Kaapelin jännitehäviötä laskettaessa on tärkeää ottaa huomioon kaapelin pituus, ytimen poikkileikkaus, induktiivinen reaktanssi ja johtimien kytkentä. Näiden taustatietojen avulla voit laskea jännitehäviön itse.
Sisältö
Tappioiden tyypit ja rakenne
Tehokkaimmassakin sähkönsyöttöjärjestelmässä on jonkinlaista todellista tehohäviötä. Häviöllä tarkoitetaan käyttäjille annetun sähkön ja heille tosiasiallisesti toimitetun sähkön välistä erotusta. Tämä johtuu järjestelmien puutteista ja niiden materiaalien fysikaalisista ominaisuuksista, joista ne on valmistettu.
Yleisin sähköverkkojen sähköhäviötyyppi liittyy kaapeleiden pituuksista aiheutuvaan jännitehäviöön. Rahoituskustannusten normalisoimiseksi ja niiden todellisen arvon laskemiseksi on kehitetty tämä luokitus:
- Tekninen tekijä. Se liittyy fysikaalisten prosessien ominaisuuksiin, ja se voi vaihdella kuormituksen, kiinteiden kustannusten ja ilmasto-olosuhteiden vaikutuksesta.
- Kustannukset, jotka aiheutuvat lisätarvikkeiden käytöstä ja teknisen henkilöstön toimintaedellytysten luomisesta.
- Kaupallinen tekijä. Tähän ryhmään kuuluvat poikkeamat, jotka johtuvat puutteellisista mittauslaitteista ja muista tekijöistä, jotka aiheuttavat sähköenergian aliraportointia.
Jännitehäviön tärkeimmät syyt
Kaapeleiden tehohäviöiden pääasiallinen syy on siirtojohtohäviöt. Etäisyys sähköasemalta kuluttajille ei ainoastaan hukkaa tehoa, vaan aiheuttaa myös jännitteen laskun (joka, jos se laskee alle sallitun vähimmäisarvon, voi aiheuttaa laitteiden tehottoman toiminnan lisäksi myös sen, että ne eivät toimi lainkaan.
Sähköverkkojen häviöt voivat johtua myös virtapiirin osan reaktiivisesta komponentista eli induktiivisista elementeistä näissä osissa (näitä voivat olla viestintä- ja silmukkakelat, muuntajat, matala- ja suurtaajuuskuristimet, sähkömoottorit).
Sähköverkkojen häviöiden vähentämistavat
Verkon käyttäjä ei voi vaikuttaa sähköjohdon häviöihin, mutta hän voi pienentää jännitehäviötä virtapiirin osassa kytkemällä sen elementit älykkäästi.
Kuparikaapeli on parempi liittää kuparikaapeliin ja alumiinikaapeli alumiinikaapeliin. On parempi minimoida niiden johdinliitosten määrä, joissa ydinmateriaali vaihtuu, sillä tällaisissa kohdissa haihtuu energiaa ja myös lämmöntuotanto lisääntyy, mikä voi aiheuttaa palovaaran, jos eristystaso on riittämätön. Kun otetaan huomioon kuparin ja alumiinin ominaisjohtavuus- ja resistiivisyysarvot, on energiatehokkaampaa käyttää kuparia.
Sähköpiiriä suunniteltaessa induktiiviset elementit, kuten käämit (L), muuntajat ja moottorit, olisi mahdollisuuksien mukaan kytkettävä rinnakkain, koska fysiikan lakien mukaan tällaisen piirin kokonaisinduktanssi pienenee, kun taas sarjakytkennässä se päinvastoin kasvaa.
Kondensaattoriyksiköitä (tai RC-suodattimia yhdessä vastusten kanssa) käytetään myös reaktiivisen komponentin tasoittamiseen.
Riippuen siitä, miten kondensaattorit ja kuluttaja on kytketty toisiinsa, on olemassa useita korvaustyyppejä: henkilökohtainen, ryhmä- ja kokonaiskorvaus.
- Henkilökohtaisessa kompensoinnissa kondensaattorit kytketään suoraan siihen kohtaan, jossa reaktiivinen teho syntyy, eli oma kondensaattori asynkronimoottoriin, toinen purkauslamppuun, toinen hitsauslamppuun, kolmas muuntajaan jne. Tässä vaiheessa yksittäiselle käyttäjälle tulevat kaapelit vapautetaan reaktiivivirroista.
- Ryhmäkompensoinnissa kytketään yksi tai useampi kondensaattori useisiin elementteihin, joilla on suuret induktiiviset ominaisuudet. Tässä tilanteessa useiden käyttäjien säännöllinen ja samanaikainen toiminta edellyttää reaktiivisen energian siirtämistä kuormien ja kondensaattoreiden välillä. Johto, joka syöttää sähköenergiaa ryhmälle kuormia, puretaan.
- Kokonaiskompensointiin kuuluu kondensaattoreiden lisääminen pääkytkintauluun tai GRS:ään säätimellä. Se arvioi nykyisen reaktiivisen tehonkulutuksen ja kytkee ja irrottaa nopeasti tarvittavan määrän kondensaattoreita. Tämän seurauksena verkosta otettava kokonaisteho minimoidaan hetkellisen loistehovaatimuksen mukaisesti.
- Kaikki reaktiivisen tehon kompensointijärjestelmät koostuvat kondensaattorihaaroista eli vaiheista, jotka muodostetaan sähköverkkoa varten erityisesti potentiaalisten kuormien mukaan. Tyypilliset askelkoot: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 kvar.
Suurten portaiden (100 kvar tai enemmän) saamiseksi kytke pienet portaat rinnakkain. Verkkojen kuormitus vähenee, kytkentävirrat ja niiden aiheuttamat häiriöt vähenevät. Verkoissa, joissa verkkojännitteessä on paljon suuria harmonisia yliaaltoja, kondensaattorit suojataan kuristimilla.
Automaattiset kompensaattorit tarjoavat seuraavat edut verkolle, jossa ne on asennettu:
- vähentää muuntajien kuormitusta;
- yksinkertaistaa kaapeleiden poikkileikkausvaatimuksia;
- mahdollistavat verkon kuormittamisen enemmän kuin se olisi mahdollista ilman korvausta;
- poistaa verkkojännitteen alenemisen syyt, vaikka kuorma olisi kytketty pitkillä kaapeleilla;
- lisätä siirrettävillä polttoaineilla toimivien generaattoreiden tehokkuutta;
- helpottaa sähkömoottoreiden käynnistämistä;
- lisätä phi-kosinusta;
- poistaa reaktiivista tehoa virtapiireistä;
- suojaa ylijännitteiltä;
- parantaa verkon ominaisuuksien sääntelyä.
Kaapelin jännitehäviöiden laskentaohjelma
Jännitehäviölaskenta voidaan tehdä minkä tahansa kaapelin osalta verkossa. Alla on verkossa oleva kaapelin jännitehäviölaskin.
Laskin on tekeillä, ja se on pian saatavilla.
Laskelma kaavalla
Jos haluat itse laskea kaapelin jännitehäviön ottaen huomioon kaapelin pituuden ja muut häviöön vaikuttavat tekijät, voit käyttää kaapelin jännitehäviön laskentakaavaa:
ΔU, % = (Un - U) * 100/ Un,
jossa Un on nimellisjännite verkkotulossa;
U on jännite yksittäisessä verkkoelementissä (tarkastellaan häviötä prosentteina verkon syöttöjännitteen nimellisjännitteestä).
Tästä voidaan johtaa kaava tehohäviön laskemiseksi:
ΔP, % = (Un - U) * I * 100/ Un,
jossa Un on nimellisjännite verkkotulossa;
I on todellinen verkkovirta;
U on jännite yksittäisessä johtoelementissä (tarkastellaan häviötä prosentteina syötössä olevasta nimellisjännitteestä).
Taulukko jännitehäviöistä kaapelin pituuden mukaan
Alla on esitetty likimääräinen jännitehäviö kaapelin pituutta pitkin (Knorringin taulukko). Määritä tarvittava poikkileikkaus ja etsi arvo vastaavasta sarakkeesta.
| ΔU, % | Kuormitusmomentti kuparijohtimille, kW∙m, kaksijohdinjohdot, 220 V | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Johtimen poikkileikkauksessa s, mm², joka on yhtä suuri kuin | ||||||
| 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 |
Johtimet säteilevät lämpöä, kun virta kulkee. Virran suuruus yhdessä johtimien resistanssin kanssa määrittää häviön suuruuden. Jos sinulla on tiedot kaapelin resistanssista ja kaapelin läpi kulkevan virran määrästä, voit selvittää virtapiirin häviön määrän.
Taulukoissa ei oteta huomioon induktiivista vastusta, koska se on liian pieni eikä se voi olla yhtä suuri kuin johdon aktiivinen vastus.
Kuka maksaa sähköhäviöt
Sähkönsiirtohäviöt voivat olla huomattavat (jos sähköä siirretään pitkiä matkoja). Tällä on vaikutusta rahoituspuoleen. Reaktiivinen komponentti otetaan huomioon määritettäessä kotitalouksien nimellistä kokonaisvirrankäyttötariffia.
Yksivaiheisten linjojen osalta se sisältyy jo kustannuksiin, kun otetaan huomioon verkon parametrit. Oikeushenkilöiden osalta tämä osa lasketaan riippumatta aktiivisista kuormista, ja se laskutetaan erikseen erityiseen hintaan (edullisemmin kuin aktiivinen osa). Tämä johtuu siitä, että yrityksissä on paljon induktiivisia koneita (esim. sähkömoottoreita).
Energiasäädin asettaa sallitun jännitehäviön eli sähköverkon häviöiden standardin. Käyttäjä maksaa siirtohäviöt. Siksi kuluttajan kannalta on taloudellisesti edullista harkita niiden vähentämistä muuttamalla sähköpiirin ominaisuuksia.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
