Расчет сечения кабеля по потере напряжения – Расчёт потерь напряжения в кабеле

Расчёт потерь напряжения в кабеле

 

Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.

 

Рис.1	Рис.2

При равенстве сопротивлений Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.

В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп1=Zп2).

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:

 

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.

 

Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте [email protected] Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.

 

ВСЕ РАСЧЁТЫ

www.ivtechno.ru

Рассчет падение напряжения по длине кабеля

Линии электропередач транспортируют ток от распределительного устройства к конечному потребителю по токоведущим жилам различной протяженности. В точке входа и выхода напряжение будет неодинаковым из-за потерь, возникающих в результате большой длины проводника.

Падение напряжения по длине кабеля

возникает по причине прохождения высокого тока, вызывающего увеличение сопротивления проводника.

На линиях значительной протяженности потери будут выше, чем при прохождении тока по коротким проводникам такого же сечения. Чтобы обеспечить подачу на конечный объект тока требуемого напряжения, нужно рассчитывать монтаж линий с учетом потерь в токоведущем кабеле, отталкиваясь от длины проводника.

к содержанию ↑

Результат понижения напряжения

Согласно нормативным документам, потери на линии от трансформатора до наиболее удаленного энергонагруженного участка для жилых и общественных объектов должны составлять не более девяти процентов.

Допускаются потери 5 % до главного ввода, а 4 % — от ввода до конечного потребителя. Для трехфазных сетей на три или четыре провода номинальное значение должно составлять 400 В ± 10 % при нормальных условиях эксплуатации.

Отклонение параметра от нормированного значения может иметь следующие последствия:

1. Некорректная работа энергозависимых установок, оборудования, осветительных приборов.
2. Отказ работы электроприборов при сниженном показателе напряжения на входе, выход оборудования из строя.
3. Снижение ускорения вращающего момента электродвигателей при пусковом токе, потери учитываемой энергии, отключение двигателей при перегреве.
4. Неравномерное распределение токовой нагрузки между потребителями на начале линии и на удаленном конце протяженного провода.
5. Работа осветительных приборов на половину накала, за счет чего происходят недоиспользование мощности тока в сети, потери электроэнергии.

В рабочем режиме наиболее приемлемым показателем потерь напряжения в кабеле считается 5 %. Это оптимальное расчетное значение, которое можно принимать допустимым для электросетей, поскольку в энергетической отрасли токи огромной мощности транспортируются на большие расстояния.

К характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования. Важно уделять особое внимание потерям напряжения не только на магистральных сетях, но и на линиях вторичного назначения.

к содержанию ↑

Причины падения напряжения

Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников — на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку — диэлектрический корпус.

Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.

Падение напряжения происходит по следующей схеме:

1. Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
2. Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
3. В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
4. Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
5. При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
6. Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.

Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия — вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.

Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения

На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB — гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.

Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.

к содержанию ↑

Расчет с применением формулы

На практике при монтаже линий электропередач магистрального типа и отведения кабелей к конечному потребителю с дальнейшей разводкой на объекте используется медный или алюминиевый кабель.

Удельное сопротивление для проводников постоянное, составляет для меди р = 0,0175 Ом*мм2/м, для алюминиевых жил р = 0,028 Ом*мм2/м.

Зная сопротивление и силу тока, несложно вычислить напряжение по формуле U = RI и формуле R = р*l/S, где используются следующие величины:

• Удельное сопротивление провода — p.
• Длина токопроводящего кабеля — l.
• Площадь сечения проводника — S.
• Сила тока нагрузки в амперах — I.
• Сопротивление проводника — R.
• Напряжение в электрической цепи — U.

Использование простых формул на несложном примере: запланировано установить несколько розеток в отдельно стоящей пристройке частного дома. Для монтажа выбран медный проводник сечением 1,5 кв. мм, хотя для алюминиевого кабеля суть расчетов не изменяется.

Поскольку ток по проводам проходит туда и обратно, нужно учесть, что расстояние длины кабеля придется умножать вдвое. Если предположить, что розетки будут установлены в сорока метрах от дома, а максимальная мощность устройств составляет 4 кВт при силе тока в 16 А, то по формуле несложно сделать расчет потерь напряжения:

U = 0,0175*40*2/1,5*16

U = 14,93 В

Если сравнить полученное значение с номинальным для однофазной линии 220 В 50 Гц, получается, что потери напряжения составили: 220-14,93 = 205,07 В.

Такие потери в 14,93 В — это практически 6,8 % от входного (номинального) напряжения в сети. Значение, недопустимое для силовой группы розеток и осветительных приборов, потери будут заметны: розетки будут пропускать ток неполной мощности, а осветительные приборы — работать с меньшим накалом.

Мощность на нагрев проводника составит P = UI = 14,93*16 = 238,9 Вт. Это процент потерь в теории без учета падения напряжения на местах соединения проводов, контактах розеточной группы.

к содержанию ↑

Проведение сложных расчетов

Для более детального и достоверного расчета потерь напряжения на линии нужно принимать во внимание реактивное и активное сопротивление, которое вместе образует комплексное сопротивление, и мощность.

Для проведения расчетов падения напряжения в кабеле используют формулу:

∆U = (P*r0+Q*x0)*L/ U ном

В этой формуле указаны следующие величины:

• P, Q — активная, реактивная мощность.
• r0, x0 — активное, реактивное сопротивление.
• U ном — номинальное напряжение.

Чтобы обеспечить оптимальную нагрузку по трехфазных линиям передач, необходимо нагружать их равномерно. Для этого силовые электродвигатели целесообразно подключать к линейным проводам, а питание на осветительные приборы — между фазами и нейтральной линией.

Есть три варианта подключения нагрузки:

• от электрощита в конец линии;
• от электрощита с равномерным распределением по длине кабеля;
• от электрощита к двум совмещенным линиям с равномерным распределением нагрузки.

Пример расчета потерь напряжения: суммарная потребляемая мощность всех энергозависимых установок в доме, квартире составляет 3,5 кВт — среднее значение при небольшом количестве мощных электроприборов. Если все нагрузки активные (все приборы включены в сеть), cosφ = 1 (угол между вектором силы тока и вектором напряжения). Используя формулу I = P/(Ucosφ), получают силу тока I = 3,5*1000/220 = 15,9 А.

Дальнейшие расчеты: если использовать медный кабель сечением 1,5 кв. мм, удельное сопротивление 0,0175 Ом*мм2, а длина двухжильного кабеля для разводки равна 30 метров.

По формуле потери напряжения составляют:

∆U = I*R/U*100 %, где сила тока равна 15,9 А, сопротивление составляет 2 (две жилы)*0,0175*30/1,5 = 0,7 Ом. Тогда ∆U = 15,9*0,7/220*100% = 5,06 %.

Полученное значение незначительно превышает рекомендуемое нормативными документами падение в пять процентов. В принципе, можно оставить схему такого подключения, но если на основные величины формулы повлияет неучтенный фактор, потери будут превышать допустимое значение.

Что это значит для конечного потребителя? Оплата за использованную электроэнергию, поступающую к распределительному щиту с полной мощностью при фактическом потреблении электроэнергии более низкого напряжения.

к содержанию ↑

Использование готовых таблиц

Как домашнему мастеру или специалисту упростить систему расчетов при определении потерь напряжения по длине кабеля? Можно пользоваться специальными таблицами, приведенными в узкоспециализированной литературе для инженеров ЛЭП. Таблицы рассчитаны по двум основным параметрам — длина кабеля в 1000 м и величина тока в 1 А.

В качестве примера представлена таблица с готовыми расчетами для однофазных и трехфазных электрических силовых и осветительных цепей из меди и алюминия с разным сечением от 1,5 до 70 кв. мм при подаче питания на электродвигатель.

Таблица 1. Определение потерь напряжения по длине кабеля

Площадь сечения, мм2		Линия с одной фазой			Линия с тремя фазами
		Питание		Освещение	Питание		Освещение
		Режим	Пуск		Режим	Пуск
Медь	Алюминий	Косинус фазового угла = 0,8	Косинус фазового угла = 0,35	Косинус фазового угла = 1	Косинус фазового угла = 0,8	Косинус фазового угла = 0,35	Косинус фазового угла = 1
1,5		24,0	10,6	30,0	20,0	9,4	25,0
2,5		14,4	6,4	18,0	12,0	5,7	15,0
4,0		9,1	4,1	11,2	8,0	3,6	9,5
6,0	10,0	6,1	2,9	7,5	5,3	2,5	6,2
10,0	16,0	3,7	1,7	4,5	3,2	1,5	3,6
16,0	25,0	2,36	1,15	2,8	2,05	1,0	2,4
25,0	35,0	1,5	0,75	1,8	1,3	0,65	1,5
35,0	50,0	1,15	0,6	1,29	1,0	0,52	1,1
50,0	70,0	0,86	0,47	0,95	0,75	0,41	0,77

Таблицы удобно использовать для расчетов при проектировании линий электропередач. Пример расчетов: двигатель работает с номинальной силой тока 100 А, но при запуске требуется сила тока 500 А. При нормальном режиме работы cos ȹ составляет 0,8, а на момент пуска значение равно 0,35. Электрический щит распределяет ток 1000 А. Потери напряжения рассчитывают по формуле ∆U% = 100∆U/U номинальное.

Двигатель рассчитан на высокую мощность, поэтому рационально использовать для подключения провод с сечением 35 кв. мм, для трехфазной цепи в обычном режиме работы двигателя потери напряжения равны 1 вольт по длине провода 1 км. Если длина провода меньше (к примеру, 50 метров), сила тока равна 100 А, то потери напряжения достигнут:

∆U = 1 В*0,05 км*100А = 5 В

Потери на распределительном щите при запуске двигателя равны 10 В. Суммарное падение 5 + 10 = 15 В, что в процентном отношении от номинального значения составляет 100*15*/400 = 3,75 %. Полученное число не превышает допустимое значение, поэтому монтаж такой силовой линии вполне реальный.

На момент пуска двигателя сила тока должна составлять 500 А, а при рабочем режиме — 100 А, разница равна 400 А, на которые увеличивается ток в распределительном щите. 1000 + 400 = 1400 А. В таблице 1 указано, что при пуске двигателя потери по длине кабеля 1 км равны 0,52 В, тогда

∆U при запуске = 0,52*0,05*500 = 13 В

∆U щита = 10*1400/100 = 14 В

∆U суммарные = 13+14 = 27 В, в процентном отношении ∆U = 27/400*100 = 6,75 % — допустимое значение, не превышает максимальную величину 8 %. С учетом всех параметров монтаж силовой линии приемлем.

к содержанию ↑

Применение сервис-калькулятора

Расчеты, таблицы, графики, диаграммы — точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.

Как это работает:

1. Онлайн-калькулятор разработан для быстрого выполнения расчетов на основе исходных данных.
2. В калькулятор нужно ввести следующие величины — ток (переменный, постоянный), проводник (медь, алюминий), длина линии, сечение кабеля.
3. Обязательно вводят параметры по количеству фаз, мощности, напряжению сети, коэффициенту мощности, температуре эксплуатации линии.
4. После введения исходных данных программа определяет падение напряжения по линии кабеля с максимальной точностью.
5. Недостоверный результат можно получить при ошибочном введении исходных величин.

Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.

Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.

к содержанию ↑

Как сократить потери

Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.

Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:

1. Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
2. Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
3. Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.

Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.

Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.

220.guru

Калькулятор онлайн расчета необходимого сечения кабеля и учёт потерь

Как правильно и точно сделать расчет сечения кабеля по потере напряжения? Очень часто при проектировании сетей электроснабжения требуется грамотный расчет потерь в кабеле. Точный результат важен для выбора материала с необходимой площадью сечения жилы. Если кабель выбран неправильно, это повлечет за собой множественные материальные затраты, ведь система быстро выйдет из строя и перестанет функционировать. Благодаря сайтам помощникам, где имеется уже готовая программа для расчета сечения кабеля и потери на нем, сделать это можно легко и оперативно.

Как воспользоваться калькулятором онлайн?

В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат.
Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:

1. Указывая коэффициент мощности косинус фи равен единице.
2. Линии сети постоянного тока.
3. Сеть переменного тока с частотой 50 Гц выполненная проводниками с сечениями до 25.0–95.0.

Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.

Обязательно заполняйте все значения!

 Расчет потери мощности в кабеле по школьной формуле

Получить нужные данные можно следующим образом, используя для подсчетов такую комбинацию показателей: ΔU=I·RL (потери напряжения в линии = ток потребления*сопротивление кабеля).

Зачем нужно делать расчет потерь напряжения в кабеле?

Излишне рассеивание энергии в кабеле может повлечь за собой существенные потери электроэнергии, сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции. Это опасно для жизни людей и животных. При существенной длине линии это скажется на расходах за свет, что также неблагоприятно отразиться на материальном состоянии владельца помещения.

 

Помимо этого неконтролируемые потери напряжения в кабеле могут стать причиной выхода из строя многих электроприборов, а также полного их уничтожения. Очень часто жильцы используют сечения кабелей меньше чем нужно (с целью экономии),  что вскоре вызывает короткое замыкание. А будущие затраты на замену или ремонт электропроводки не окупают кошельки «экономных» пользователей. Вот почему так важно правильно подобрать нужное сечение кабелей прокладываемых проводов. Любой электромонтаж в жилом доместоит начинать только после тщательного расчета потерь в кабеле. Важно помнить, электричество — не дает второго шанса, а потому все нужно делать изначально правильно и качественно.

Пути снижения потерь мощности в кабеле

Потери можно снизить несколькими способами:

• увеличением площади сечения кабеля;
• уменьшением длины материала;
• снижением нагрузки.

Часто с последними двумя пунктами сложнее, а потому приходится это делать за счет увеличения площади сечения жилы электро–кабеля. Это поможет снизить сопротивление. Такой вариант имеет несколько затратных моментов. Во–первых, стоимость использования такого материала для многокилометровых систем очень ощутима, а потому необходимо выбирать кабель правильного сечения, дабы снизить порог потери мощности в кабеле.

Онлайн–расчет потерь напряжения позволяет сделать это за несколько секунд, с учетом всех дополнительных характеристик. Для тех, кто желает перепроверить результат вручную, существует физико–математическая формула расчета потерь напряжения в кабеле. Безусловно, это прекрасные помощники для каждого проектировщика электросетями.

Таблица по расчету сечения провода по мощности

Сечение кабеля, мм2	Открытая проводка						Прокладка в каналах
	Медная			Алюминиевая			Медная			Алюминиевая
	Ток	Мощность, кВт		Ток	Мощность, кВт		Ток	Мощность, кВт		Ток	Мощность, кВт
	А	220В	380В	А	220В	380В	А	220В	380В	А	220В	380В
0,5	11	2,4	–	–	–		–	–	–	–	–	–
0,75	15	3,3	–	–	–		–	–	–	–	–	–
1,0	17	3,7	6,4	–	–		14	3,0	5,3	–	–	–
1,5	23	5,0	8,7	–	–		15	3,3	5,7	–	–	–
2,0	26	5,7	9,8	21	4,6	7,9	19	4,1	7,2	14,0	3,0	5,3
2,5	30	6,6	11,0	24	5,2	9,1	21	4,6	7,9	16,0	3,5	6,0
4,0	41	9,0	15,0	32	7,0	12,0	27	5,9	10,0	21,0	4,6	7,9
6,0	50	11,0	19,0	39	8,5	14,0	34	7,4	12,0	26,0	5,7	9,8
10,0	80	17,0	30,0	60	13,0	22,0	50	11,0	19,0	38,0	8,3	14,0
16,0	100	22,0	38,0	75	16,0	28,0	80	17,0	30,0	55,0	12,0	20,0
25,0	140	30,0	53,0	105	23,0	39,0	100	22,0	38,0	65,0	14,0	24,0
35,0	170	37,0	64,0	130	28,0	49,0	135	29,0	51,0	75,0	16,0	28,0

 

Видео по правильному выбору сечения провода и типичные ошибки

sdelalremont.ru

Расчет сечений проводов по допустимой потере напряжения

Лекция № 11

План.

1. Общие положения методов.

2. Расчет сечений проводов из условия постоянства сечений на участках.

3. Расчет сечений проводов из условия минимального расхода проводникового материала.

4. Расчет сечений проводов из условия минимума потерь мощности в сети.

5. Этапы расчета при разных условиях.

6. Сравнительная характеристика методов.

Общие положения методов

Строго говоря, методы выбора сечений по допустимой потере напряжения, разработаны для проводников, выполненнных из цветного металла в сети нап-ряжением до 35 кВ включительно. Методы разработаны исходя из допущений принятых в сетях такого напряжения.

В основу методов определения сечения по допустимой потере напряжения положено то обстоятельство, что величина реактивного сопротивления проводни-ков x₀ практически не зависит от сечения провода F:

• для воздушных ЛЭП x₀ = 0,36 — 0,46 Ом/км;

• для кабельных ЛЭП напряжением 6 – 10 кВ x₀ = 0,06 — 0,09 Ом/км;

• для кабельных ЛЭП напряжением 35 кВ x₀ = 0,11 — 0,13 Ом/км.

Величина допустимой потери напряжения в ЛЭП рассчитывается по мощностям и сопротивлениям участков по формуле:

и складывается из двух составляющих – потери напряжения в активных сопротивлениях и потери напряжения в реактивных сопротивлениях.

Учитывая обстоятельство, что x₀ практически не зависит от сечения провода, величину можно вычислить до расчета сечения проводника, задавшись средним значением реактивного сопротивленияx_0ср в указанных диапазонах его изменения:

По заданной величине допустимой напряжения в ЛЭП рассчитывают долю потери напряжения в активных сопротивлениях:

.

В выражении для расчета потери напряжения в активных сопротивлениях

от сечения зависит параметр ,

где удельная проводимость материала провода.

Если ЛЭП состоит только из одного участка, то величину сечения можно определить из выражения для :

При большем количестве участков ЛЭП, для расчета сечений проводников нужны дополнительные условия. Их три:

• постоянство сечений на всех участках F=const;

• минимальный расход проводникового материала min;

• минимальные потери активной мощности min.

Расчет сечений проводов из условия постоянства сечений на участках

Часто из практических соображений для однотипности проектируемой ЛЭП ее участки выполняют проводом одной марки. В этом случае формула для расчета величины потери напряжения в активных сопротивлених может быть представ-лена следующим образом:

.

Откуда находится величина сечения провода:

Полученную величину сечения округляют до ближайшего стандартного. Для него по справочнику определяют значения r₀ и x₀. Проверочным расчетом определяют действительную потерю напряжения

и сравнивают ее с допустимой. Если действительная величина потери напряжения больше допустимой величины, то сечение увеличивают до следующего стандартного и расчет повторяют.

Проверочный расчет не выполняется, если сечение округляют до ближайшего большего значения, а действительная величина x₀ этого провода меньше x_{0 ср}.

Окончательно выбранное сечение проверяют по нагреву:

studfiles.net

3.2 Выбор сечения проводов (жил) по потере напряжения

Сечения проводников должны удовлетворять условию: суммарная потеря напряжения по линии от источника питания к потребителю не должна превышать допустимой величины ∆U_доп, которая принимается равной ±5%. Суммарная потеря напряжения в процентах от номинального равна ∆U_∑ = ∆U_i.

где – активная мощность, передаваемая по линии;

–реактивная мощность, передаваемая по линии;

–активное сопротивление линии, Ом;

–индуктивное сопротивление линии, Ом.

Если суммарная потеря напряжения до потребителя превышает допустимое значение, необходимо увеличивать сечение линии.

1) Отходящие линии от ВЭУ-110.

Примем допущение, что длина линии от ВЭУ-110 равна 0,25 км.

Потеря напряжения в линии превышает допустимое значение, следовательно, для линии ВЭУ-110 провод СИП-2 3×50+1×50 принять к установке нельзя, и нужно увеличить сечение.

Проверим СИП-2 3×95+1×70 с допустимым током нагрузки 300 А.

300>167,13 А, следовательно, данный провод проходит по условию нагрева. Проверим его по потере напряжения:

Потеря напряжения в линии не превышает допустимого значения, следовательно, для линии ВЭУ-110 принимаем к установке СИП-2 3×95+1×70.

2) Отходящие линии от ВЭУ-80.

Принято к установке 3 ВЭУ-80, расстояние между ВЭУ должно быть не менее 3-5 диаметров ротора. Диаметр ротора – 21 метр, значит расстояние между двумя соседними ВЭУ будет составлять 65 метров. Длины линий от ВЭУ-80 до РУ будут составлять тогда 0,315 км, 0,38 км и 0,445 км.

Потери напряжения ВЭУ-80, находящихся на расстояниях 0,38 км и 0,445 км будут еще больше, все значения будут превышать допустимые, значит необходимо увеличить сечения проводов.

Для ВЭУ-80(1), выберем СИП-2 3×70+1×70, проверим на потери напряжения:

Потеря напряжения в линии не превышает допустимого значения, следовательно, для линии ВЭУ-80(1) принимаем к установке СИП-2 3×70+1×70.

Для ВЭУ-80(2), выберем СИП-2 3×95+1×70, проверим на потери напряжения:

Потеря напряжения в линии не превышает допустимого значения, следовательно, для линии ВЭУ-80(2) принимаем к установке СИП-2 3×95+1×70.

Для ВЭУ-80(3), выберем СИП-2 3×95+1×95, проверим на потери напряжения:

Потеря напряжения в линии не превышает допустимого значения, следовательно, для линии ВЭУ-80(3) принимаем к установке СИП-2 3×95+1×95.

Найдем потери напряжения для от всей системы ВЭУ до РУ. Для этого найдем эквивалентное сопротивление:

Для расчета потери напряжения в линии, разобьем фидеры на участки (для наглядности расчета).

3) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-1.

Длина участка L_ЛЭП-1 = 0,4 км.

R₀ (СИП-2 3×35+1×54,6+1×16) = 0,868 Ом/км;

Потеря напряжения в ЛЭП-1 превышает допустимое значение, следовательно, нужно увеличить сечение провода.

Проверим СИП-2 3×95+1×95:

R₀ (СИП-2 3×95+1×95) = 0,320 Ом/км;

Напряжение не превышает 10%, следовательно, для ЛЭП-1 выбираем провод СИП-2 3×95+1×95.

4) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-2 (жилой сектор).

Нагрузка на один дом жилого сектора будет составлять .

Длины участковL_РУ-0 = 0,1 км; L_0-1 = 0,3 км; L_0-2 = 0,2 км; L_0-3 = 0,2 км; L_0-4 = 0,18 км.

На каждом из участком принимаем провод СИП-2 3×35+1×54,6+1×16, R₀ (СИП-2 3×35+1×54,6+1×16) = 0,868 Ом/км.

Длительно-допустимый ток на участках:

Потери напряжения на участках:

Потери превышают допустимые, поэтому увеличим сечение провода на участке РУ-0, примем СИП-2 3×70+1×70, R₀ (СИП-2 3×70+1×70) = 0,443 Ом/км, тогда потери на этом участке снизятся:

Потери напряжения не превышают 10%, следовательно, для ЛЭП-2 для участка РУ-0 оставляем выбранный провод СИП-2 3×70+1×70, на остальных участках – СИП-2 3×35+1×54,6+1×16.

5) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-3 (теплица).

Длина участка L_ЛЭП-3 = 0,35 км.

R₀ (СИП-2 3×16+1×25) = 1,91 Ом/км;

Потеря напряжения в ЛЭП-3превышает допустимое значение, следовательно, нужно увеличить сечение провода.

Проверим СИП-2 3×35+1×54,6+1×16:

R₀ (СИП-2 3×35+1×54,6+1×16) = 0,868 Ом/км;

Напряжение не превышает 10%, следовательно, для ЛЭП-3 выбираем провод СИП-2 3×35+1×54,6+1×16.

6) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-4 (потребитель-регулятор).

Длина участка L_ЛЭП-4 = 0,2 км.

R₀ (СИП-2 3×16+1×25) = 1,91 Ом/км;

Потеря напряжения в ЛЭП-4не превышает допустимое значение.

Напряжение не превышает 10%, следовательно, для ЛЭП-4оставляем провод СИП-2 3×16+1×25.

7) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-5 (ферма).

Длина участка L_ЛЭП-5 = 0,2 км.

R₀ (СИП-2 3×16+1×25) = 1,91 Ом/км;

Потеря напряжения в ЛЭП-5 превышает допустимое значение, следовательно, нужно увеличить сечение провода.

Проверим СИП-2 3×35+1×54,6+1×16:

R₀ (СИП-2 3×35+1×54,6+1×16) = 0,868 Ом/км;

Напряжение не превышает 10%, следовательно, для ЛЭП-5выбираем провод СИП-2 3×35+1×54,6+1×16.

8) Рассчитаем потери напряжения для ЛЭП-6 (птичник).

Длина участка L_ЛЭП-6 = 0,34 км.

R₀ (СИП-2 3×16+1×25) = 1,91 Ом/км;

Потеря напряжения в ЛЭП-6превышает допустимое значение, следовательно, нужно увеличить сечение провода.

Проверим СИП-2 3×70+1×70:

R₀ (СИП-2 3×70+1×70) = 0,443 Ом/км;

Напряжение не превышает 10%, следовательно, для ЛЭП-6выбираем провод СИП-2 3×70+1×70.

9) Рассчитаем потери напряжения на освещение.

Нагрузка на участки жилого сектора будет составлять .

Длины участковL_РУ-0 = 0,1 км; L_0-1 = 0,3 км; L_0-2 = 0,2 км; L_0-3 = 0,2 км; L_0-4 = 0,18 км.

На каждом из участком принимаем провод СИП-2 3×16+1×25, R₀ (СИП-2 3×16+1×25) = 1,91 Ом/км.

Длительно-допустимый ток на участках:

Потери напряжения не превышают 10%, следовательно, для ЛЭП на освещение оставляем выбранный провод СИП-2 3×16+1×25 для всех участков.

Выбранные сечения проводов по условию потери напряжения сведем в таблицу 14.

Таблица 14

Выбор сечений проводов по потере напряжения

Номер ЛЭП	Номер присоед.	Длительный ток в линии, А	Длина линии, км	Удельное активное сопротивление провода, Ом/км	Потеря U, %	Марка провода	Длительно допустимый ток провода, А
ВЭУ-110		185,7	0,25	0,363	4,4	СИП 2 3×95+1×70	300
ВЭУ-80(1)		135,06	0,315	0,443	4,94	СИП 2 3×70+1×70	240
ВЭУ-80(2)		135,06	0,38	0,363	4,9	СИП 2 3×95+1×70	300
ВЭУ-80(3)		135,06	0,445	0,320	5	СИП 2 3×95+1×95	300
ВЭУ					4,97
ЛЭП-1		140,27	0,4	0.320	4,72	СИП 2 3×95+1×95	300
ЛЭП-2	РУ-0	145,86	0,1	0,443	1,7	СИП 2 3×70+1×70	240
	0-1	45,26	0,3	0,868	3,1	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
	0-2	45,26	0,2	0,868	2,07	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
	0-3	35,2	0,2	0,868	1,6	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
	0-4	20,12	0,18	0,868	0,83	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
ЛЭП-3		85,96	0,35	0,868	4,52	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
ЛЭП-4		9,81	0,2	1,91	4,68	СИП 2 3×16+1×25	100
ЛЭП-5		75,84	0,2	0,868	2,28	СИП 2 3×35+1×54,6+1×16	160
ЛЭП-6		79,77	0,34	0,443	3,16	СИП 2 3×70+1×70	240

Продолжение таблицы 14

Номер ЛЭП	Номер присоед.	Длительный ток в линии, А	Длина линии, км	Удельное активное сопротивление провода, Ом/км	Потеря U, %	Марка провода	Длительно допустимый ток провода, А
освещение	РУ-0	10,64	0,1	1,91	0,53	СИП 2 3×16+1×25	100
	0-1	2,67	0,3	1,91	0,4	СИП 2 3×16+1×25	100
	0-2	2,67	0,2	1,91	0,27	СИП 2 3×16+1×25	100
	0-3	2,67	0,2	1,91	0,27	СИП 2 3×16+1×25	100
	0-4	2,67	0,18	1,91	0,24	СИП 2 3×16+1×25	100

studfiles.net

Расчет потерь напряжения в кабеле

Для того чтобы обеспечить подачу напряжения от распределительного устройства к конечному потребителю используются линии электропередач. Они могут быть воздушными или кабельными и имеют значительную протяженность.

Как и все проводники, они имеют сопротивление, которое зависит от длины и чем они протяжение, тем больше потеря напряжения.

И чем длиннее линия, тем потери напряжения будут больше. Т.е. напряжение на входе и в конце линии будет разное.

Чтобы оборудование работало без сбоев, эти потери нормируются. Они суммарно должны иметь значение, не превышающее 9%.

Максимальное понижение напряжение на вводе составляет пять процентов, а до самого удаленного потребителя не более четырех процентов. В трехфазной сети при трех или четырех проводной сети этот показатель не должен превышать 10%.

Симптомы снижения напряжения у потребителя

Если эти показатели не соблюдаются, конечные потребители не смогут обеспечить номинальные параметры. При снижении напряжения возникают следующие симптомы:

• Осветительные приборы, в которых используются лампы накаливания, начинают работать (светиться) в половину накала;
• При включении электродвигателей уменьшается пусковое усилие на валу. В результате чего двигатель не вращается, и как следствие происходит перегрев обмоток и выход из строя;
• Некоторые электроприборы не включаются. Не хватает напряжения, а другие приборы после включения могу выходить из строя;
• Установки, чувствительные к входному напряжению, работают нестабильно, так же могут не включаться источники света, у которых нет нити накаливания.

Передача электроэнергии производится по воздушным или кабельным сетям. Воздушные изготовлены из алюминия, а кабельные могут быть алюминиевыми или медными.

В кабелях кроме активного сопротивления имеется емкостное сопротивление. Поэтому потеря мощности зависит от длины кабеля.

Причины, приводящие к снижению напряжения

Потери напряжения в линии электропередач возникают по следующим причинам:

• По проводу проходит ток, который нагревает его, в результате увеличивается активное и емкостное сопротивление;
• Трехфазный кабель при симметричной нагрузке имеет одинаковые значения напряжения на жилах, а ток нулевого провода будет стремиться к нулю. Это справедливо если нагрузка постоянная и чисто активная, что в реальных условиях невозможно;
• В сетях, кроме активной нагрузки, имеется реактивная нагрузка в виде обмоток трансформатора, реакторов и т.п. и как следствие в них появляется индуктивная мощность;
• В результате сопротивление будет складываться из активного, емкостного и индуктивного. Оно влияет на потери напряжения в сети.

Потери тока зависят от длины кабеля. Чем он протяжение, тем больше сопротивление, а это значит, что и потери значительнее. Отсюда следует, что потери мощности в кабеле зависят от протяженности или длины линии.

Расчет значения потерь

Для обеспечения работоспособности оборудования необходимо произвести расчет. Он проводится в момент проектирования. Современный уровень развития вычислительной техники позволяет производить вычисления с помощью онлайн калькулятора, который позволяет быстро произвести расчет потерь мощности кабеля.

Для вычисления достаточно ввести необходимые данные. Задают параметры тока – постоянный или переменный. Материал линии электропередач – алюминий или медь. Указывают, по каким параметрам производится расчет потери мощности – по сечению или диаметру провода, току нагрузки или сопротивлению.

Дополнительно указывают напряжение сети и температуру кабеля (зависит от условий эксплуатации и способе прокладки). Эти значения подставляются в таблицу расчета и производят расчет с помощью электронного калькулятора.

Можно произвести расчет на основании математических формул. Чтобы правильно понять и оценить процессы, происходящие при передаче электрической энергии, применяют векторную форму представления характеристик.

А для минимизации расчетов трехфазную сеть представляют как три однофазные сети. Сопротивление сети представлено как последовательное подключение активного и реактивного сопротивления к сопротивлению нагрузки.

При этом формула расчета потери мощности в кабеле существенно упрощается. Для получения необходимых параметров используют формулу.

∆U= I*RL.

Эта формула показывает потерю мощности кабеля в зависимости от тока и сопротивления, распределенного по длине кабеля.

Однако, эта формула справедлива, если знать силу тока и сопротивление. Сопротивление можно вычислить по формуле. Для меди оно будет равно р=0,0175Ом*мм2/м, а для алюминия р=0,028Ом*мм2/м.

Зная значение удельного сопротивления вычисляют сопротивление, которое будет определяться по формуле

R=р*I/S, где р- удельное сопротивление, I-длина линии, S- площадь сечения провода.

Для того чтобы выполнить расчет потерь напряжения по длине кабеля, необходимо полученные значения подставить в формулу и произвести вычисления. Эти расчеты можно производить при монтаже электрических сетей или охранных систем и видеонаблюдения.

Если вычисления потери мощности не производить, то это может привести к снижению питающего напряжения потребителей. В результате произойдет перегрев кабеля, он может сильно нагревается, и как следствие происходит повреждение изоляции.

Что может привести к поражению людей электрическим током или короткому замыканию. Снижение напряжения в линии может привести к выходу их строя электронного оборудования.

Поэтому важно при проектировании электропроводки производить расчет потери напряжения в подводящих проводах и проложенном кабеле.

Методы сокращения потерь

Потери мощности можно сократить следующими методами:

• Увеличить сечение проводников. В результате снизится сопротивление, и потери уменьшатся;
• Снижение потребляемой мощности. Этот параметр не всегда можно изменить;
• Изменение протяженности кабеля.

Уменьшение мощности и изменение длины линии осуществить практически не возможно. Поэтому если увеличивать сечение провода без расчета, то на длинной линии это приведет к неоправданным затратам.

А это значит, что очень важно произвести расчет, который позволит правильно рассчитать потери мощности в кабеле и выбрать оптимальное значение сечения жил.

electriktop.ru

Падение напряжения по длине кабеля: методы расчета, природа явления

Любой кабель ограничен в своей пропускной способности. По этой причине могут появиться такие условия в электросети, когда для нормальной работы оборудования величина напряжения окажется недостаточной. Такое явление часто встречается, и по этой причине заслуживает более детального рассмотрения, что и будет сделано далее в нашей статье.

Основные причины падения напряжения

Итак, на пропускную способность кабеля оказывают влияние два его главных параметра:

• площадь поперечного сечения;
• длина.

Но сила тока в жилах – это как раз та физическая величина, с которой перечисленные параметры находятся в неразрывной связи по закону Ома для участка электрической цепи:

Теория

Среди указанных составляющих формулы сопротивления не хватает еще одной, связывающей силу тока и его неравномерное распределение по поперечнику жилы кабеля. Напоминаем, что это явление именуется поверхностным эффектом или скин-эффектом. Чем больше сила тока, тем заметнее скин-эффект. От него можно избавиться в кабеле, только делая жилы многопроволочными.

Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы

Но рассмотренные явления в полной мере соответствуют кабелям с постоянным током, используемым в основном для электрического транспорта. В остальном – это лишь часть того, что входит в понятие падения напряжения (ΔU) по длине кабеля, работающего в промышленной электросети, в которой действует переменное напряжение. В этих условиях любой проводник характеризуется импедансом, учитывающим его индуктивность и емкость, образующих реактивную составляющую напряжения и тока. Поэтому в целом получается комплексная проблема, которая, по сути, сводится к потерям электроэнергии. А ΔU – это их объективное проявление (см. поясняющее изображение далее):

Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы

Напоминаем, что в электротехнике для расчетов напряжений и токов с участием нагрузки, исчисляемой по импедансу, используются комплексные числа. Индуктивность и емкость вызывают сдвиг между током и напряжением. Поэтому комплексное число может быть представлено графически. Один вектор – это активная составляющая, другой – реактивная. Сдвиг между током и напряжением характеризуется углом между упомянутыми двумя векторами, выходящими из общей точки. На изображении выше изложенное представляют векторные диаграммы, выполненные красным цветом.

Варианты определения ΔU

Метод векторов

В ходе проектирования электрической сети в основе лежит нагрузка, работоспособность которой необходимо обеспечить. Если кабель будет выбран неправильно, ΔU на нем не позволит правильно работать этой нагрузке. Асинхронные двигатели не достигнут заданных оборотов, трансформаторы на вторичных обмотках не обеспечат номинальные напряжения и т.д., и т.п. Для однофазной сети нагрузка разделяется на активную и реактивную составляющие.

Трехфазная сеть представляется как три самостоятельные однофазные сети. Они называются схемами замещения. Этот метод обеспечивает достаточно точные результаты, если нагрузка симметрична. Если симметрия нарушается, то анализ причин, которые этот процесс вызвали, также можно выполнить, используя этот метод. На основании известных величин можно построить векторную диаграмму и, меняя длину векторов соответственно поставленной задаче, определять те величины, которые необходимы.

Схема 1

Например, известны параметры, которые необходимы для нормальной работы нагрузки. Параметры линии также известны. Следовательно, задача сводится к определению векторного напряжения U1. Шаги, приводящие к появлению искомого вектора, показаны далее.  

Схема 2

Длина вектора и его направление определяются исходя из закона Ома и направления вектора напряжения, определяющего ток (векторы тока и напряжения по направлению совпадают). Вектор напряжения, который получается как результат сложения активной и реактивной составляющих нагрузки (IR+IХ), – это и есть ΔU в линии, соединяющей источник напряжения U1 с нагрузкой. Из полученных векторов просто получить также и потери напряжения. Для этого векторы U1 и U2 совмещаются так, чтобы направление обоих было таким же, как у вектора U2. Разница между ними в длине – это будут потери напряжения.

Схема падения и потери напряжения Определение ΔU и потерь напряжения

Таблицы Кнорринга

Но заниматься построением векторов довольно-таки нудно. Тем более что за время существования потребности в проектировании электросетей для стандартных ситуаций придуманы решения более быстрые. К ним относятся таблицы Кнорринга. Стандартность ситуации для них состоит в постоянстве напряжения на входе кабеля или иного проводника (переменное напряжение с действующим значением 220 В). Это важно как для одной фазы, так и для трех фаз. То есть в трехфазной электросети нагрузка должна быть симметричной.

Также необходимо располагать величиной сечения токопроводящей жилы (в квадратных миллиметрах), длиной проводника (в метрах) и мощностью в нагрузке (в киловаттах). Получаем произведение мощности на длину, в столбце, начинающемся с подходящего сечения жилы, находим это значение, и в крайнем левом столбце смотрим ΔU на кабеле. Только и всего. Два варианта таблиц для напряжения однофазной и трехфазной электрической сети, а также одна для напряжения 12 В, показанные далее, читатель может использовать для расчетов.

Таблица 1 Таблица 2 Таблица 3

Для всех таблиц принято ограничение – жилы должны быть из меди. Если читателю встретится такое определение, как момент нагрузки, – это как раз и будет число из таблицы Кнорринга для провода, соответствующее произведению мощности на длину.

Точные расчеты по формулам

Если по тем или иным причинам метод векторов и таблицы не устраивают, можно использовать либо формулы, показанные далее, либо калькулятор онлайн, на них основанный. Таких калькуляторов в сети немало, и найти подходящий несложно.

Расчет по формулам ΔU по длине кабеля Похожие статьи:

domelectrik.ru