Jak obliczyć spadek napięcia na długości kabla w sieciach elektrycznych?

Przy obliczaniu spadku napięcia w kablu należy wziąć pod uwagę długość kabla, przekrój żyły, reaktancję indukcyjną oraz sposób połączenia żył. Mając te informacje, można samodzielnie obliczyć spadek napięcia.

Rodzaje i struktura strat

Nawet w najbardziej wydajnym systemie zasilania występują pewne rodzaje rzeczywistych strat mocy. Straty to różnica między energią elektryczną przekazaną użytkownikom a energią elektryczną faktycznie im dostarczoną. Wynika to z niedoskonałości systemów i właściwości fizycznych materiałów, z których są wykonane.

Najczęstszym rodzajem strat energii elektrycznej w sieciach elektroenergetycznych są straty napięcia spowodowane długością kabli. W celu znormalizowania kosztów finansowych i obliczenia ich rzeczywistej wartości opracowano niniejszą klasyfikację:

1. Czynnik techniczny. Jest on związany z charakterystyką procesów fizycznych i może ulegać zmianom pod wpływem obciążeń, warunkowych kosztów stałych i warunków klimatycznych.
2. Koszt wykorzystania dodatkowych materiałów eksploatacyjnych i zapewnienia odpowiednich warunków pracy personelu technicznego.
3. Czynnik komercyjny. Grupa ta obejmuje odchylenia spowodowane nieodpowiednimi przyrządami pomiarowymi i innymi czynnikami powodującymi zaniżanie wartości energii elektrycznej.

Główne przyczyny zaniku napięcia

Główną przyczyną strat mocy w kablach są straty w liniach przesyłowych. Odległość stacji elektroenergetycznej od odbiorników nie tylko rozprasza energię, ale także powoduje spadek napięcia (które, jeśli spadnie poniżej minimalnej dopuszczalnej wartości, może spowodować nie tylko nieefektywną pracę urządzeń, ale także ich całkowite unieruchomienie).

Również straty w sieciach elektrycznych mogą być powodowane przez składową bierną odcinka obwodu, czyli obecność w tych odcinkach elementów indukcyjnych (mogą to być cewki komunikacyjne i pętlowe, transformatory, dławiki małej i dużej częstotliwości, silniki elektryczne).

Sposoby ograniczania strat w sieciach elektrycznych

Użytkownik sieci nie ma wpływu na straty w linii energetycznej, ale może zmniejszyć spadek napięcia na danym odcinku obwodu, inteligentnie łącząc jego elementy.

Lepiej jest łączyć kabel miedziany z kablem miedzianym i kabel aluminiowy z kablem aluminiowym. Lepiej jest zminimalizować liczbę połączeń przewodów, w których następuje zmiana materiału rdzenia, ponieważ w takich miejscach nie tylko rozprasza się energia, ale także zwiększa się wydzielanie ciepła, co może stanowić zagrożenie pożarowe, jeżeli poziom izolacji jest niewystarczający. Biorąc pod uwagę wartości przewodności właściwej i rezystywności miedzi i aluminium, bardziej energooszczędne jest stosowanie miedzi.

Jeżeli jest to możliwe, podczas planowania obwodu elektrycznego wszelkie elementy indukcyjne, takie jak cewki (L), transformatory i silniki, powinny być połączone równolegle, ponieważ zgodnie z prawami fizyki całkowita indukcyjność takiego obwodu zmniejsza się, natomiast w połączeniu szeregowym, przeciwnie, zwiększa się.

W celu wygładzenia składowej reaktywnej stosuje się również kondensatory (lub filtry RC w połączeniu z rezystorami).

W zależności od sposobu połączenia kondensatorów i odbiorników istnieje kilka rodzajów kompensacji: indywidualna, grupowa i całkowita.

1. W kompensacji indywidualnej kondensatory są podłączone bezpośrednio do punktu, w którym występuje moc bierna, tzn. własny kondensator do silnika asynchronicznego, kolejny do lampy wyładowczej, kolejny do lampy spawalniczej, kolejny do transformatora itp. W tym momencie kable przychodzące do poszczególnych użytkowników są odciążane od prądów reaktywnych.
2. Kompensacja grupowa polega na podłączeniu jednego lub kilku kondensatorów do kilku elementów o dużej charakterystyce indukcyjnej. W tej sytuacji regularna jednoczesna aktywność kilku użytkowników wiąże się z przekazywaniem całkowitej energii biernej między odbiornikami i kondensatorami. Linia, która dostarcza energię elektryczną do grupy odbiorników, zostanie rozładowana.
3. Kompensacja całkowita polega na wstawieniu kondensatorów z regulatorem w rozdzielnicy głównej lub GRS. Ocenia on bieżące zużycie mocy biernej i szybko podłącza lub odłącza wymaganą liczbę kondensatorów. W rezultacie całkowita moc pobierana z sieci jest minimalizowana zgodnie z chwilowym zapotrzebowaniem na moc bierną.
4. Wszystkie układy kompensacji mocy biernej składają się z pary gałęzi kondensatorów, pary stopni, które są tworzone specjalnie dla sieci elektrycznej w zależności od potencjalnych obciążeń. Typowe wielkości kroków: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 kvar.

W celu uzyskania dużych stopni (100 lub więcej kvar) należy połączyć równolegle małe stopnie. Zmniejsza się obciążenie sieci, prądy łączeniowe i ich zakłócenia. W sieciach, w których występuje wiele wysokich harmonicznych napięcia sieciowego, kondensatory są chronione przez dławiki.

Kompensatory automatyczne zapewniają następujące korzyści dla wyposażonej w nie sieci:

• zmniejszyć obciążenie transformatorów;
• uproszczenie wymagań dotyczących przekroju poprzecznego kabli;
• umożliwiają większe obciążenie sieci niż byłoby to możliwe bez rekompensaty;
• eliminuje przyczyny spadku napięcia w sieci, nawet jeśli obciążenie jest połączone długimi przewodami;
• zwiększenie sprawności mobilnych generatorów opalanych paliwem;
• ułatwiają rozruch silników elektrycznych;
• zwiększyć cosinus phi;
• wyeliminowanie mocy biernej z obwodów;
• chronią przed przepięciami;
• poprawa regulacji charakterystyki sieci.

Kalkulator do obliczania strat napięcia w kablu

Obliczenia spadku napięcia dla dowolnego kabla można wykonać online. Poniżej znajduje się internetowy kalkulator strat napięcia w kablach.

Prace nad kalkulatorem są w toku i będzie on wkrótce dostępny.

Obliczenia według wzoru

Jeżeli chcesz samodzielnie obliczyć spadek napięcia w kablu, uwzględniając długość kabla i inne czynniki wpływające na straty, możesz skorzystać ze wzoru na obliczanie spadku napięcia w kablu:

ΔU, % = (Un - U) * 100/ Un,

gdzie Un jest napięciem znamionowym na wejściu do sieci;

U to napięcie na poszczególnych elementach sieci (stratę należy traktować jako procent napięcia znamionowego na wejściu sieci).

Na tej podstawie można wyprowadzić wzór do obliczania strat mocy:

ΔP, % = (Un - U) * I * 100/ Un,

gdzie Un jest napięciem znamionowym na wejściu do sieci;

I to rzeczywiste natężenie prądu w sieci;

U jest napięciem na poszczególnych elementach linii (stratę należy traktować jako procent napięcia znamionowego na wejściu).

Tabela spadków napięcia w zależności od długości kabla

Poniżej podano przybliżony spadek napięcia na długości kabla (tabela Knorringa). Wyznacz wymagany przekrój poprzeczny i sprawdź wartość w odpowiedniej kolumnie.

Przewodniki wydzielają ciepło podczas przepływu prądu. Wielkość prądu wraz z rezystancją przewodników decyduje o stopniu strat. Dysponując danymi dotyczącymi rezystancji przewodów i natężenia przepływającego przez nie prądu, można określić wielkość strat w obwodzie.

W tabelach nie uwzględniono oporu indukcyjnego, ponieważ jest on zbyt mały i nie może być równy oporowi czynnemu przewodu.

Kto płaci za straty energii elektrycznej

Straty podczas przesyłu energii elektrycznej (jeśli jest ona przesyłana na duże odległości) mogą być znaczne. Ma to wpływ na stronę finansową. Składnik bierny jest uwzględniany przy określaniu całkowitej nominalnej taryfy za energię elektryczną dla gospodarstw domowych.

W przypadku linii jednofazowych jest on już uwzględniony w kosztach, biorąc pod uwagę parametry sieci. W przypadku osób prawnych składnik ten jest obliczany niezależnie od obciążeń aktywnych i fakturowany oddzielnie, według specjalnej stawki (tańszej niż składnik aktywny). Wynika to z dużej liczby maszyn indukcyjnych (np. silników elektrycznych) obecnych w przedsiębiorstwach.

Regulator energii ustala dopuszczalny spadek napięcia, czyli normę strat w sieci elektrycznej. Użytkownik płaci za straty przesyłowe. Dlatego z punktu widzenia konsumenta korzystne ekonomicznie jest rozważenie możliwości ich zmniejszenia poprzez zmianę charakterystyki obwodu elektrycznego.

Powiązane artykuły: