Como calcular a queda de tensão ao longo do comprimento do cabo nas redes eléctricas

Ao calcular a queda de tensão num cabo, é importante considerar o comprimento do cabo, a secção transversal do núcleo, a reactância indutiva e a ligação dos fios. Com esta informação de fundo, pode calcular você mesmo a queda de tensão.

Tipos e estrutura das perdas

Mesmo o sistema de alimentação eléctrica mais eficiente tem algum tipo de perda real de energia. A perda refere-se à diferença entre a electricidade dada aos utilizadores e a electricidade que lhes é efectivamente entregue. Isto deve-se a imperfeições nos sistemas e nas propriedades físicas dos materiais a partir dos quais são feitos.

O tipo mais comum de perda de electricidade nas redes eléctricas está relacionado com a perda de tensão dos comprimentos dos cabos. A fim de normalizar o custo financeiro e calcular o seu valor real, esta classificação foi desenvolvida:

1. Factor técnico. Está relacionado com as características dos processos físicos e pode variar sob a influência de cargas, custos fixos contingentes e circunstâncias climáticas.
2. O custo da utilização de fornecimentos adicionais e o fornecimento das condições certas para o pessoal técnico poder operar.
3. Factor comercial. Este grupo inclui desvios causados por instrumentos de medição inadequados e outros factores que causam a subnotificação da energia eléctrica.

As principais causas de perda de tensão

A principal causa da perda de energia nos cabos é a perda de linhas de transmissão. A distância da central aos consumidores não só dissipa a energia como também provoca a queda da tensão (que, se esta cair abaixo do valor mínimo permitido, pode não só causar um funcionamento ineficiente dos aparelhos como também torná-los inoperacionais.

Também as perdas nas redes eléctricas podem ser causadas pela componente reactiva de uma secção do circuito, ou seja, a presença de quaisquer elementos indutivos nestas secções (podem ser bobinas de comunicação e de laço, transformadores, estrangulamentos de baixa e alta frequência, motores eléctricos).

Formas de reduzir as perdas nas redes eléctricas

O utilizador da rede não pode influenciar as perdas numa linha de alimentação, mas pode reduzir a queda de tensão numa secção do circuito, ligando os seus elementos de forma inteligente.

É melhor ligar o cabo de cobre ao cabo de cobre e o cabo de alumínio ao cabo de alumínio. É melhor minimizar o número de ligações de fios onde o material do núcleo muda, uma vez que não só a energia é dissipada nesses locais, mas também a geração de calor é aumentada, o que pode ser um risco de incêndio se o nível de isolamento for insuficiente. Dados os valores específicos de condutividade e resistividade do cobre e do alumínio, é mais eficiente em termos energéticos utilizar cobre.

Se possível, ao planear um circuito eléctrico, quaisquer elementos indutivos tais como bobinas (L), transformadores e motores devem ser ligados em paralelo, porque de acordo com as leis da física, a indutância total de tal circuito é reduzida, enquanto que na ligação em série, pelo contrário, é aumentada.

As unidades condensadoras (ou filtros RC em combinação com resistências) são também utilizadas para suavizar o componente reactivo.

Dependendo de como os condensadores e o consumidor estão ligados, há vários tipos de compensação: individual, de grupo e compensação total.

1. Em compensação pessoal, os condensadores são ligados directamente ao ponto onde ocorre a potência reactiva, ou seja, o seu próprio condensador a um motor assíncrono, mais um a uma lâmpada de descarga, mais um a uma lâmpada de soldadura, mais um para um transformador, etc. Nesta altura, os cabos de entrada são aliviados das correntes reactivas para o utilizador individual.
2. A compensação de grupo envolve a ligação de um ou mais condensadores a vários elementos com grandes características indutivas. Nesta situação, a actividade simultânea regular de vários utilizadores envolve a transferência de energia reactiva total entre cargas e condensadores. A linha que fornece energia eléctrica a um grupo de cargas será descarregada.
3. A compensação geral envolve a inserção de condensadores com um regulador no quadro de distribuição principal, ou GRS. Avalia o consumo de energia reactiva actual e rapidamente liga e desliga o número necessário de condensadores. Como resultado, a energia total retirada da rede é minimizada de acordo com a quantidade instantânea de energia reactiva necessária.
4. Todos os sistemas de compensação de potência reactiva consistem num par de bancos de condensadores, um par de fases, que são formados especificamente para a rede eléctrica, dependendo das cargas potenciais. Tamanhos típicos dos degraus: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 kvar.

Para adquirir grandes passos (100 ou mais kvar), ligar pequenos passos em paralelo. As cargas nas redes são reduzidas, as correntes de comutação e as suas interferências são reduzidas. Em redes com muitas altas harmónicas de tensão de rede, os condensadores são protegidos por estrangulamentos.

Os compensadores automáticos proporcionam os seguintes benefícios a uma rede equipada com eles:

• reduzir a carga dos transformadores;
• simplificar os requisitos da secção transversal dos cabos;
• permitem carregar a rede mais do que seria possível sem compensação;
• eliminar as causas de queda de tensão da rede, mesmo quando a carga é ligada por cabos longos;
• aumentar a eficiência dos geradores móveis alimentados a combustível;
• facilitar o arranque de motores eléctricos;
• aumentar o phi coseno;
• eliminar a energia reactiva dos circuitos;
• proteger contra sobretensões;
• melhorar a regulação das características da grelha.

Calculadora de cálculo para perdas de tensão em cabos

Para qualquer cabo, o cálculo da queda de tensão pode ser feito online. Abaixo encontra-se uma calculadora de perda de tensão de cabo em linha.

A calculadora está em curso e estará disponível em breve.

Cálculo utilizando a fórmula

Se desejar calcular você mesmo a queda de tensão num cabo, tendo em conta o comprimento do cabo e outros factores que afectam a perda, pode utilizar a fórmula para calcular a queda de tensão num cabo:

ΔU, % = (Un - U) * 100/ Un,

onde Un é a tensão nominal na entrada da rede;

U é a tensão no elemento individual da rede (considerar a perda como uma percentagem da tensão nominal presente na entrada da rede).

A partir disto é possível derivar uma fórmula para calcular a perda de potência:

ΔP, % = (Un - U) * I * 100/ Un,

onde Un é a tensão nominal na entrada da rede;

I é a actual corrente de rede;

U - tensão no elemento individual da rede (considerar a perda como uma percentagem da tensão nominal na entrada da rede).

Tabela de quedas de tensão por comprimento de cabo

Abaixo encontra-se uma queda de tensão aproximada ao longo de um comprimento de cabo (tabela de Knorring). Determinar a secção transversal requerida e procurar o valor na coluna correspondente.

Os condutores emitem calor quando a corrente flui. A dimensão da corrente juntamente com a resistência dos condutores determina o grau de perda. Se tiver dados sobre a resistência do cabo e a quantidade de corrente que flui através deles, pode descobrir a quantidade de perda no circuito.

As tabelas não têm em conta a resistência indutiva, pois esta é demasiado baixa e não pode ser igual à resistência activa do fio.

Quem paga pelas perdas de electricidade

As perdas na transmissão de electricidade (se transmitidas por longas distâncias) podem ser substanciais. Isto tem um impacto na vertente financeira. A componente reactiva é tida em conta na determinação da tarifa total de utilização corrente nominal para os agregados familiares.

Para linhas monofásicas, já está incluído no custo, tendo em conta os parâmetros da rede. Para as entidades jurídicas, este componente é calculado independentemente das cargas activas e é facturado separadamente, a uma taxa especial (mais barato do que o componente activo). Isto deve-se ao grande número de máquinas indutivas (por exemplo, motores eléctricos) presentes nas empresas.

O regulador de energia estabelece uma queda de tensão permitida, ou um padrão para perdas na rede eléctrica. O utilizador paga pelas perdas de transmissão. Portanto, do ponto de vista do consumidor, é economicamente vantajoso considerar a sua redução através da alteração das características do circuito eléctrico.

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