Hur man beräknar kabelspänningsförlust

Frågan om kvaliteten på överföring och mottagande av elektrisk energi beror till stor del på tillståndet för utrustningen som är involverad i denna komplexa tekniska process. Eftersom enorm kraft drivs över långa avstånd i energisektorn ställs ökade krav på egenskaperna hos kraftledningar.

Dessutom uppmärksammas reduktionen av spänningsförluster inte bara på långa högspänningsnät, utan också i sekundära kretsar, till exempel spänningsmätningstransformatorer, som visas på fotografiet.

Kablarna på VT: s sekundära kretsar från varje fas samlas på ett ställe - terminalmonteringsskåpet. Från detta kopplingsutrustning, beläget på utrustningens mittmast, matas spänningskretsarna med en separat kabel till terminalblocket på panelen belägen i relärummet.

Elkraftutrustning är belägen på ett betydande avstånd från skydds- och mätanordningarna monterade på paneler. Längden på en sådan kabel når 300 ÷ 400 meter. Sådana avstånd leder till märkbara spänningsförluster i den interna kretsen, vilket allvarligt kan underskatta de metrologiska egenskaperna hos mätinstrument och systemet som helhet.

Av denna anledning kanske kvaliteten på omvandlingen av ett primärspänningsvärde, till exempel 330 kV till ett sekundärvärde på 100 volt med den erforderliga noggrannhetsklassen 0,2 eller 0,5, inte passar in i de acceptabla gränserna som krävs för tillförlitlig drift av mätkomplex och skydd.

För att eliminera sådana fel under driftsfasen är alla mätkablar konstruerade för spänningsförluster även under konstruktionen av den elektriska utrustningskretsen.

Hur spänningsförluster skapas

Kabeln består av ledande kärnor, som var och en är omgiven av ett dielektriskt skikt. Hela strukturen placeras i ett tätat dielektriskt hölje.

Metalledare är placerade ganska nära varandra, tätt pressade av skyddshöljet. Med en lång längd på motorvägen börjar de arbeta som en kondensator med laddningsplattor. På grund av dess verkan bildas kapacitans, som är en integrerad del av det reaktiva.

Som ett resultat av transformationer på lindningarna hos transformatorer, reaktorer och andra element med induktanser, får elektrisk energis kraft en induktiv karaktär. Kärnmetallens resistiva motstånd bildar den aktiva komponenten av den totala eller komplexa resistansen Zp för varje fas.

För att arbeta under spänning är kabeln ansluten till lasten med ett fullt komplext motstånd ZN i varje kärna.

Under kabeldrift i en trefas krets vid ett nominellt belastningsläge är strömmarna i faserna L1 ÷ L3 symmetriska, och en obalansström mycket nära nollflöden i den neutrala ledningen N.

Ledarnas komplexa motstånd när strömmen strömmar genom dem orsakar ett fall och spänningsförlust i kabeln, minskar dess ingångsvärde, och på grund av den reaktiva komponenten böjer den också i vinkel. Allt detta visas schematiskt i ett vektordiagram.

Spänningen U2 verkar vid kabelutgången, som avviks från strömvektorn med en vinkel φ och minskad med storleken på droppet I z från ingångsvärdet U1. Med andra ord, spänningsfallsvektorn i kabeln bildas genom att strömmen passerar genom ledarens komplexa motstånd och är lika med värdet på den geometriska skillnaden mellan ingångs- och utgångsvektorerna.

För tydlighetens skull visas det i förstorad skala och indikeras av segmentet ac eller hypotenusen för den rektangulära triangeln ack. Benen ak och kc anger spänningsfallet över den aktiva och reaktiva komponenten i kabelmotståndet.

Vi fortsätter mentalt riktningen av vektorn U2 till skärningspunkten med cirkellinjen som bildas av vektorn U1 från centrum vid punkt O. Vi har vektorn ab, med en vinkel som upprepar riktningen för U2 och en längd som är lika med den aritmetiska skillnaden mellan kvantiteterna U1-U2. Denna skalkvantitet kallas spänningsförlust.

Det beräknas under skapandet av projektet och mäts under kabelns drift för att övervaka säkerheten för dess tekniska egenskaper.

Principen för att mäta spänningsförluster i kabeln

För experimentet är det nödvändigt att utföra två mätningar med en voltmeter i olika ändar: ingången och lasten. Eftersom skillnaden mellan dem kommer att vara liten är det nödvändigt att använda en anordning med hög precision, företrädesvis i klass 0.2.

Kabellängden kan vara stor, vilket kommer att kräva betydande tid för övergången från en plats till en annan. Under denna period kan spänningen i nätverket ändras av olika skäl, vilket kommer att förvränga det slutliga resultatet. Därför är det vanligt att utföra sådana mätningar på båda sidor samtidigt, att involvera en assistent med kommunikationsanläggningar och en andra mätning av högprecisionsanordning.

Eftersom voltmetrar mäter det effektiva spänningsvärdet kommer skillnaden i deras avläsningar att indikera mängden förlust som bildas av aritmetisk subtraktion av vektormodulerna vid kabelns ingång och utgång.

Som ett exempel betraktar vi spänningstransformatorkretsarna som visas på de övre fotona. Anta att det linjära värdet vid kabelns ingång mäts till närmaste tiondel och är lika med 100,0 volt, och vid utgångarna som är anslutna till lasten var det 99,5 volt. Detta innebär att spänningsförluster definieras som 100,0-99,5 = 0,5 V. Vid omvandling till procent uppgick de till 0,5%.

Principen för att beräkna spänningsförluster

Låt oss återgå till vektordiagrammet för dropp- och spänningsförlustvektorer. När kabelkonstruktionen är känd, beräknas dess resistivitet från resistiviteten, tjockleken och längden på metallen hos den strömbärande kärnan.

Den specifika reaktansen och längden bestämmer kabelns totala reaktans. För beräkning räcker det ofta att ta en katalog med tabeller och enligt kabelmärket med vissa tekniska egenskaper beräkna båda typerna av resistanser (aktiva och reaktiva).

Genom att känna till de två benen i en rätvinklad triangel beräknas hypotenusen - värdet på det komplexa motståndet.

En kabel skapas för att överföra en nominell ström. Genom att multiplicera det numeriska värdet med det komplexa motståndet, finner vi storleken på spänningsfallets sida AC. Båda benen beräknas på liknande sätt: ak (I ∙ R) och kс (I ∙ X).

Därefter utförs enkla trigonometriska beräkningar. I triangeln ake definieras benet a genom att multiplicera I ∙ R med cos φ, och i Δckf längden på sidan cf (I ∙ X multipliceras med sin φ). Observera att segmentet cf är lika med segmentets längd som den motsatta sidan av rektangeln.

Lägg till erhållna längder ae och ed. Vi tar reda på längden på segmentannonsen, som är något mindre än ab eller spänningsförlust. På grund av det lilla värdet på bd är detta värde lättare att försumma än att försöka ta hänsyn till det i beräkningarna, vilket nästan alltid görs.

Denna enkla algoritm är grunden för att beräkna en tvåkärnig kabel när den levereras med en växel sinusformad ström. Tekniken fungerar med mindre justeringar för DC-kretsar.

I trefaslinjer som arbetar på tre- eller fyrtråds-kablar används en liknande beräkningsprocedur för varje fas. På grund av detta är det mycket mer komplicerat.

Hur beräkningen genomförs i praktiken

Tiderna då sådana beräkningar utfördes manuellt med formler har länge gått. Designorganisationer har länge använt specialtabeller, diagram och diagram som sammanfattas i tekniska manualer. De eliminerar det rutinmässiga arbetet med att utföra många matematiska operationer och tillhörande operatörsfel.

Som exempel kan vi citera de tekniker som anges i offentligt tillgängliga kataloger:

• Fedorovs elförsörjning 1986;

• om designarbete för kraftförsörjning av kraftledningar och elektriska nätverk redigerad av Bolshman, Krupovich och Samover.

Med den massiva introduktionen av datorer i våra liv började man utveckla program för att beräkna spänningsförluster, vilket i hög grad underlättade denna process. De skapas både för att utföra komplexa beräkningar av kraftförsörjningsnät av designorganisationer och för en ungefärlig bedömning av de preliminära resultaten av att använda en separat kabel.

Ägare av elektriska anläggningar för dessa ändamål publicerar på sina resurser olika kalkylatorer som gör att du snabbt kan bedöma kapaciteten hos kablar från olika märken. För att hitta dem räcker det i Googles sökning att ange motsvarande fråga och välja en av tjänsterna.

Som ett exempel kan du tänka på hur en sådan räknare fungerar.

Vi kommer att göra ett testtest för honom och ange de ursprungliga uppgifterna i lämpliga fält:

• växelström;

• aluminium;

• linjelängd - 400 m;

• kabelsektion - 16 mm kvadratisk (troligen är det inte en kabel utan en kärna);

• effektberäkning - 100 W;

• antal faser - 3;

• nätverksspänning - 100 volt;

• effektfaktor - 0,92;

• temperaturen är 20 grader.

Vi trycker på knappen ”Beräkning av spänningsförluster i kabeln” och tittar på resultatet av tjänsten.

Resultatet var ganska troligt: ​​0,714 volt eller 0,714%.

Låt oss försöka dubbelkontrollera det på en annan webbplats. För att göra detta, gå till en konkurrerande tjänst och ange samma värden.

Som ett resultat får vi en snabb beräkning.

Nu kan du jämföra resultaten från olika tjänster. 0,714-0,699373 = 0,021 volt.

Beräkningens noggrannhet i båda fallen är ganska acceptabel inte bara för en snabb analys av kabelprestanda, utan också för andra ändamål.

En metod för att jämföra arbetet i två onlinetjänster visade att de var effektiva och frånvaron av datafel som en person kan begå genom ouppmärksamhet.

Efter att ha gjort en sådan beräkning är det dock för tidigt att lugna ner. Det är nödvändigt att dra slutsatsen att den valda kabeln är lämplig för drift under specifika driftsförhållanden. För detta finns det tekniska krav för tillåtna spänningsavvikelser från normen.

Normativa dokument om spänningsavvikelsen från det nominella värdet

Beroende på deras nationalitet, använd ett av följande.

TKP 45-4.04—149—2009 (RB)

Dokumentet är giltigt på Republiken Vitrysslands territorium. När du får resultatet ska du vara uppmärksam på punkt 9.23.

SP 31-110-2003 (RF)

Aktuella standarder tillhandahålls för användning i Rysslands energiförsörjningsanläggningar. Överväga klausul 7.23.

GOST 13109

Ersatt den 1 januari 1999, interstate standard, GOST 13109 från 1987. Analysera enligt punkt 5.3.2.

Sätt att minska kabelförlusten

När beräkningen av spänningsförluster i kabeln görs och resultatet jämförs med kraven i regleringsdokument, kan vi dra slutsatsen att kabeln är lämplig för arbete.

Om resultatet visade att felen överskattas måste du välja en annan kabel eller ange villkoren för dess drift. I praktiken inträffar ofta ett typiskt fall när redan fungerande kabel avslöjas genom mätmetoder att spänningsförlusterna i den överskrider tillåtna normer. På grund av detta reduceras kvaliteten på kraftförsörjningsanläggningarna.

I en sådan situation är det nödvändigt att vidta ytterligare tekniska åtgärder för att minska de materialkostnader som krävs för en komplett kabelbyte på grund av:

1. begränsningar för läckande last;

2. öka tvärsnittsarean för ledande ledare;

3. minska arbetskabelns längd;

4. lägre driftstemperatur.

Effekten av kabelström på spänningsförlust

Strömflödet genom en ledare åtföljs alltid av att värme frigörs i den, och uppvärmning påverkar dess konduktivitet.När ökad effekt överförs via kabeln ökar de, vilket skapar en hög temperatur, spänningsförluster.

För att ibland minska dem är det tillräckligt för vissa konsumenter som får el via kabel att helt enkelt stänga av och starta om på en annan bypass-kedja.

Denna metod är acceptabel för grenade kretsar med ett stort antal konsumenter och redundanta linjer för deras anslutning.

Ökningen av kabelns kärns tvärsnittsarea

Denna metod används ofta för att minska förluster i kretsarna för spänningsmättransformatorer. Om du ansluter en annan kabel till en fungerande kabel och ansluter deras kärnor parallellt kommer strömmarna att delas upp och minska belastningen i varje tråd. Spänningsförluster reduceras också och mätsystemets noggrannhet återställs.

Med hjälp av denna metod är det viktigt att inte glömma att göra ändringar i den verkställande dokumentationen och särskilt de installationsdiagram som används av reparations- och underhållspersonalen för att utföra periodiskt underhåll. Detta förhindrar arbetare från att göra misstag.

Minskad kabellängd

Metoden är inte typisk, men i vissa fall kan den användas. Faktum är att kabelföringssystem i många utvecklade energiföretag ständigt utvecklas och förbättras i förhållande till den levererade utrustningen.

På grund av detta skapas möjligheter att förskjuta kabeln med en minskning av dess längd, vilket kommer att minska den resulterande spänningsförlusten.

Påverkan av omgivningstemperatur

Arbetet med kabeln i rum med ökad uppvärmning leder till en kränkning av den termiska balansen, en ökning av felen i dess tekniska egenskaper. Om du lägger längs andra motorvägar eller använder ett värmeisoleringsskikt kan det minska spänningsförlusterna.

Som regel är det möjligt att effektivt förbättra kabelegenskaperna på ett eller flera sätt med deras komplexa tillämpning. Därför, när ett sådant behov uppstår, är det viktigt att överväga alla möjliga lösningar på problemet och välja det lämpligaste alternativet för lokala förhållanden.

Man bör komma ihåg att den behöriga förvaltningen av den elektriska ekonomin kräver ständig analys av driftssituationen, förväntan på utvecklingen av händelser och möjligheten att beräkna olika situationer. Dessa egenskaper skiljer en bra elektriker från den vanliga arbetarnas allmänna massa.