Straty napięcia na długości kabla: przyczyny spadku, zastosowanie wzorów i kalkulatora online

Przy projektowaniu sieci elektroenergetycznych o małych prądach często oblicza się straty napięcia w przewodach. Uzyskane wyniki są następnie wykorzystywane do określenia optymalnego przekroju przewodów przewodzących prąd. Jeśli podczas doboru przewodów i kabli popełni się błąd, instalacja elektryczna szybko ulegnie awarii lub w ogóle się nie uruchomi. Do przeprowadzenia niezbędnych obliczeń stosuje się specjalne formuły lub kalkulatory online.

Przyczyny strat

Każdy elektryk wie, że kable są zbudowane z rdzeni. Wykonane są z miedzi lub aluminium i pokryte warstwą izolacyjną. W celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi przewodniki umieszczono w dodatkowej powłoce polimerowej. Ponieważ przewody przewodzące prąd są gęsto rozmieszczone i ściśnięte przez powłokę ochronną, o dużej długości linii, zaczynają działać na zasadzie kondensatora. Mówiąc najprościej, w rdzeniach powstaje ładunek, który ma rezystancję pojemnościową.

Obwód strat napięcia w przewodach wygląda następująco:

• Gdy przepływa prąd elektryczny, przewodnik nagrzewa się, co prowadzi do pojawienia się rezystancji pojemnościowej, która jest częścią rezystancji reaktywnej.
• Pod wpływem procesów zachodzących w różnych elementach obwodu moc energii elektrycznej staje się indukcyjna.
• W rezultacie rezystancja rezystancyjna żył kabla w każdej fazie obwodu elektrycznego jest przekształcana w rezystancję czynną.
• Przewód jest podłączony do obciążenia prądowego o złożonej rezystancji dla każdego rdzenia.
• Jeśli sieć jest trójfazowa, wszystkie trzy linie będą symetryczne, a przewód neutralny przepuszcza prąd elektryczny o wartości bliskiej zeru.
• Ze względu na całkowitą rezystancję przewodów obserwuje się spadek napięcia na długości kabla, gdy prąd przepływa z odchyleniem wektora ze względu na obecność elementu reaktywnego.

Jeżeli proces ten zostanie przedstawiony graficznie, to wskaźnikiem strat będzie segment AD.

Ręczne wykonywanie takich obliczeń jest dość trudne, a teraz często używany jest kalkulator online. Obliczone za jego pomocą straty napięcia okazują się dość dokładne, a błąd minimalny.

Konsekwencje obniżenia napięcia

Zgodnie z dokumentami regulacyjnymi straty na linii głównej od transformatora do najbardziej oddalonego punktu obiektów użyteczności publicznej nie powinny przekraczać 9%. Biorąc pod uwagę możliwe straty w punkcie wejścia linii do użytkownika końcowego, liczba ta nie powinna przekraczać 4%.

W przypadku odchylenia od określonych limitów możliwe są następujące konsekwencje:

• Niestabilny sprzęt nie będzie w stanie prawidłowo funkcjonować.
• Jeśli napięcie wejściowe jest niskie, sprzęt elektryczny może działać nieprawidłowo.
• Obecne obciążenie nie zostanie rozłożone równomiernie wśród odbiorców.

Charakterystyki linii elektroenergetycznych stawiają wysokie wymagania. Przy ich projektowaniu należy obliczyć możliwe straty nie tylko w sieciach szkieletowych, ale również w sieciach wtórnych.

Zalecenia obliczeniowe

Do obliczenia strat napięcia można zastosować kilka metod. Należy wszystko przemyśleć, aby każdy elektryk mógł wybrać ten najbardziej atrakcyjny w zależności od sytuacji.

Stosowanie tabel i formuł

W praktyce podczas instalowania linii elektrycznych stosuje się przewody miedziane lub aluminiowe. Znając rezystywność tych materiałów, a także natężenie prądu i rezystancję przewodów, można skorzystać z następujących wzorów spadku napięcia:

Domowy rzemieślnik, a nawet specjalista może korzystać ze specjalnych stołów. Jest to dość wygodny i prosty sposób na przeprowadzenie niezbędnych obliczeń. Jednak w niektórych przypadkach wymagane jest uzyskanie najbardziej wiarygodnego wyniku, biorąc pod uwagę wskaźniki odporności czynnej i reaktywnej. W takiej sytuacji musisz użyć bardziej złożonej formuły:

Aby zapewnić optymalne obciążenie w sieci trójfazowej, każda faza musi być obciążona równomiernie. Aby rozwiązać ten problem, połączenie silników elektrycznych należy wykonać z przewodami liniowymi, a lampy - między linią neutralną a fazami.

Usługi online

Stosowanie wzorów, wykresów i tabel to dość pracochłonny proces. Nie zawsze konieczne jest uzyskanie jak najdokładniejszych wyników i w takiej sytuacji warto skorzystać z kalkulatorów internetowych. Usługi te działają w następujący sposób:

• Do programu wprowadzane są wskaźniki natężenia prądu, materiału przewodnika, przekroju przewodów przewodzących prąd oraz długości linii.
• Będziesz także musiał podać informacje o liczbie faz, napięciu w sieci, mocy i temperaturze linii podczas pracy.
• Po wprowadzeniu wszystkich niezbędnych danych program automatycznie wykona wszystkie niezbędne obliczenia.

Na etapie projektowania wstępnego warto skorzystać z kilku usług, a następnie ustalić średnią. Należy zauważyć, że podczas korzystania z kalkulatorów online występuje pewien błąd w obliczeniach.

Redukcja strat

Jest oczywiste, że straty zależą od długości przewodu w linii. Im wyższy ten parametr, tym bardziej spadnie napięcie. W celu zmniejszenia strat można zastosować kilka metod:

• Zwiększ przekrój przewodu, aby równomiernie rozłożyć obciążenie na linii.
• Zmniejsz długość kabla, co nie zawsze jest możliwe.
• Zmniejsz moc prądu przesyłanego przez długi przewód.

Ta ostatnia metoda sprawdza się doskonale w sieciach energetycznych, które mają wiele linii zapasowych. Należy również pamiętać, że napięcie może spaść wraz ze wzrostem temperatury kabla. Jeśli podczas układania kabla zostaną zastosowane dodatkowe środki izolacji termicznej, można zmniejszyć straty.

W energetyce jednym z najważniejszych zadań jest obliczenie spadku napięcia w sieci. Jeśli wszystkie obliczenia zostały przeprowadzone poprawnie, konsument nie będzie miał problemów z działaniem sprzętu elektrycznego.