряжения Δ U называют разность напряжений в начале и конце линии (участка линии) . ΔU принято определять в относительных единицах — по отношению к номинальному напряжению. Аналитически потеря напряжения определена формулой:

где P — активная мощность, кВт, Q — реактивная мощность, квар, ro — активное сопротивление линии, Ом/км, xo — индуктивное сопротивление линии, Ом/км, l — длина линии, км, U ном — номинальное напряжение, кВ.

Значения активного и индуктивного сопротивлений (Ом/км) для воздушных линий, выполненных проводом марки А-16 А-120 даны в справочных таблицах. Активное сопротивление 1 км алюминиевых (марки А) и сталеалюминевых (марки АС) проводников можно определить также по формуле:

где F — поперечное сечение алюминиевого провода или сечение алюминиевой части провода АС, мм 2 (проводимость стальной части провода АС не учитывают).

Согласно ПУЭ («Правилам устройства электроустановок»), для силовых сетей отклонение напряжения от нормального должно составлять не более ± 5 %, для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий — от +5 до — 2,5%, для сетей электрического освещения жилых зданий и наружного освещения ±5%. При расчете сетей исходят из допустимой потери напряжений.

Учитывая опыт проектирования и эксплуатации электрических сетей, принимают следующие допустимые величины потери напряжений: для низкого напряжения — от шин трансформаторного помещения до наиболее удаленного потребителя — 6%, причем эта потеря распределяется примерно следующим образом: от станции или понизительной трансформаторной подстанции и до ввода в помещение в зависимости от плотности нагрузки — от 3,5 до 5 %, от ввода до наиболее удаленного потребителя — от 1 до 2,5%, для сетей высокого напряжения при нормальном режиме работы в кабельных сетях — 6%, в воздушных— 8%, при аварийном режиме сети в кабельных сетях – 10 % и в воздушных— 12 %.

Считают, что трехфазные трехпроводные линии напряжением 6—10 кВ работают с равномерной нагрузкой, т. е что каждая из фаз такой линии нагружена равномерно. В сетях низкого напряжения из-за осветительной нагрузки добиться равномерного ее распределения между фазами бывает трудно, поэтому там чаще всего применяют 4-проводную систему трехфазного тока 380/220 В. При данной системе электродвигатели присоединяют к линейным проводам, а освещение распределяется между линейными и нулевым проводами. Таким путем уравнивают нагрузку на все три фазы.

При расчете можно пользоваться как заданными мощностями, так и величинами токов, которые соответствуют этим мощностям. В линиях, которые имеют протяженность в несколько километров, что, в частности, относится к линиям напряжением 6—10 кВ, приходится учитывать влияние индуктивного сопротивления провода на потерю напряжения в линии.

Для подсчетов индуктивное сопротивление медных и алюминиевых проводов можно принять равным 0,32—0,44 Ом/км, причем меньшее значение следует брать при малых расстояниях между проводами (500—600 мм) и сечениях провода выше 95 мм2, а большее — при расстояниях 1000 мм и выше и сечениях 10—25 мм2.

Потеря напряжения в каждом проводе трехфазной линии с учетом индуктивного сопротивления проводов подсчитывается по формуле

где первый член в правой части представляет собой активную, а второй — реактивную составляющую потери напряжения.

Порядок расчета линии электропередачи на потерю напряжения с проводами из цветных металлов с учетом индуктивного сопротивления проводов следующий:

1. Задаемся средним значением индуктивного сопротивления для алюминиевого или сталеалюминевого провода в 0,35 Ом/км.

2. Рассчитываем активную и реактивную нагрузки P, Q.

3. Подсчитываем реактивную (индуктивную) потерю напряжения

4. Допустимая активная потеря напряжения определяется как разность между заданной потерей линейного напряжения и реактивной:

5. Определяем сечение провода s, мм2

где γ — величина, обратная удельному сопротивлению ( γ = 1/ro — удельная проводимость).

6. Подбираем ближайшее стандартное значение s и находим для него по справочной таблице активное и индуктивное сопротивления на 1 км линии ( ro, хо ).

7. Подсчитываем уточненную величину потери напряжения по формуле.

Полученная величина не должна быть больше допустимой потери напряжения. Если же она оказалась больше допустимой, то придется взять провод большего (следующего) сечения и произвести расчет повторно.

Для линий постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует и общие формулы, приведенные выше, упрощаются.

Расчет сетей п остоянного тока по потерям напряжения.

Пусть мощность P, Вт, надо передать по линии длиной l, мм, этой мощности соответствует ток

где U — номинальное напряжение, В.

Сопротивление провода линии в оба конца

где р — удельное сопротивление провода, s — сечение провода, мм2.

Потеря напряжения на линии

Последнее выражение дает возможность произвести проверочный расчет потери напряжения в уже существующей линии, когда известна ее нагрузка, или выбрать сечение провода по заданной нагрузке

Расчет сетей однофазного переменного тока по потерям напряжения.

Если нагрузка чисто активная (освещение, нагревательные приборы и т. п.), то расчет ничем не отличается от приведенного расчета линии постоянного тока. Если же нагрузка смешанная, т. е. коэффициент мощности отличается от единицы, то расчетные формулы принимают вид:

потери напряжения в линии

а необходимое сечение провода линии

Для распределительной сети 0,4 кВ, питающей технологические линии и другие электроприемники лесопромышленных или деревообрабатывающих предприятий, составляют ее расчетную схему и расчет потери напряжения ведут по отдельным участкам. Для удобства расчетов в таких случаях пользуются специальными таблицами. Приведем пример такой таблицы, где приведены потери напряжения в трехфазной ВЛ с алюминиевыми проводами напряжением 0,4 кВ.

Потери напряжения определены следующей формулой:

где Δ U — потеря напряжения, В, Δ U табл — значение относительных потерь, % на 1 кВт•км, Ма — произведение передаваемой мощности Р (кВт) на длину линии, кВт•км.

Источник

Падение и потеря напряжения в ЛЭП

Среди параметров, которые характеризуют режимы ЛЭП имеются такие из них, как падение и потеря напряжения.

Падением напряжения в ЛЭП называется векторная (геометрическая) разность между напряжениями начала и конца линии.

Это падение напряжения, комплексное число, имеет действительную и мнимую части.

BC – действительная часть падения напряжения (продольная составляющая падения напряжения), .

AC – мнимая часть падения напряжения (поперечная составляющая падения напряжения), .

Потерей напряжения называется алгебраическая разность напряжений в начале и конце линии.

BD – разность векторов (если повернуть на угол ).

Проанализируем как будут меняться падения и потери напряжения в зависимости от параметров линии (сопротивлений).

Зависимость погонных сопротивлений от сечения провода

Для распределительных сетей, где где используются малые сечения проводов, угол , поперечная составляющая падения напряжения мала, а потеря напряжения практически равна продольной составляющей падения напряжения.

Таким образом, в распределительных сетях и питающих сетях напряжением до 110 кВ включительно при расчетах режимов можно пренебречь поперечной составляющей падения напряжения, а продольную составляющую считать равной потере напряжения и расчет выполнять по потере напряжения.

Для питающих сетей угол значительный, поперечной составляющей пренебрегать нельзя, поэтому в расчетах питающих сетей напряжением 220 кВ и выше необходимо учитывать как продольную, так и поперечную составляющую и расчет вести по падению напряжения.

Если будут известны данные в начале линии (P, Q, U), то в формулах изменяются только индексы

Источник

Расчет потери напряжения с несколькими нагрузками вдоль линии

Причины потерь

Каждый электрик знает, что кабеля состоят из жил. Они изготавливаются из меди либо алюминия и покрыты изоляционным слоем. Для защиты от механических повреждений проводники помещаются в дополнительную полимерную оболочку. Так как токоведущие жилы плотно расположены и сжаты защитным покрытием, при большой протяженности магистрали они начинают работать по принципу конденсатора. Говоря проще, в сердечниках создается заряд, обладающий емкостным сопротивлением.

Схема потери напряжения в проводах имеет следующий вид:

• При прохождении электротока проводник нагревается, что приводит к появлению емкостного сопротивления, являющегося частью реактивного.
• Под воздействием процессов, протекающих в различных элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
• В итоге резистивное сопротивление токоведущих жил кабеля в каждой фазе электроцепи преобразуется в активное сопротивление.
• Провод подсоединяется на токовую нагрузку с комплексным сопротивлением по каждой жиле.
• Если сеть трехфазная, то все три линии будут симметричными, а нейтральный проводник пропускает электроток по значению близкий к нулю.
• Из-за общего сопротивления жил наблюдается падение напряжения по длине кабеля при прохождении тока с векторным отклонением благодаря наличию реактивной составляющей.

Если этот процесс представить графически, то показателем потерь окажется отрезок AD.

Выполнять такие вычисления вручную довольно сложно и сейчас часто используется онлайн-калькулятор. Потери напряжения, рассчитанные с его помощью, оказываются довольно точными, а погрешность минимальна.

Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения

Пояснения к расчёту

Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:

Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:

Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.

Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.

P — активная мощность передаваемая по линии, Вт; Q — реактивная мощность передаваемая по линии, ВАр; R — удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м; X — удельное индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/м; L — длина кабельной линии, м; Uл — линейное напряжение сети, В; Uф — фазное напряжение сети, В.

Последствия снижения напряжения

В соответствии с нормативной документацией, потери на магистрали от трансформатора до самой удаленной точки для общественных объектов не должны превышать 9%. Что касается возможных потерь в месте ввода линии к конечному пользователю, то этот показатель должен составлять не более 4%.

В случае отклонения от указанных пределов возможны следующие последствия:

• Энергозависимое оборудование не сможет нормально функционировать.
• При низком напряжении на входе возможен отказ в работе электроприборов.
• Токовая нагрузка не будет распределяться равномерно между потребителями.

К характеристикам ЛЭП предъявляются высокие требования. При их проектировании необходимо рассчитать возможные потери не только в магистральных сетях, но и вторичных.

Рекомендации по расчетам

Для расчета потерь напряжения можно использовать несколько способов. Рассмотреть стоит все, чтобы каждый электрик смог выбрать наиболее привлекательный в зависимости от ситуации.

Применение таблиц и формул

На практике при монтаже электромагистралей используются медные или алюминиевые проводники. Зная показатели удельного сопротивления этих материалов, а также силу тока и сопротивление проводов, можно использовать следующие формулы падения напряжения:

Домашний мастер и даже специалист может воспользоваться специальными таблицами. Это довольно удобный и простой способ проведения необходимых расчетов. Однако в некоторых случаях требуется получить максимально достоверный результат, учитывая показатели активного и реактивного сопротивления. В такой ситуации приходится использовать более сложную формулу:

Для обеспечения оптимальной нагрузки в трехфазной сети каждая фаза должна быть нагружена равномерно. Для решения поставленной задачи подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.

Онлайн сервисы

Применение формул, графиков и таблиц является довольно трудоемким процессом. Не всегда необходимо получить максимально точные результаты и в такой ситуации стоит воспользоваться онлайн-калькуляторами. Эти сервисы работают следующим образом:

• В программу вводятся показатели силы тока, материал проводника, сечение токоведущих жил и длина магистрали.
• Также потребуется предоставить информацию о количестве фаз, напряжению в сети, мощности и температуре линии во время эксплуатации.
• После введения всех необходимых данных программа автоматически выполнит все нужные расчеты.

На стадии предварительного проектирования стоит воспользоваться несколькими сервисами и затем определить среднее значение. Следует признать, что определенная погрешность в расчетах при использовании онлайн-калькуляторов присутствует.

Расчет ЛЭП на потерю напряжения

1. Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
2. Расчет нагрузок P, Q.
3. Расчет реактивной потери:

Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:

Сечение провода находится из отношения:

Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.

На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.

Кабельные жилы разных сечений

По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.

Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.

Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:

Если все нагрузки активные, cosφ=1.

Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.

По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм2.

Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r0∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм2)∙20 (м)/1,5 (мм2)=0,464 Ом.

В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.

Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.

Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм2.

Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.

Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:

• Iном = 100 А;
• cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
• Iпусковой = 500 А;
• cos φ = 0,35 при пуске;
• падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.

На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.

Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)

Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.

Таблица для определения потерь напряжения в кабеле

Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:

Для сечения 35 мм2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆Uобщ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.

Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.

При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.

По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆Uобщ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.

Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.

Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.

Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм2, длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).

Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.

Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.

Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆Uлинии фаз= 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆Uлинии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.

Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆Uосв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆Uосв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.

Сокращение потерь

Вполне очевидно, что потери зависят от длины проводника в магистрали. Чем этот параметр выше, тем сильнее упадет напряжение. Для сокращения потерь можно использовать несколько методов:

• Увеличить сечение проводника для равномерного распределения нагрузки на линии.
• Уменьшить длину кабеля, что не всегда возможно.
• Снизить мощность тока, передаваемого по проводу большой протяженности.

Последний способ отлично работает в электросетях, имеющих несколько резервных линий. Также следует помнить, что напряжение может падать при условии увеличения температуры кабеля. Если во время прокладки кабеля использовать дополнительные мероприятия по теплоизоляции, то потери можно сократить.

В энергетической отрасли расчет падения напряжения на магистрали является одной из важнейших задач. Если все вычисления были проведены грамотно, то у потребителя не возникнет проблем с эксплуатацией электрооборудования.

Источник