Kuinka laskea kaapelin jännitehäviö

Kysymys sähköenergian siirron ja vastaanoton laadusta riippuu pitkälti laitteiden tilasta, joka on mukana tässä monimutkaisessa teknologisessa prosessissa. Koska energia-alalla kuljetetaan valtavaa energiaa pitkiä matkoja, voimalinjojen ominaisuuksille asetetaan lisää vaatimuksia.

Lisäksi kiinnitetään huomiota jännitehäviöiden vähentämiseen paitsi pitkissä korkeajänniteverkoissa myös sekundäärisissä piireissä, esimerkiksi jännitteenmittausmuuntajissa, kuten kuvassa.

Kunkin vaiheen VT: n sekundaaripiirien kaapelit on koottu yhteen paikkaan - liitäntäkoteloon. Tästä laitteiston keski mastossa sijaitsevasta kytkinlaitteesta jännitepiirit syötetään erillisellä kaapelilla relehuoneessa olevan paneelin riviliittimeen.

Teholliset päälaitteet sijaitsevat huomattavan etäisyydellä paneeleihin kiinnitetyistä suojauksista ja mittauslaitteista. Tällaisen kaapelin pituus on 300–400 metriä. Tällaiset etäisyydet johtavat huomattaviin jännitehäviöihin sisäpiirissä, mikä voi vakavasti aliarvioida mittauslaitteiden ja koko järjestelmän metrologiset ominaisuudet.

Tästä syystä ensiöjännitearvon, esimerkiksi 330 kV, muunnoksen laatu toissijaiseksi arvoksi 100 volttia vaaditulla tarkkuusluokalla 0,2 tai 0,5, ei välttämättä sovi hyväksyttäviin rajoihin, joita vaaditaan mittauskompleksien ja suojausten luotettavan toiminnan kannalta.

Tällaisten virheiden eliminoimiseksi käyttövaiheen aikana kaikki mittauskaapelit on suunniteltu jännitehäviöille jopa sähkölaitepiirin suunnittelun aikana.

Kuinka jännitehäviöt syntyvät

Kaapeli koostuu johtavista ytimistä, joista kukin on dielektrisen kerroksen ympäröimä. Koko rakenne on sijoitettu suljettuun dielektriseen koteloon.

Metallijohtimet sijaitsevat melko lähellä toisiaan, suojavaipan tiukasti puristamana. Kun moottoritie on pitkä, he alkavat toimia kuin kondensaattori, jolla on latauslevyt. Vaikutuksensa ansiosta muodostuu kapasitanssi, joka on olennainen osa reaktiivista.

Muuntajien, reaktorien ja muiden induktansseilla varustettujen elementtien käämitysten seurauksena sähköenergian teho saavuttaa induktiivisen luonteen. Ydimetallin resistiivisyys muodostaa kunkin vaiheen kokonais- tai kompleksiresistanssin Zп aktiivisen komponentin.

Jännitteen alaisena toimimiseksi kaapeli on kytketty kuormaan täydellä kompleksiresistanssilla Zн jokaisessa ytimessä.

Kaapelin käytön aikana kolmivaihepiirissä nimelliskuormitusmoodilla vaiheissa L1 ÷ L3 olevat virrat ovat symmetrisiä ja tasapainovirta virtaa neutraalijohdossa N hyvin lähellä nollaa.

Johtimien monimutkainen vastus, kun virta kulkee niiden läpi, aiheuttaa kaapelin pudotuksen ja jännitehäviön, pienentää sen tuloarvoa, ja reaktiivisen komponentin vuoksi se taipuu myös kulmassa. Kaikki tämä esitetään kaavamaisesti vektorikaaviossa.

Jännite U2 toimii kaapelin ulostulossa, joka poikkeaa virtavektorista kulmalla φ ja vähentää pudotusarvon I I arvolla tuloarvosta U1. Toisin sanoen kaapelin jännitehäviövektori muodostetaan kuljettamalla virta johtimen kompleksisen vastuksen läpi ja on yhtä suuri kuin tulo- ja lähtövektorien geometrisen eron arvo.

Selvyyden vuoksi se esitetään suurennetussa mittakaavassa ja sitä osoittaa segmentti ac tai suorakulmaisen kolmion kaulan hypoteenus. Sen jalat ak ja kc kuvaavat jännitteen pudotusta kaapelin vastuksen aktiivisessa ja reaktiivisessa komponentissa.

Jatkamme henkisesti vektorin U2 suuntaa leikkaukseen vektorin U1 muodostaman ympyrälinjan kanssa keskustasta pisteessä O. Meillä on vektori ab, kulmassa, joka toistaa U2: n suunnan ja jonka pituus on yhtä suuri kuin määrien U1-U2 aritmeettinen ero. Tätä skalaarimäärää kutsutaan jännitehäviöksi.

Se lasketaan projektin luomisen aikana ja mitataan kaapelin käytön aikana sen teknisten ominaisuuksien turvallisuuden valvomiseksi.

Kaapelin jännitehäviöiden mittausperiaate

Koetta varten on tarpeen suorittaa kaksi mittausta voltimetrillä eri päissä: tulo ja kuorma. Koska ero niiden välillä on pieni, on välttämätöntä käyttää erittäin tarkkaa laitetta, edullisesti luokkaa 0.2.

Kaapelin pituus voi olla suuri, mikä vie huomattavasti aikaa siirtymiseen paikasta toiseen. Tänä aikana verkon jännite voi muuttua monista syistä, mikä vääristää lopputulosta. Siksi on tapana suorittaa tällaiset mittaukset molemmilla puolilla samanaikaisesti, mukaan lukien avustaja viestintälaitteilla ja toinen mittaustarkkuuslaite.

Koska volttimittarit mittaavat jännitteen tosiasiallista arvoa, niiden lukemien ero osoittaa häviön määrän, joka muodostuu vektorimoduulien aritmeettisen vähennyksen avulla kaapelin sisääntulossa ja ulostulossa.

Esimerkiksi tarkastelemme yläkuvissa esitettyjä jännitemuuntajapiirejä. Oletetaan, että kaapelin tulon lineaariarvo mitataan lähimpään kymmenesosaan ja on yhtä suuri kuin 100,0 volttia, ja kuormaan kytketyissä lähtöliittimissä se oli 99,5 volttia. Tämä tarkoittaa, että jännitehäviöt määritetään arvoiksi 100,0-99,5 = 0,5 V. Prosentteina muunnettuna ne olivat 0,5%.

Jännitehäviöiden laskemisen periaate

Palatkaamme takaisin pudotus- ja jännitehäviövektoreiden vektorikaavioon. Kun kaapelin rakenne tunnetaan, sen resistiivisyys lasketaan virran kantavan ytimen metallin resistiivisyydestä, paksudesta ja pituudesta.

Erityinen reaktanssi ja pituus määräävät kaapelin kokonaisreaktanssin. Usein riittää laskentaan hakemiston ottaminen taulukoilla kaapelin merkin mukaan, jolla on tietyt tekniset ominaisuudet laske molemmat resistanssityypit (aktiivinen ja reaktiivinen).

Tunnettaessa suorakulmaisen kolmion kaksi jalaa, hypotenuse lasketaan - kompleksin vastusarvo.

Nimellisvirran lähettämiseksi luodaan kaapeli. Kertomalla sen numeerinen arvo kompleksiresistanssilla saadaan selville jännitteen pudotuksen puolella olevan ac: n suuruus. Molemmat jalat lasketaan samalla tavalla: ak (I ∙ R) ja kс (I ∙ X).

Seuraavaksi suoritetaan yksinkertaiset trigonometriset laskelmat. Kolmiossa ake, jalka ae määritetään kertomalla I ∙ R cos φ: lla, ja Δ сkf: ssä sivun cf pituus (I ∙ X kerrotaan sinillä φ). Huomaa, että segmentti cf on yhtä suuri kuin segmentin pituus ed, suorakulmion vastakkaisena puolena.

Lisää saadut pituudet ae ja ed. Selvitämme segmenttimainoksen pituuden, joka on hiukan pienempi kuin ab tai jännitehäviö. Bd: n pienen arvon vuoksi tätä arvoa on helpompi laiminlyödä kuin yrittää ottaa se huomioon laskelmissa, mikä melkein aina tehdään.

Tämä yksinkertainen algoritmi on perusta kahden ytimen kaapelin laskemiselle, kun siihen syötetään vaihtovirta sinimuotoista virtaa. Tekniikka toimii pienillä DC-piirien säätöillä.

Kolmivaiheisissa linjoissa, jotka toimivat kolmi- tai nelijohdinjohdoilla, käytetään samanlaista laskentamenetelmää jokaiselle vaiheelle. Tästä johtuen se on paljon monimutkaisempi.

Kuinka laskenta suoritetaan käytännössä

Ajat, jolloin tällaiset laskelmat tehtiin manuaalisesti kaavojen avulla, ovat kauan kuluneet. Suunnitteluorganisaatiot ovat jo pitkään käyttäneet teknisiä käsikirjoja yhteenvetoina erityisiä taulukoita, kaavioita ja kaavioita. Ne poistavat rutiininomaisen työn suorittamalla lukuisia matemaattisia toimenpiteitä ja niihin liittyviä operaattorivirheitä.

Esimerkiksi voimme mainita julkisesti saatavilla olevissa hakemistoissa esitetyt tekniikat:

• Fedorovin sähkönjakelu vuonna 1986;

• Bolshmanin, Krupovichin ja Samoverin toimittamien voimalinjojen ja sähköverkkojen sähkönjakelun suunnittelutöistä.

Kun tietokoneet tulivat massiivisesti käyttöön elämässämme, alettiin kehittää ohjelmia jännitehäviöiden laskemiseksi, mikä helpotti huomattavasti tätä prosessia. Ne on luotu sekä suunnitteluorganisaatioiden suorittamaan monimutkaisia ​​tehonsyöttöverkkojen laskelmia että arvioimaan likimääräisesti erillisen kaapelin käytön alustavia tuloksia.

Tätä tarkoitusta varten sähkösivustojen omistajat postittavat resursseihinsa erilaisia ​​laskimia, joiden avulla voit nopeasti arvioida eri merkkien kaapeleiden ominaisuudet. Niiden löytämiseksi riittää, että Google-haussa kirjoitetaan vastaava kysely ja valitaan yksi palveluista.

Tarkastellaan esimerkiksi tällaisen laskimen toimintaa.

Suoritamme hänelle testitesti ja kirjoitamme perustiedot asianmukaisiin kenttiin:

• vaihtovirta;

• alumiini;

• linjan pituus - 400 m;

• kaapelin osa - neliö 16 mm (todennäköisimmin se ei ole kaapeli, vaan yksi ydin);

• tehonlaskenta - 100 W;

• vaiheiden lukumäärä - 3;

• verkkojännite - 100 volttia;

• tehokerroin - 0,92;

• lämpötila on 20 astetta.

Painamme painiketta “Jännitteen häviöiden laskeminen kaapelissa” ja katsomme palvelun tulosta.

Tulos oli varsin uskottava: 0,714 volttia tai 0,714%.

Yritetään tarkistaa se toisella sivustolla. Voit tehdä tämän siirtymällä kilpailevaan palveluun ja kirjoittamalla samat arvot.

Seurauksena on, että saamme nopean laskelman.

Nyt voit verrata eri palveluiden suorittamia tuloksia. 0,714 - 0,699373 = 0,021 volttia.

Laskennan tarkkuus on molemmissa tapauksissa varsin hyväksyttävä kaapelin suorituskyvyn nopeaan analysointiin myös muihin tarkoituksiin.

Kahden verkkopalvelun työn vertailumenetelmä osoitti niiden tehokkuuden ja tiedonsiirtovirheiden puuttumisen, joita henkilö voi tehdä tarkkailematta.

Suoritettuaan tällaisen laskelman on kuitenkin liian aikaista rauhoittua. On tarpeen päätellä, että valittu kaapeli soveltuu käytettäväksi tietyissä käyttöolosuhteissa. Tätä varten on olemassa tekniset vaatimukset sallituille jännitepoikkeamille normista.

Normaalit asiakirjat jännitteen poikkeamasta nimellisarvosta

Käytä kansallisuudesta riippuen yhtä seuraavista.

TKP 45-4.04–149—2009 (RB)

Asiakirja on voimassa Valkovenäjän tasavallan alueella. Kun vastaanotat tuloksen, kiinnitä huomiota kohtaan 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Nykyiset standardit tarjotaan käytettäväksi Venäjän federaation sähkönjakelulaitoksissa. Tarkastellaan kohtaa 7.23.

GOST 13109

Korvattu 1. tammikuuta 1999, valtion välinen standardi, GOST 13109 vuodesta 1987. Analysoidaan kohdan 5.3.2 mukaisesti.

Tapoja vähentää kaapelin häviämistä

Kun kaapelin jännitehäviöt on laskettu ja tulosta verrataan sääntelyasiakirjojen vaatimuksiin, voidaan päätellä, että kaapeli soveltuu työhön.

Jos tulos osoitti, että virheet on yliarvioitu, sinun on valittava toinen kaapeli tai määritettävä sen toimintaedellytykset. Käytännössä tyypillinen tapaus kohtaa usein, kun jo toimiva kaapeli paljastaa mittausmenetelmillä, että siinä olevat jännitehäviöt ylittävät sallitut normit. Tästä syystä virransyöttölaitteiden laatu heikkenee.

Tällaisessa tilanteessa on tarpeen ryhtyä teknisiin lisätoimenpiteisiin kaapelin täydellisen vaihtamisen edellyttämien materiaalikustannusten vähentämiseksi seuraavista syistä:

1. rajoitukset vuotavalle kuormalle;

2. kasvatetaan johtavien johtimien poikkileikkauspinta-alaa;

3. lyhentä työkaapelin pituutta;

4. alempi käyttölämpötila.

Kaapelin virran vaikutus jännitehäviöön

Virtavirtaan johtimen läpi liittyy siihen aina lämpöä, ja kuumennus vaikuttaa sen johtavuuteen.Kun lisääntynyttä tehoa siirretään kaapelin kautta, ne, aiheuttaen korkean lämpötilan, lisäävät jännitehäviöitä.

Niiden vähentämiseksi toisinaan riittää, että jotkut kuluttajat, jotka saavat sähköä kaapelin välityksellä, sammuttavat ja käynnistävät uudelleen toisen ohitusketjun.

Tämä menetelmä on hyväksyttävä haarautuneille piireille, joissa on suuri määrä kuluttajia ja redundantteihin johtoihin niiden kytkemistä varten.

Kaapelin ytimen poikkipinta-alan kasvu

Tätä menetelmää käytetään usein pienentämään jännitteenmittausmuuntajien piirejä. Jos liität toisen kaapelin toimivaan kaapeliin ja kytket niiden ytimet rinnakkain, virrat jakautuvat ja vähentävät kunkin johtimen kuormitusta. Jännitehäviöt myös vähenevät, ja mittausjärjestelmän tarkkuus palautetaan.

Tätä menetelmää käytettäessä on tärkeää unohtaa tehdä muutoksia toimeenpanoasiakirjaan ja erityisesti asennuskaavioihin, joita korjaus- ja huoltohenkilökunta käyttää säännöllisen huollon suorittamiseen. Tämä estää työntekijöitä tekemästä virheitä.

Lyhennetty kaapelin pituus

Menetelmä ei ole tyypillinen, mutta joissakin tapauksissa sitä voidaan käyttää. Tosiasia, että monien kehittyneiden energiayritysten kaapelireititysjärjestelmiä kehitetään ja parannetaan jatkuvasti toimitettuihin laitteisiin nähden.

Tämän vuoksi luodaan mahdollisuuksia siirtää kaapelia pienentämällä sen pituutta, mikä vähentää siitä johtuvaa jännitehäviötä.

Ympäristön lämpötilan vaikutus

Kaapelin käyttö huoneissa, joissa on lisääntynyt lämmitys, johtaa lämpötasapainon rikkomiseen, sen teknisten ominaisuuksien virheiden lisääntymiseen. Asettaminen muille moottoriteille tai lämmöneristyskerroksen käyttö voi vähentää jännitehäviöitä.

Kaapelin ominaisuuksia voidaan yleensä parantaa tehokkaasti yhdellä tai useammalla tavalla niiden monimutkaisella sovelluksella. Siksi, kun tällainen tarve syntyy, on tärkeää harkita kaikkia mahdollisia ratkaisuja ongelmaan ja valita sopivin vaihtoehto paikallisiin olosuhteisiin.

On pidettävä mielessä, että sähkötalouden pätevä johtaminen vaatii jatkuvaa toimintatilanteen analysointia, tapahtumien kehityksen ennakointia ja kykyä laskea erilaisia ​​tilanteita. Nämä ominaisuudet erottavat hyvän sähköasentajan tavallisten työntekijöiden yleisestä massasta.