Berechnung des Spannungsabfalls entlang der Kabellänge in elektrischen Netzen

Bei der Berechnung des Spannungsabfalls in einem Kabel ist es wichtig, die Kabellänge, den Aderquerschnitt, den induktiven Blindwiderstand und den Anschluss der Adern zu berücksichtigen. Mit diesen Hintergrundinformationen können Sie den Spannungsabfall selbst berechnen.

Arten und Struktur der Verluste

Selbst das effizienteste Stromversorgungssystem weist eine gewisse Verlustleistung auf. Der Verlust ist die Differenz zwischen dem Strom, der den Verbrauchern angeboten wird, und dem tatsächlich an sie gelieferten Strom. Dies ist auf Unzulänglichkeiten in den Systemen und die physikalischen Eigenschaften der Materialien zurückzuführen, aus denen sie hergestellt werden.

Die häufigste Art von Stromverlusten in Stromnetzen ist der Spannungsverlust durch Kabellängen. Um die finanziellen Kosten zu normalisieren und ihren tatsächlichen Wert zu berechnen, wurde diese Klassifizierung entwickelt:

1. Technischer Faktor. Sie hängt mit den Merkmalen der physikalischen Prozesse zusammen und kann unter dem Einfluss von Lasten, bedingten Fixkosten und klimatischen Bedingungen variieren.
2. Die Kosten für den Einsatz zusätzlicher Materialien und die Schaffung geeigneter Bedingungen für die Arbeit des technischen Personals.
3. Kommerzieller Faktor. Zu dieser Gruppe gehören Abweichungen, die durch unzureichende Messgeräte und andere Faktoren verursacht werden, die zu einer Untererfassung der elektrischen Energie führen.

Die wichtigsten Ursachen für Spannungsverluste

Die Hauptursache für Leistungsverluste in Kabeln sind Leitungsverluste. Die Entfernung zwischen dem Kraftwerk und den Verbrauchern führt nicht nur zu Leistungsverlusten, sondern auch zu einem Spannungsabfall, der, wenn er unter den zulässigen Mindestwert fällt, nicht nur zu einem ineffizienten Betrieb der Geräte, sondern auch zu deren völliger Unbrauchbarkeit führen kann.

Verluste in elektrischen Netzen können auch durch die reaktive Komponente eines Abschnitts des Stromkreises verursacht werden, d. h. durch das Vorhandensein von induktiven Elementen in diesen Abschnitten (dies können Kommunikations- und Schleifenspulen, Transformatoren, Nieder- und Hochfrequenzdrosseln, Elektromotoren sein).

Möglichkeiten zur Verringerung der Verluste in elektrischen Netzen

Der Netznutzer kann die Verluste in einer Stromleitung nicht beeinflussen, aber er kann den Spannungsabfall in einem Teil des Stromkreises durch eine intelligente Verdrahtung seiner Elemente verringern.

Es ist besser, Kupferkabel an Kupferkabel und Aluminiumkabel an Aluminiumkabel anzuschließen. Es ist besser, die Anzahl der Drahtverbindungen zu minimieren, bei denen das Kernmaterial wechselt, da an solchen Stellen nicht nur Energie verloren geht, sondern auch die Wärmeentwicklung zunimmt, was bei unzureichender Wärmedämmung eine Brandgefahr darstellen kann. In Anbetracht der spezifischen Leitfähigkeit und des spezifischen Widerstands von Kupfer und Aluminium ist es energieeffizienter, Kupfer zu verwenden.

Bei der Planung eines Stromkreises sollten nach Möglichkeit alle induktiven Elemente wie Spulen (L), Transformatoren und Motoren parallel geschaltet werden, da sich nach den Gesetzen der Physik die Gesamtinduktivität eines solchen Stromkreises verringert, während sie bei einer Reihenschaltung im Gegenteil erhöht wird.

Kondensatoreinheiten (oder RC-Filter in Kombination mit Widerständen) werden ebenfalls zur Glättung der reaktiven Komponente verwendet.

Je nachdem, wie die Kondensatoren und Verbraucher angeschlossen sind, gibt es verschiedene Arten der Kompensation: Einzel-, Gruppen- und Gesamtkompensation.

1. Bei der Personenkompensation werden die Kondensatoren direkt an den Punkt angeschlossen, an dem die Blindleistung auftritt, d. h. ein eigener Kondensator an einen Asynchronmotor, ein weiterer an eine Entladungslampe, ein weiterer an eine Schweißlampe, ein weiterer für einen Transformator usw. An diesem Punkt werden die ankommenden Kabel von Blindströmen zum einzelnen Verbraucher entlastet.
2. Bei der Gruppenkompensation werden ein oder mehrere Kondensatoren an mehrere Elemente mit großen induktiven Eigenschaften angeschlossen. In dieser Situation führt die regelmäßige gleichzeitige Aktivität mehrerer Verbraucher zu einer Übertragung der gesamten Blindenergie zwischen Lasten und Kondensatoren. Die Leitung, die eine Gruppe von Verbrauchern mit elektrischer Energie versorgt, wird entlastet.
3. Bei der Gesamtkompensation werden Kondensatoren mit einem Regler in die Hauptschalttafel (GRS) eingebaut. Es wertet den aktuellen Blindleistungsverbrauch aus und schaltet schnell die erforderliche Anzahl von Kondensatoren zu und ab. Dadurch wird die dem Netz entnommene Gesamtleistung entsprechend dem momentanen Blindleistungsbedarf minimiert.
4. Alle Blindleistungskompensationsanlagen bestehen aus einem Kondensatorzweigpaar, einem Stufenpaar, das netzspezifisch in Abhängigkeit von den potentiellen Lasten gebildet wird. Typische Schrittgrößen: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 kvar.

Um große Stufen (100 oder mehr kvar) zu erfassen, schalten Sie kleine Stufen parallel. Die Belastung der Netze wird reduziert, die Schaltströme und deren Störungen werden verringert. In Netzen mit vielen hohen Oberschwingungen der Netzspannung werden die Kondensatoren durch Drosseln geschützt.

Automatische Kompensatoren bieten einem mit ihnen ausgestatteten Netz die folgenden Vorteile

• die Belastung der Transformatoren zu verringern;
• die Querschnittsanforderungen für Kabel zu vereinfachen;
• ermöglichen es, das Netz stärker zu belasten, als es ohne Ausgleich möglich wäre;
• die Ursachen des Netzspannungsabfalls zu beseitigen, auch wenn die Last über lange Kabel angeschlossen ist;
• den Wirkungsgrad mobiler brennstoffbefeuerter Generatoren zu erhöhen;
• erleichtern das Anlassen von Elektromotoren;
• phi Cosinus erhöhen;
• Blindleistung aus den Stromkreisen zu eliminieren;
• Schutz vor Überspannungen;
• Verbesserung der Regulierung der Netzeigenschaften.

Berechnungsrechner für Spannungsverluste im Kabel

Die Berechnung des Spannungsabfalls kann für jedes Kabel online durchgeführt werden. Nachstehend finden Sie einen Online-Rechner für den Spannungsverlust von Kabeln.

Der Rechner ist in Arbeit und wird bald verfügbar sein.

Berechnung nach der Formel

Wenn Sie den Spannungsabfall in einem Kabel unter Berücksichtigung der Kabellänge und anderer Faktoren, die den Verlust beeinflussen, selbst berechnen möchten, können Sie die Formel zur Berechnung des Spannungsabfalls in einem Kabel verwenden:

ΔU, % = (Un - U) * 100/ Un,

wobei Un die Nennspannung am Netzeingang ist;

U ist die Spannung an dem einzelnen Netzelement (betrachten Sie den Verlust als Prozentsatz der am Netzeingang anliegenden Nennspannung).

Daraus lässt sich eine Formel zur Berechnung der Verlustleistung ableiten:

ΔP, % = (Un - U) * I * 100/ Un,

wobei Un die Nennspannung am Netzeingang ist;

I ist der tatsächliche Netzstrom;

U ist die Spannung am einzelnen Leitungselement (betrachten Sie den Verlust als Prozentsatz der am Eingang anliegenden Nennspannung).

Tabelle der Spannungsabfälle nach Kabellänge

Nachfolgend wird der ungefähre Spannungsabfall entlang einer Kabellänge angegeben (Tabelle von Knorring). Bestimmen Sie den erforderlichen Querschnitt und schlagen Sie den Wert in der entsprechenden Spalte nach.

Leiter geben Wärme ab, wenn Strom fließt. Die Größe des Stroms zusammen mit dem Widerstand der Leiter bestimmt den Grad des Verlusts. Wenn Sie Daten über den Widerstand des Kabels und die Stromstärke, die durch das Kabel fließt, haben, können Sie die Höhe der Verluste im Stromkreis ermitteln.

In den Tabellen wird der induktive Widerstand nicht berücksichtigt, da er zu gering ist und nicht mit dem aktiven Widerstand des Drahtes übereinstimmen kann.

Wer zahlt für Stromverluste

Die Stromübertragungsverluste (bei der Übertragung über große Entfernungen) können erheblich sein. Dies hat Auswirkungen auf die finanzielle Seite. Die reaktive Komponente wird bei der Ermittlung des gesamten nominalen Stromverbrauchstarifs für Haushalte berücksichtigt.

Bei einphasigen Leitungen ist sie bereits in den Kosten enthalten, wobei die Netzparameter berücksichtigt werden. Für juristische Personen wird diese Komponente unabhängig von den aktiven Lasten berechnet und separat zu einem Sondertarif (günstiger als die aktive Komponente) in Rechnung gestellt. Dies ist auf die große Anzahl von induktiven Maschinen (z. B. Elektromotoren) in Unternehmen zurückzuführen.

Der Energieregler legt einen zulässigen Spannungsabfall bzw. einen Standard für Verluste im Stromnetz fest. Der Nutzer zahlt für die Übertragungsverluste. Aus der Sicht des Verbrauchers ist es daher wirtschaftlich vorteilhaft, sie durch eine Änderung der Eigenschaften des Stromkreises zu reduzieren.

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