Kalkulačka straty napätia. Výpočet požadovaného prierezu kábla Výpočet straty napätia v kábli 6 kV

1. Výpočet straty napätia pre DC siete 12, 24, 36V.
2. Výpočet straty napätia bez zohľadnenia indukčnej reaktancie 220/380V.
3. Výpočet straty napätia s prihliadnutím na indukčnú reaktanciu 380V.

Pri navrhovaní sietí je často potrebné vypočítať stratu napätia v kábli. Teraz chcem hovoriť o základných výpočtoch straty napätia v sieťach jednosmerného a striedavého prúdu, v jednofázových a trojfázových sieťach.

Obráťme sa na regulačné dokumenty a uvidíme, aké sú prípustné hodnoty odchýlky napätia.

TKP 45-4.04-149-2009 (RB).

9.23 Odchýlky napätia od menovitého napätia na svorkách výkonových elektrických prijímačov a najvzdialenejších elektrických osvetľovacích lámp by v normálnom režime nemali presiahnuť ± 5 %,
a v pohavarijnom režime pri najvyšších návrhových zaťaženiach - ±10 %. V napäťových sieťach
12–42 V (počítanie zo zdroja napätia, napr. znižovacieho transformátora), odchýlky napätia sú povolené až do 10 %.

Odchýlka napätia pre elektromotory v režimoch štartovania je povolená, ale nie väčšia ako 15%.V tomto prípade musí byť zabezpečená stabilná prevádzka štartovacieho zariadenia a štartovanie motora.

V normálnom prevádzkovom režime, pri zaťažení výkonových transformátorov do trafostaníc nepresahujúcim 70 % ich menovitého výkonu, prípustné (dostupné) celkové straty napätia
od prípojníc transformátorových rozvodní 0,4 kV po najvzdialenejšiu lampu všeobecného osvetlenia v obytných a verejných budovách, berúc do úvahy straty transformátorov naprázdno a straty napätia v nich, znížené na sekundárne napätie, by spravidla nemali prekročiť 7,5% . Zároveň by straty napätia v elektrických inštaláciách vo vnútri budov nemali prekročiť 4% menovitého napätia, pre scénické osvetlenie - 5%.

SP 31-110-2003 (RF).
7.23 Odchýlky napätia od menovitého napätia na svorkách výkonových elektrických prijímačov a najvzdialenejších elektrických osvetľovacích lámp by v normálnom režime nemali presiahnuť ± 5 % a maximálne prípustné v režime po núdzovom režime pri najvyššom konštrukčnom zaťažení je ± 10 %. . V sieťach s napätím 12 - 50 V (počítajúc zo zdroja energie, napríklad znižovacieho transformátora) je dovolené akceptovať odchýlky napätia až do 10%.

Pre množstvo elektrických prijímačov (riadiace zariadenia, elektromotory) je povolené zníženie napätia v štartovacích režimoch v medziach hodnôt regulovaných pre tieto elektrické prijímače, ale nie viac ako 15%.

Pri zohľadnení regulovaných odchýlok od menovitej hodnoty by celkové straty napätia z prípojníc 0,4 kV trafostanice po najvzdialenejšiu lampu všeobecného osvetlenia v obytných a verejných budovách spravidla nemali prekročiť 7,5%.

Rozsah zmien napätia na svorkách elektrických prijímačov pri štartovaní elektromotora by nemal prekročiť hodnoty stanovené GOST 13109.

GOST 13109.

5.3.2 Najväčšia prípustná hodnota súčtu ustálenej odchýlky napätia dUy a rozsahu zmien napätia v miestach pripojenia k elektrickým sieťam s napätím 0,38 kV sa rovná 10 % menovitého napätia.

Strata napätia závisí od materiálu kábla (meď, hliník), prierezu, dĺžky vedenia, výkonu (prúdu) a napätia.

Na výpočet úbytku napätia som spravil 3 programy v Exceli podľa knihy F.F. Karpov "Ako zvoliť prierez vodičov a káblov."

1 Pre siete s jednosmerným prúdom sa indukčná reaktancia neberie do úvahy. Stratu napätia možno vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov (pre dvojvodičové vedenie):

Pomocou týchto vzorcov vypočítam stratu napätia elektrických pohonov na otváranie okien (24V), ako aj osvetľovacej siete (220V).

2 Pre trojfázové siete, kde je kosínus 1, sa tiež neberie do úvahy indukčná reaktancia. Túto metódu je možné použiť aj pre osvetľovacie siete, pretože... ich cos je blízko 1, chyba, ktorú dostaneme, nie je významná. Vzorec na výpočet straty napätia (380V):

Straty napätia v kábli sú veľkým problémom v prípade dlhej cesty od zdroja energie k spotrebiču, ako aj jeho vysokej spotreby energie. Nesprávne zvolené materiály pre elektrické vedenie (elektroinštalácia), napríklad drôty s veľmi tenkými žilami, sa začnú zahrievať v dôsledku nízkej vodivosti pre elektrický prúd. Kalkulačka, ktorú poskytujeme, vám umožňuje vypočítať straty napätia v kábli online:

Poďme tiež zistiť, odkiaľ straty pochádzajú a prečo. Prúdové vodiče sú vyrobené z medi a hliníka, hoci sú to vynikajúce vodiče, stále majú určitý odpor, ktorý je aktívny. Určité množstvo voltov klesne cez akýkoľvek odporový prvok podľa:

U=I*Rprov

V jednosmernom prúde sa pri výpočte strát napätia v kábli objaví iba aktívny odpor R. Zároveň sa pri práci so striedavým prúdom, napríklad v sieťach 0,4 kV, k aktívnej hodnote pripočítava aj jalová časť - tie doplňte celkový odpor Z (Xl a Xc) . Úloha jalového výkonu je pri výpočtoch veľmi dôležitá, pretože predstavuje 20 alebo viac percent spotreby energie.

Prečo je takýto výpočet potrebný? Je to veľmi jednoduché: čím viac R je vedenie, tým väčšie sú straty a tým viac sa vodiče zahrievajú. Poďme zistiť, ako ich vypočítať ručne, ale jednoduchšie je to urobiť pomocou online kalkulačky. Vzorec na určenie odporu vodiča vyzerá takto:

• p-odpor;
• L - dĺžka;
• S je plocha prierezu.

Z toho vyplýva, že závisí od dĺžky a plochy prierezu. Čím dlhší a tenší vodič, tým väčšie R a na jeho zmenšenie sú potrebné vodiče s veľkým prierezom.

Potom sa v najjednoduchšom prípade straty rovnajú poklesu napätia na linke:

dU=I*Rwire

A berúc do úvahy celkový výkon pre striedavý prúd:

Ale prvý vzorec platí iba pre jeden z vodičov s prúdom a elektrina, ako vieme, nemôže byť prenášaná cez jeden vodič. Prenáša sa minimálne cez dva a v trojfázovej sieti – cez štyri vodiče.

• dĺžka;
• prierezová plocha vodičov s prúdom;
• množstvo spotrebovaného prúdu alebo energie;
• počet fáz;
• teplota vodiča;
• COS F.

V dôsledku toho vám online kalkulačka niekoľkými kliknutiami poskytne nasledujúce údaje:

• straty;
• odpor kábla;
• jalový výkon;
• záťažové napätie.

Materiály

Stručné teoretické informácie. Elektrické siete vypočítané na základe prípustného vykurovania sa kontrolujú na stratu napätia. Pri prenose elektriny cez vodiče sa časť napätia stratí cez odpor vodičov a v dôsledku toho sa na konci vedenia, t.j. na výkonových prijímačoch, zníži napätie ako na začiatku vedenia.

Podľa GOST 13109-97 sú v elektrických sieťach do 1 kV v normálnom režime povolené odchýlky napätia od nominálnej hodnoty v rozsahu od -5 do +5%, t.j. aby elektrické prijímače normálne fungovali a vykonávali svoje funkcie. , napätie na ich záveroch by malo byť aspoň 95 % U n a nie viac ako 105 % U n.

Zvolený prierez vodičov teda musí spĺňať aj podmienky na zabezpečenie kvalitnej elektrickej energie napájacích prijímačov.

Straty napätia v prvkoch napájacieho systému nie sú štandardizované. Dá sa však predpokladať, že straty napätia by nemali presiahnuť 1,5...1,8% na hlavnej prípojnici; 2...2,5 % v rozvodnom prípojnicovom žľabe s rovnomerným zaťažením; 4…6 % v sieťach 0,38 kV (od trafostaníc po vstupy do budov).

Vo všeobecnosti je prípustná strata napätia v elektrických sieťach do 1 kV zo zdroja energie (PS) do prijímača energie určená vzorcom:

napájací transformátor; U min - minimálne prípustné napätie na svorkách elektrického prijímača, U min = 95%.

					U add % = 10 − U T % ;
					U T % =β T (	U a % cos ϕ T − U p % sin ϕ T ,
kde β				Faktor zaťaženia transformátora;
			S H . T
U a % =					Aktívna zložka skratového napätia transformátora;		R k - nominálny
			S H . T
strata výkonu transformátora pri skrate;						U r % = U až 2 % − U a 2 % - reaktívna zložka

kde I r - vypočítaný prúd linky, A; L - dĺžka linky, km; r 0 , x 0 - aktivita a reaktancia 1 km líniového vodiča, Ohm/km (tabuľka 1.10).

Tabuľka 1.10 - Aktívny a indukčný odpor drôtov s medenými a hliníkovými vodičmi

	Aktívny odpor		Indukčná reaktancia
	Ohm/km t = 20°C		(meď a hliník), Ohm/km
dirigent,			pre nadzemné vedenie	pre drôty,
mm2		hliník		uložené v potrubí,
			vzdialenosť medzi	a káble
			drôty 15 cm

Skutočná strata napätia musí byť menšia ako prípustná strata napätia. Ak sa ukáže, že skutočný úbytok napätia je väčší ako prípustná hodnota, potom vyberte vodič (vodiče) s prierezom väčším o jeden krok a zopakujte overovací výpočet.

Príklad. V zjednodušenej forme (bez zohľadnenia spôsobu inštalácie, podmienok prostredia) na základe prípustného ohrevu vyberte kábel napájajúci rozvodnú skriňu (CR) a skontrolujte, či nedochádza k strate napätia. Dĺžka káblového vedenia (L) 42 m Údaje o zaťažení rozvodnej skrine: inštalovaný výkon 28,6 kW; cos ϕ = 0,85; Kc = 0,8.

Prípustná strata napätia pre vypočítaný úsek siete je 4 %.

Odhadovaný výkon SR určíme:

PP = Ks · Hrdza = 0,8-28,6 = 22,9 kW.

Menovitý prúd rozvodnej skrine:

	I p =					40,9A
		3U cosϕ

Kábel AVVG 3x10+1x6 mm2 vyberáme na vykurovanie trvalým prípustným prúdom 42 A. Skutočný úbytok napätia v kábli napájajúci ShR je určený vzorcom (1.34):

Uf = 1,73 40,9 (3,33 0,85 + 0,073 0,52) 0,042 = 8,53 B

U Pravidlá pre technickú prevádzku elektrických inštalácií spotrebiteľov a Bezpečnostné pravidlá pre prevádzku elektrických inštalácií a spotrebiteľov. M.: NC ENAS, 2004. 3. Pokyny na určenie elektrického zaťaženia v priemyselných inštaláciách. M.: VNIIPI Tyazhpromelektroproekt, 1991. 4. Ermilov A.A. Základy napájania priemyselných podnikov. M.: Energia, 1983. 5. Kudrin B.I. Napájanie priemyselných podnikov. M.: Energoatomizdat, 2005. 6. Vakhnina V.V. a iné Návrhy systémov napájania pre strojárske podniky: Učebnica pre návrh kurzov a diplomov. – Togliatti: TSU, 2004. 7. GOST 13109-97. Elektrická energia. Elektromagnetická kompatibilita technických zariadení. Normy kvality elektrickej energie vo všeobecných napájacích systémoch / Medzištátna rada pre normalizáciu, metrológiu a certifikáciu. Minsk, 1998.

Pri výpočte strát elektriny v kábli je dôležité vziať do úvahy jeho dĺžku, prierezy žíl, indukčnú reaktanciu a pripojenia vodičov. Vďaka týmto informáciám na pozadí môžete nezávisle vypočítať pokles napätia.

Druhy a štruktúra strát

Dokonca aj tie najefektívnejšie systémy napájania majú určitú skutočnú stratu elektriny. Straty znamenajú rozdiel medzi elektrickou energiou poskytnutou užívateľom a tým, čo k nim skutočne prišlo. Je to spôsobené nedokonalosťou systémov a fyzikálnymi vlastnosťami materiálov, z ktorých sú vyrobené.

Najbežnejší typ straty elektriny v elektrických sieťach je spojený so stratou napätia z dĺžky kábla. Na štandardizáciu finančných nákladov a výpočet ich skutočnej hodnoty bola vyvinutá nasledujúca klasifikácia:

1. Technický faktor. Je spojená s charakteristikami fyzikálnych procesov a môže sa meniť pod vplyvom zaťaženia, podmienených fixných nákladov a klimatických okolností.
2. Náklady na použitie dodatočných zásob a zabezpečenie nevyhnutných podmienok pre činnosť technického personálu.
3. Komerčný faktor. Do tejto skupiny patria odchýlky spôsobené nedokonalosťou kontrolných a meracích prístrojov a iné body, ktoré vyvolávajú podceňovanie elektrickej energie.

Hlavné príčiny straty napätia

Hlavným dôvodom straty výkonu v kábli sú straty v elektrických vedeniach. Vo vzdialenosti od elektrárne k spotrebiteľom sa rozptýli nielen sila elektrickej energie, ale aj poklesy napätia (ktoré, ak dosiahnu hodnotu nižšiu ako je minimálna prípustná hodnota, môžu vyvolať nielen neefektívnu prevádzku zariadení, ale aj ich úplná nefunkčnosť.

Straty v elektrických sieťach môžu byť spôsobené aj reaktívnou zložkou časti elektrického obvodu, to znamená prítomnosťou akýchkoľvek indukčných prvkov v týchto častiach (môžu to byť komunikačné cievky a obvody, transformátory, nízko a vysokofrekvenčné tlmivky, elektromotory).

Spôsoby zníženia strát v elektrických sieťach

Používateľ siete nemôže ovplyvniť straty v elektrických vedeniach, ale môže znížiť pokles napätia na časti obvodu správnym pripojením jeho prvkov.

Je lepšie pripojiť medený kábel na medený kábel a hliníkový kábel na hliníkový. Je lepšie minimalizovať počet drôtových spojení, kde sa mení materiál jadra, pretože na takýchto miestach sa nielen rozptyľuje energia, ale zvyšuje sa aj tvorba tepla, čo môže predstavovať nebezpečenstvo požiaru, ak je úroveň tepelnej izolácie nedostatočná. Vzhľadom na vodivosť a merný odpor medi a hliníka je energeticky efektívnejšie používať meď.

Ak je to možné, pri plánovaní elektrického obvodu je lepšie pripojiť akékoľvek indukčné prvky, ako sú cievky (L), transformátory a elektromotory paralelne, pretože podľa fyzikálnych zákonov celková indukčnosť takéhoto obvodu klesá a keď zapojené do série sa naopak zvyšuje.

Na vyhladenie reaktívnej zložky sa používajú kondenzátorové jednotky (alebo RC filtre v kombinácii s odpormi).

V závislosti od princípu pripojenia kondenzátorov a spotrebiteľa existuje niekoľko typov kompenzácie: osobné, skupinové a všeobecné.

1. Pri osobnej kompenzácii sa kondenzátory pripájajú priamo na miesto, kde vzniká jalový výkon, to znamená, že ich vlastný kondenzátor je pripojený k asynchrónnemu motoru, ďalší k výbojke, ďalší k zváraciemu, ďalší k pre transformátor atď. V tomto bode sú prichádzajúce káble zbavené jalových prúdov k jednotlivému užívateľovi.
2. Skupinová kompenzácia zahŕňa pripojenie jedného alebo viacerých kondenzátorov k niekoľkým prvkom s veľkými indukčnými charakteristikami. V tejto situácii je pravidelná súčasná činnosť niekoľkých spotrebiteľov spojená s prenosom celkovej reaktívnej energie medzi záťažami a kondenzátormi. Vedenie, ktoré dodáva elektrickú energiu skupine záťaží, bude vyložené.
3. Všeobecná kompenzácia zahŕňa vloženie kondenzátorov s regulátorom do hlavného panela alebo hlavného rozvádzača. Na základe aktuálnej spotreby jalového výkonu vykoná posúdenie a rýchlo pripojí a odpojí požadovaný počet kondenzátorov. V dôsledku toho sa celkový výkon odoberaný zo siete zníži na minimum v súlade s okamžitou hodnotou požadovaného jalového výkonu.
4. Všetky zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu obsahujú pár kondenzátorových vetiev, pár stupňov, ktoré sú vytvorené špeciálne pre elektrickú sieť v závislosti od potenciálneho zaťaženia. Typické rozmery schodov: 5; 10; 20; tridsať; 50; 7,5; 12,5; 25 štvorcových

Na získanie veľkých krokov (100 alebo viac kvar) sú malé zapojené paralelne. Znižuje sa zaťaženie siete, znižujú sa spínacie prúdy a ich rušenie. V sieťach s mnohými vysokými harmonickými sieťovým napätím sú kondenzátory chránené tlmivkami.

Automatické kompenzátory poskytujú sieti nimi vybavenej nasledujúce výhody:

• znížiť zaťaženie transformátorov;
• zjednodušiť požiadavky na prierezy káblov;
• umožniť zaťažiť elektrickú sieť viac, ako je možné bez kompenzácie;
• odstrániť príčiny poklesu sieťového napätia, aj keď je záťaž pripojená dlhými káblami;
• zvýšiť účinnosť mobilných generátorov paliva;
• zjednodušiť štartovanie elektromotorov;
• zvýšiť kosínus phi;
• eliminovať jalový výkon z obvodov;
• chrániť pred prepätím;
• zlepšiť reguláciu charakteristík siete.

Kalkulačka straty napätia na kábli

Pre akýkoľvek kábel je možné vypočítať stratu napätia online. Nižšie je uvedená online kalkulačka straty napäťového kábla.

Kalkulačka je vo vývoji a čoskoro bude dostupná.

Výpočet pomocou vzorca

ΔU, % = (Un -- U) * 100/ Un,

Z toho môžeme odvodiť vzorec na výpočet strát elektriny:

ΔP, % = (Un -- U) * I * 100/ Un,

kde Un je menovité napätie na sieťovom vstupe;

I -- aktuálny sieťový prúd;

U -- napätie na samostatnom sieťovom prvku (straty sú vypočítané ako percento menovitej hodnoty dostupnej na napäťovom vstupe).

Tabuľka strát napätia pozdĺž dĺžky kábla

Nižšie sú uvedené približné poklesy napätia pozdĺž dĺžky kábla (Knorringova tabuľka). Určíme požadovaný úsek a pozrieme sa na hodnotu v príslušnom stĺpci.

ΔU, %	Zaťažovací moment pre medené vodiče, kW∙m, dvojvodičové vedenia pre napätie 220 V
	Pri priereze vodiča s, mm² rovný
	1,5	2,5	4	6	10	16
1	18	30	48	72	120	192
2	36	60	96	144	240	384
3	54	90	144	216	360	576
4	72	120	192	288	480	768
5	90	150	240	360	600	960

Drôtové pramene vyžarujú teplo, keď tečie prúd. Veľkosť prúdu spolu s odporom jadier určuje mieru straty. Ak máte údaje o odpore káblov a veľkosti prúdu, ktorý nimi prechádza, môžete zistiť veľkosť strát v obvode.

Tabuľky nezohľadňujú indukčnú reaktanciu, pretože pri použití drôtov je príliš malý a nemôže sa rovnať aktívnemu.

Kto zaplatí stratu elektriny?

Straty elektriny počas prenosu (ak sa prenáša na veľké vzdialenosti) môžu byť značné. To ovplyvňuje finančnú stránku problému. Pri určovaní všeobecnej tarify za používanie menovitého prúdu pre obyvateľstvo sa berie do úvahy jalová zložka.

Pri jednofázových vedeniach je už v cene s prihliadnutím na parametre siete. Pre právnické osoby sa táto zložka počíta bez ohľadu na aktívne zaťaženie a je uvedená samostatne v poskytnutej faktúre za špeciálnu sadzbu (lacnejšiu ako aktívnu). Deje sa tak v dôsledku prítomnosti veľkého počtu indukčných mechanizmov (napríklad elektromotorov) v podnikoch.

Orgány energetického dozoru stanovujú prípustný pokles napätia alebo štandard straty v elektrických sieťach. Užívateľ platí za prenosové straty. Preto je z pohľadu spotrebiteľa ekonomicky výhodné uvažovať o ich znížení zmenou charakteristiky elektrického obvodu.

Dlhé káblové vedenia sa vyznačujú výrazným odporom, ktorý prispôsobuje prevádzku siete. V závislosti od značky kábla a ďalších parametrov sa bude líšiť aj hodnota odporu. A množstvo napätia na káblovom vedení je priamo úmerné tomuto odporu.

Pomocou online kalkulačky sa výpočet strát napätia v kábli skladá z nasledujúcich krokov:

• Do príslušných políčok uveďte dĺžku kábla v metroch a materiál vodičov s prúdom;
• Prierez vodiča v mm²;
• Množstvo spotrebovanej elektriny v ampéroch alebo wattoch (umiestnite indikátor vedľa výkonu alebo prúdu, v závislosti od toho, aký parameter poznáte a akú hodnotu uvediete);
• Zadajte hodnotu napätia v sieti;
• Zadajte účinník cosφ;
• Špecifikujte teplotu kábla;

Po zadaní vyššie uvedených údajov do polí kalkulačky kliknite na tlačidlo „vypočítať“ a v príslušných stĺpcoch dostanete výsledok výpočtu - veľkosť straty napätia v kábli ΔU v%, odpor samotného drôtu R pr v Ohm, jalový výkon Q pr vo VAR a napätie pri záťaži U n.

Na výpočet týchto hodnôt sa celý systém vrátane kábla a záťaže nahradí ekvivalentným systémom, ktorý možno znázorniť takto:

Ako vidíte na obrázku, v závislosti od typu napájania záťaže (jednofázové alebo trojfázové) bude mať odpor káblového vedenia sériové alebo paralelné pripojenie vzhľadom na záťaž. Výpočet v kalkulačke sa vykonáva pomocou nasledujúcich vzorcov:

• ΔU – strata napätia;
• U L – lineárne napätie;
• U Ф – fázové napätie;
• I – prúd tečúci vo vedení;
• Z K – impedancia káblového vedenia;
• R K – aktívny odpor káblového vedenia;
• X K – reaktancia káblového vedenia.

Z nich UL, U F, I sú špecifikované vo fáze zadávania údajov. Na určenie celkového odporu ZK sa vykoná aritmetický súčet jeho aktívnych zložiek RK a reaktívnych zložiek XK. Aktívna a reaktívna odolnosť je určená vzorcami:

RK = (ρ * l) / S

R K – aktívny odpor káblového vedenia, kde

ρ je merný odpor pre príslušný kov (meď alebo hliník), ale hodnota merného odporu materiálu nie je konštantná a môže sa meniť v závislosti od teploty, preto sa na jeho uvedenie do reálnych podmienok vykoná prepočet vo vzťahu na teplotu:

ρ t = ρ 20 *

• a je koeficient zmeny teploty v mernom odpore materiálu.
• ρ 20 – špecifický odpor materiálu pri teplote +20ºС.
• t je skutočná teplota vodiča v danom čase.
• l – dĺžka káblového vedenia (ak je záťaž jednofázová a kábel má dve žily, potom sú obe zapojené do série a dĺžka sa musí vynásobiť 2)
• S - plocha prierezu vodiča.

Jalový výkon je určený nasledujúcim vzorcom: Q = S*sin φ, kde

Kde S je zdanlivý výkon, ktorý možno definovať ako súčin prúdu v obvode a vstupného napätia zdroja alebo ako pomer činného výkonu k účinníku.

Na výpočet napätia na záťaž sa vykonajú nasledujúce výpočty: U H = U - ΔU, kde

• kde UN je veľkosť napätia aplikovaného na záťaž;
• U – napätie na vstupe do káblového vedenia
• ΔU – pokles napätia v káblovom vedení.