Что такое потеря напряжения: Что такое падение напряжения в проводах

Содержание

Справочник электрика. Потери напряжения, мощности и энергии

Основной причиной появления отклонений напряжения в электрической сети являются потери напряжения в линиях электропередачи и силовых трансформаторах, причем, главное значение имеют потери напряжения в линиях. На рис. 1, а приведены электрическая схема, включающая в себя источник питания С и две подстанции, связанные линией W без ответвлений. Здесь U1 — напряжение в начале, U2 — в конце линии.

Векторная диаграмма электрических величин для линии W, построенная на основе ее схемы замещения (рис. 1, б), приведена на рис. 1, в. Обычно нагрузка линии имеет активно-индуктивный характер, поэтому вектор тока İ отстает по фазе от вектора напряжения Ú2 конца линии на угол φ. Вектор напряжения в начале линии Ú1, получается в результате суммирования вектора напряжения в конце линии Ú2 с активной ΔÚwa =İR и реактивной ΔÚwp = jİX составляющими падения напряжения на линии İZw, где R, jX, Z — соответственно активное, индуктивное и полное сопротивления линии.

Модуль (длину) вектора İZw называют падением напряжения на линии. Вектор падения напряжения на линии можно разложить на две составляющие:

направленную по вектору Ú2 — продольную составляющую падения напряжения ΔÚw;

направленную перпендикулярно вектору Ú2 — поперечную составляющую падения напряжения δÚw.


Рис. 1. Потеря напряжения в линии

Из точки 0 на рис. 1, в радиусом, равным длине вектора 0, можно провести дугу окружности до пересечения в точке b с прямой Оα (по направлению вектора Ú2). Отрезок 0b равен модулю вектора Ú1 т. е. напряжению в начале линии. Потеря напряжения в линии равна длине отрезка cb, т. е. арифметической разности U1 – U2 Для упрощения потерю напряжения вычисляют приближенно и полагают ее равной не отрезку cb, а отрезку cd. Ошибка, получающаяся в результате такой замены, относительно невелика и допустима в расчетах. Тогда можно получить следующее выражение для потери напряжения в линии:

 

где Р, Q — соответственно, активная Р и реактивная Q мощности нагрузки в конце линии; U2 — напряжение в конце линии.

Таким образом, нужно различать падение напряжения и потерю напряжения на линии. Падение напряжения — это модуль геометрической разности векторов напряжения по концам линии

|ΔÚw| = |Ú1 - Ú2|.

Потеря напряжения — это арифметическая разность напряжений по концам линии, т. е. ΔUw = U1 — U2.

Потеря напряжения показывает, насколько напряжение в конце линии отличается от напряжения в ее начале. Падение напряжения обычно больше потери напряжения из-за сдвига по фазе векторов Ú1 и Ú2. Практику в ГРС интересует потеря напряжения, а не падение напряжения, потому что потеря напряжения связывает наиболее простой формулой напряжения в начале и конце линии.


Потери электроэнергии в электрических сетях: виды, причины, расчет

Потери электроэнергии в электрических сетях неминуемы, поэтому важно чтобы они не превышали экономически обоснованного уровня. Превышение норм технологического расхода говорит о возникших проблемах. Чтобы исправить ситуацию необходимо установить причины возникновения нецелевых затрат и выбрать способы их снижения. Собранная в статье информация описывает многие аспекты этой непростой задачи.

Виды и структура потерь

Под потерями подразумевается разница между отпущенной потребителям электроэнергией и фактически поступившей к ним. Для нормирования потерь и расчетов их фактической величины, была принята следующая классификация:

  • Технологический фактор. Он напрямую зависит от характерных физических процессов, и может меняться под воздействием нагрузочной составляющей, условно-постоянных затрат, а также климатических условий.
  • Расходы, затрачиваемые на эксплуатацию вспомогательного оборудования и обеспечение необходимых условий для работы техперсонала.
  • Коммерческая составляющая. К данной категории относятся погрешности приборов учета, а также другие факторы, вызывающие недоучет электроэнергии.

Ниже представлен среднестатистический график потерь типовой электрокомпании.

Примерная структура потерь

Как видно из графика наибольшие расходы связаны с передачей по воздушным линиям (ЛЭП), это составляет около 64% от общего числа потерь. На втором месте эффект коронированния (ионизация воздуха рядом с проводами ВЛ и, как следствие, возникновение разрядных токов между ними) – 17%.

Коронный разряд на изоляторе ЛЭП

Исходя из представленного графика, можно констатировать, что наибольший процент нецелевых расходов приходится на технологический фактор.

Основные причины потерь электроэнергии

Разобравшись со структурой, перейдем к причинам, вызывающим нецелевой расход в каждой из перечисленных выше категорий. Начнем с составляющих технологического фактора:

  1. Нагрузочные потери, они возникают в ЛЭП, оборудовании и различных элементах электросетей. Такие расходы напрямую зависят от суммарной нагрузки. В данную составляющую входят:
  • Потери в ЛЭП, они напрямую связаны с силой тока. Именно поэтому при передаче электроэнергии на большие расстояния используется принцип повышения в несколько раз, что способствует пропорциональному уменьшению тока, соответственно, и затрат.
  • Расход в трансформаторах, имеющий магнитную и электрическую природу ( 1 ). В качестве примера ниже представлена таблица, в которой приводятся данные затрат на трансформаторах напряжения подстанций в сетях 10 кВ.
Потери в силовых трансформаторах подстанций

Нецелевой расход в других элементах не входит в данную категорию, ввиду сложностей таких расчетов и незначительного объема затрат. Для этого предусмотрена следующая составляющая.

  1. Категория условно-постоянных расходов. В нее входят затраты, связанные со штатной эксплуатацией электрооборудования, к таковым относятся:
  • Холостая работа силовых установок.
  • Затраты в оборудовании, обеспечивающем компенсацию реактивной нагрузки.
  • Другие виды затрат в различных устройствах, характеристики которых не зависят от нагрузки. В качестве примера можно привестисиловую изоляцию, приборы учета в сетях 0,38 кВ, змерительные трансформаторы тока, ограничители перенапряжения и т.д.
  1. Климатическая составляющая. Нецелевой расход электроэнергии может быть связан с климатическими условиями характерными для той местности, где проходят ЛЭП. В сетях 6 кВ и выше от этого зависит величина тока утечки в изоляторах. В магистралях от 110 кВ большая доля затрат приходится на коронные разряды, возникновению которых способствует влажность воздуха. Помимо этого в холодное время года для нашего климата характерно такое явление, как обледенение на проводах высоковольтных линий, а также обычных ЛЭП. Гололед на ЛЭП

Учитывая последний фактор, следует учитывать затраты электроэнергии на расплавление льда.

Расходы на поддержку работы подстанций

К данной категории отнесены затраты электрической энергии на функционирование вспомогательных устройств. Такое оборудование необходимо для нормальной эксплуатации основных узлов, отвечающих за преобразование электроэнергии и ее распределение. Фиксация затрат осуществляется приборами учета. Приведем список основных потребителей, относящихся к данной категории:

  • системы вентиляции и охлаждения трансформаторного оборудования;
  • отопление и вентиляция технологического помещения, а также внутренние осветительные приборы;
  • освещение прилегающих к подстанциям территорий;
  • зарядное оборудование АКБ;
  • оперативные цепи и системы контроля и управления;
  • системы обогрева наружного оборудования, например, модули управления воздушными выключателями;
  • различные виды компрессорного оборудования;
  • вспомогательные механизмы;
  • оборудование для ремонтных работ, аппаратура связи, а также другие приспособления.

Коммерческая составляющая

Под данными затратами подразумевается сальдо между абсолютными (фактическими) и техническими потерями. В идеале такая разница должна стремиться к нулю, но на практике это не реально. В первую очередь это связано с особенностями приборов учета отпущенной электроэнергии и электросчетчиков, установленных у конечных потребителей. Речь идет о погрешности. Существует ряд конкретных мероприятий для уменьшения потерь такого вида.

К данной составляющей также относятся ошибки в счетах, выставленных потребителю и хищения электроэнергии. В первом случае подобная ситуация может возникнуть по следующим причинам:

  • в договоре на поставку электроэнергии указана неполная или некорректная информация о потребителе;
  • неправильно указанный тариф;
  • отсутствие контроля за данными приборов учета;
  • ошибки, связанные с ранее откорректированными счетами и т.д.

Что касается хищений, то эта проблема имеет место во всех странах. Как правило, такими противозаконными действиями занимаются недобросовестные бытовые потребители. Заметим, что иногда возникают инциденты и с предприятиями, но такие случаи довольно редки, поэтому не являются определяющими. Характерно, что пик хищений приходится на холодное время года, причем в тех регионах, где имеются проблемы с теплоснабжением.

Различают три способа хищения (занижения показаний прибора учета):

  1. Механический. Под ним подразумевается соответствующее вмешательство в работу прибора. Это может быть притормаживание вращения диска путем прямого механического воздействия, изменение положения электросчетчика, путем его наклона на 45° (для той же цели). Иногда применяется более варварский способ, а именно, срываются пломбы, и производится разбалансирование механизма. Опытный специалист моментально обнаружит механическое вмешательство.
  2. Электрический. Это может быть как незаконное подключение к воздушной линии путем «наброса», метод инвестирования фазы тока нагрузки, а также использование специальных приборов для его полной или частичной компенсации. Помимо этого есть варианты с шунтированием токовой цепи прибора учета или переключение фазы и нуля.
  3. Магнитный. При данном способе к корпусу индукционного прибора учета подносится неодимовый магнит.
Магнит может воздействовать только некоторые старые модели электросчетчиков

Практически все современные приборы учета «обмануть» вышеописанными способами не удастся. Мало того, подобные попытки вмешательства могут быть зафиксированы устройством и занесены в память, что приведет к печальным последствиям.

Понятие норматива потерь

Под данным термином подразумевается установка экономически обоснованных критериев нецелевого расхода за определенный период. При нормировании учитываются все составляющие. Каждая из них тщательно анализируется отдельно. По итогу производятся вычисления с учетом фактического (абсолютного) уровня затрат за прошедший период и анализа различных возможностей, позволяющих реализовать выявленные резервы для снижения потерь. То есть, нормативы не статичны, а регулярно пересматриваются.

Под абсолютным уровнем затрат в данном случае подразумевается сальдо между переданной электроэнергией и техническими (относительными) потерями. Нормативы технологических потерь определяются путем соответствующих вычислений.

Кто платит за потери электричества?

Все зависит от определяющих критериев. Если речь идет о технологических факторах и расходах на поддержку работы сопутствующего оборудования, то оплата потерь закладывается в тарифы для потребителей.

Совсем по иному обстоит дело с коммерческой составляющей, при превышении заложенной нормы потерь, вся экономическая нагрузка считается расходами компании, осуществляющей отпуск электроэнергии потребителям.

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Снизить затраты можно путем оптимизации технической и коммерческой составляющей. В первом случае следует принять следующие меры:

  • Оптимизация схемы и режима работы электросети.
  • Исследование статической устойчивости и выделение мощных узлов нагрузки.
  • Снижение суммарной мощности за счет реактивной составляющей. В результате доля активной мощности увеличится, что позитивно отразится на борьбе с потерями.
  • Оптимизация нагрузки трансформаторов.
  • Модернизация оборудования.
  • Различные методы выравнивания нагрузки. Например, это можно сделать, введя многотарифную систему оплаты, в которой в часы максимальной нагрузки повышенная стоимость кВт/ч. Это позволит существенно потребление электроэнергии в определенные периоды суток, в результате фактическое напряжение не будет «проседать» ниже допустимых норм.

Уменьшить коммерческие затраты можно следующим образом:

  • регулярный поиск несанкционированных подключений;
  • создание или расширение подразделений, осуществляющих контроль;
  • проверка показаний;
  • автоматизация сбора и обработки данных.

Методика и пример расчета потерь электроэнергии

На практике применяют следующие методики для определения потерь:

  • проведение оперативных вычислений;
  • суточный критерий;
  • вычисление средних нагрузок;
  • анализ наибольших потерь передаваемой мощности в разрезе суток-часов;
  • обращение к обобщенным данным.

Полную информацию по каждой из представленных выше методик, можно найти в нормативных документах.

В завершении приведем пример вычисления затрат в силовом трансформаторе TM 630-6-0,4. Формула для расчета и ее описание приведены ниже, она подходит для большинства видов подобных устройств.

Расчет потерь в силовом трансформаторе

Для понимания процесса следует ознакомиться с основными характеристиками TM 630-6-0,4.

Параметры TM 630/6/0,4

Теперь переходим к расчету.

Итоги расчета

Список использованной литературы

  • Ю. Железко «Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов» 2009
  • Поспелов Г.Е. «Потери мощности и энергии в электрических сетях» 1981
  • Шведов Г.В., Сипачева О.В., Савченко О.В. «Потери электроэнергии при ее транспорте по электрическим сетям: расчет, анализ, нормирование и снижение» 2013
  • Фурсанов М.И. «Определение и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем» 2005

что это такое, виды, методика расчета

Мы привыкли считать, что потери электрической энергии происходят в проводниках из-за сопротивления. Это верно, но существуют ещё диэлектрические потери. Они хоть и незначительны, но при определённых условиях их влияние может оказаться ощутимым. О потерях энергии в диэлектрической среде первыми обеспокоились энергетики, применявшие в качестве диэлектрика трансформаторное масло.

Что такое диэлектрические потери?

Применение электроизоляционных материалов основано на том, что они препятствуют электрическому току преодолевать некоторое пространство, ограниченное изолятором. Идеальный изолятор должен абсолютно исключить условия для проводимости электрического тока. К сожалению, в природе не существует таких материалов. Таких диэлектриков также не сумели создать в лабораторных условиях.

Теоретически можно обосновать существование идеальных изоляторов, но синтезировать на практике такие вещества не реально, так как даже ничтожно малая доля примесей образует диэлектрическую проницаемость. Иначе говоря, рассеяния энергии в диэлектрической среде будут наблюдаться всегда. Речь может идти об усилиях, направленных на уменьшение таких потерь.

Исходя из того, что часть электроэнергии неизбежно теряется в изоляторе, был введён термин «диэлектрические потери» – необратимый процесс преобразования в теплоту энергии электрического поля, пронизывающего диэлектрическую среду, То есть, это электрическая мощность, направленная на нагревание изоляционного материала, пребывающего в зоне действия электрического поля.

Значение потерь определяется как отношение активной мощности к реактивной. Обычно активная мощность, потребляемая диэлектриком очень мала, по сравнению с реактивной мощностью. Это значит, что искомая величина тоже будет мизерной – сотые доли от единицы. Для вычислений используют величину «тангенс угла», выраженную в процентах.

Электрическую характеристику, выражающую рассеивающее свойство диэлектрика, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. При расчётах принято считать, что диэлектрик является изоляционным материалом конденсатора, меняющего ёмкость и дополняющий до 90º угол сдвига фаз φ, образованный векторами напряжения и тока в цепи. Данный угол обозначают символом δ и называют углом рассеивания, то есть, диэлектрических потерь. Величина, численно равна тангенсу данного угла ( tgδ ), это и есть та самая характеристика диэлектрического нагрева.

tgδ применяется в расчётах для определения величины рассеиваемой мощности по соответствующей формуле. Поэтому его вычисление имеет практическое значение. Введение понятия тангенса угла позволяет вычислять относительные значения диэлектрических потерь. А это позволяет сравнивать по качеству различные изоляторы.

Именно этот показатель или просто угол δ производители трансформаторных масел указывают на упаковке своей продукции. По величине угла ( tg δ ) можно судить о качестве изолятора: чем меньше угол δ, тем высшие диэлектрические свойства проявляет изоляционный материал.

Методика расчета

Составим схему, в которой включен конденсатор с диэлектриком. При этом активная мощность в данной схеме должна соответствовать мощности, рассеиваемой в диэлектрике рассматриваемого конденсатора, а угол сдвига, образованный векторами тока и напряжения, должен равняться углу сдвига в конденсаторе. Такие условные схемы с последовательным и параллельным включением активного сопротивления представлены на рис. 1. На этой же картинке построены векторные диаграммы для каждой схемы.

Рис. 1. Эквивалентные схемы диэлектрикаРис. 2. Формулы для расчета

Значения символов понятны из рисунка 1.

Заметим, что в качественных диэлектриках величина  tgδ  очень мала, поэтому ею можно пренебречь. Тогда каждая из формул для вычисления диэлектрических потерь приобретёт вид: Pa = U2*ω*C*tδ. Если напряжение в этой формуле выразить в вольтах, угловую частоту ( ω ) в с-1, а ёмкость C в фарадах, то получим мощность ( P) в ваттах.

Очевидно, что параметры вычислений на основании приведённых схем зависят от частоты. Из этого следует, что вычислив параметры диэлектриков на одной частоте, их нельзя автоматически переносить для расчётов в других диапазонах частот.

Механизмы потерь по-разному проявляются в твёрдых, жидких и газообразных веществах. Рассмотрим природу рассеяний в этих диэлектриках.

Диэлектрические потери в разных диэлектриках

В газах

Для газообразных веществ или их включений в материалах диэлектрика характерны ионизационные потери при определённых условиях: когда молекулы газа ионизируются. Например, ионизация газов происходит во время электрических пробоев сквозным током. При этом молекулы газа превращаются в ионы, создавая токопроводящий канал с максимумом напряженности. В результате диэлектрические потери лавинообразно возрастают, стремясь к максимуму tg угла.

При таких диэлектрических потерях мощность стремительно растёт: Ри = А1 f (U – Uи)3, где А1постоянная, зависящая от вида вещества, f — частота поля, а символами U, Uиобозначено приложенное напряжение и напряжение ионизации, зависящее от давления газа.

Если величина напряжения Uи не достигает порога, необходимого для запуска процесса ударной ионизации, то нагревание диэлектрика является незначительным, потому что, при поляризации, пространственная ориентация дипольных молекул в газах не влияет на электропроводность. Поэтому газы – самые лучшие диэлектрики, с низкими потерями, особенно в диапазоне высоких частот.

Зависимость тангенса угла рассеивания мощности в диэлектриках с газовыми включениями, иллюстрирует график на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость тангенса угла потерь

В жидких диэлектриках

Наличие диэлектрических потерь в жидкостях, в основном зависят от их полярности. В среде неполярных диэлектриков рассеяния обусловлены электропроводностью. При наличии в жидких веществах примесей дипольных молекул (так называемые полярные жидкости), рассеивание мощности может быть значительным. Это связано с повышением электропроводности, в результате дипольно-релаксационной поляризации.

Жидкие полярные изоляторы имеют выраженную зависимость потерь от вязкости. Поворачиваясь под действием магнитного поля в вязкой среде, диполи, в результате трения, нагревают её. Рассеиваемая мощность жидкого диэлектрика возрастает до тех пор, пока механизмы поляризации успевают за изменениями электрического поля. При достижении максимума поляризации  процесс стабилизируется.

В твердых веществах

Высокочастотные диэлектрики с неполярной структурой обладают небольшим tg δ. К ним относятся качественные материалы:

  • сера;
  • полимеры;
  • парафин и некоторые другие.

Потери у диэлектриков с полярной молекулой более значительны. К таким материалам можно отнести:

  • органические стёкла;
  • эбонит и другие каучуковые вещества;
  • полиамиды;
  • целлюлозосодержащие материалы;
  • фенолоформальдегидные смолы.

Керамические диэлектрики без примесей имеют плотную ионно-решётчатую структуру. У них высокое удельное сопротивление. а значение tg δ таких материалов не превышает величины 10-3.

Вещества с неплотным расположением ионов обладают ионной поляризацией. У них наблюдается также электронно-поляризационная поляризация. tg δ этих диэлектриков ещё выше – от 10-2.

Сегнетоэлектрики и вещества со сложными неоднородными структурами, такие как текстолит, пластмассы, гетинакс и другие, имеют  tg δ > 0,1.

Рассеивание мощности в результате сквозной электропроводимости происходит во всех диэлектриках. Однако потери становятся ощутимыми лишь при частотах от 50 до 1000 Гц, в температурном режиме более 100 ºC. Высокое переменное напряжение, как и удельное сопротивление также влияет на величину рассеивания.

Виды диэлектрических потерь

В зависимости от электрических свойств различных видов диэлектриков различают следующие виды диэлектрических потерь, сопровождающихся нагревом диэлектрика:

  • ионизационные потери, наблюдаемые в газах;
  • релаксационные потери в жидких (вязких) диэлектриках, в результате релаксационной поляризации;
  • рассеяние в веществах, имеющих дипольную поляризацию;
  • поляризационное рассеивание в веществах, имеющих сквозную электропроводность;
  • высокочастотные резонансные потери;
  • диэлектрические потери, вызванные неоднородностью структуры твердых диэлектриков.

Диэлектрические вещества по-разному ведут себя при различных температурах, при постоянном или переменном токе. Максимумы потерь происходят при достижении определённого порога температуры. Этот порог индивидуален для каждого вещества. Тангенс угла δ зависит также от приложенного напряжения (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость тангенса угла  от напряжения

Чем измерить?

Рассчитывать потери диэлектриков по формуле не очень удобно. Часто величину tg производители определяют опытным путём и указывают на упаковках или в справочниках.

Существуют специальные измерительные приборы, такие как «ИПИ – 10» (производитель Tettex), «Тангенс – 3М» или измеритель «Ш2», позволяющие с высокой точностью определить уровень рассеивания в диэлектриках либо найти тангенс угла рассеяния. Устройства довольно компактны и просты в работе. С их помощью можно исследовать свойства твёрдых и жидких веществ на предмет диэлектрических потерь.

Пример определения потери напряжения в линии 10 кВ

В данной статье я буду рассматривать 2 примера определения потери напряжения в воздушной линии 10 кВ, когда нагрузка подключена в конце линии и с несколькими нагрузками вдоль линии.

Пример 1 – Определение потери напряжения, когда нагрузка подключена в конце линии

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cosϕ = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

где:

  • γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
  • s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

где:

  • ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25 [Л1.с.420]:

где:

  • Дср. – среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;
  • d = 6,40 мм – диаметр провода, для марки провода А-25. Значение диаметра провода можно определить по ГОСТ 839-80  – «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 – 4. В данном расчете я привожу значение диаметра провода, только для провода марки А, для остальных марок проводов значения диаметров проводов вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТе;
  • µ — относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 103 и даже больше.

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ, зная cosϕ:

4. Определяем потерю напряжения в линии [Л1.с.422]:

Пример 2 – Определение потери напряжения с несколькими нагрузками вдоль линии

Определить потерю напряжения в трехфазной сети 10 кВ, изображенной на рис.1. Сеть выполнена воздушной линией с алюминиевыми проводами марки А-35 сечением 35 мм2 на участке А-Б и проводами марки А-25 сечением 25 мм2 на участке Б-В. Расстояние между фазами равно 600 мм. Соответствующая нагрузка, коэффициент мощности cosϕ в ответвлениях, а также длины участков сети указаны на схеме.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-35 на участке А-Б:

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-35 [Л1.с.420]:

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 35 + 600 = 1235 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ1, зная cosϕ1:

4. Значения активного и индуктивного сопротивления для марки провода А-25 берем из примера 1: r02 = 1,26 Ом/км; х02 = 0,256 Ом/км; tgϕ2 = 0,75.

5. Определяем суммарную потерю напряжения в линии 10 кВ [Л1.с.422] :

где:

  • Uном. – номинальное напряжение, В;
  • r01, x01, r02, x02 – активные и индуктивные сопротивления трехфазных линий, Ом/км;
  • Р1,Р2 – мощности в ответвлениях, кВт;
  • L1,L2 – длины от начала линии до соответствующего ответвления, км;
  • tgϕ1, tgϕ2 – коэффициент мощности;

Литература:

1. Основы проектирования систем электроснабжения. Маньков В.Д. 2010 г.
2. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Пример определения потерь электроэнергии в линии

Определить потери электроэнергии за год в трехфазной воздушной линии напряжением 6 кВ, питающее промышленное предприятие с трехсменной работой.

Исходные данные:

  • Номинальное напряжение линии – Uном. = 6 кВ;
  • Длина линии – l = 8,2 км;
  • Марка провода — АС95;
  • Максимальная мощность, передаваемая по линии – Рмакс. = 830 кВт;
  • Коэффициент мощности – cosϕ = 0,8.

Решение

Потери электроэнергии для проектируемого объекта можно рассчитать двумя способами или по величине среднеквадратичного тока Iср с учетом времени включения линии Тв, или по максимальному току Iмакс. при времени потерь τ.

Вариант I

1. Определяем общее активное сопротивление линии:

R = r0*l = 0,33*8,2 = 2,7 Ом

где: r0 = 0,33 Ом/км – активное сопротивление провода АС95, определяется по таблице 1.11 [Л2, с.17].

2. Определяем годовой расход при максимальной нагрузке по выражению 4.52 [Л1, с. 116]:

W = Tмакс.*Рмакс. = 6000*830 = 4980*103 кВт*ч

3. Определяем среднеквадратичный ток, который представляет собой эквивалентный ток, который, проходя за время Тв (сутки, месяц, год), вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и действительный, изменяющийся за то же время ток, по выражению 4.46-4.47 [Л1, с. 115]:

где:

  • kф = 1,05-1,1 – коэффициент формы определяется с достаточной для практических расчетов точностью по данным проектных организаций при любом числе (более двух) токоприемников с длительным режимом работы и числом токоприемников более двадцати с повторно-кратковременным режимом.
  • Тв = 8760 ч – время включение линии за год.

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.48 и 4.49 [Л1, с. 115]:

5. Определяем потери активной электроэнергии в процентном соотношении:

Вариант II

Потерю электроэнергии можно определить иным способ, если известен годовой расход электроэнергии W = 4980*103 кВт*ч.

1. Определяем время использования максимума нагрузки Тмакс. исходя из характера производства и сменности работы потребителя составляет в среднем в год (ч) согласно [Л1, с. 116]:

  • Для осветительных нагрузок – 1500 – 2000;
  • Для односменных предприятий – 1800 – 2500;
  • Для двухсменных предприятий – 3500 – 4500;
  • Для трехсменных предприятий – 5000 – 7000;

Принимаем Тмакс. = 6000 ч – для трехсменных предприятий.

2. По графику, представленному на рис.4.8 [Л1, с. 116] определяем время потерь τ = 4700 ч, исходя из cosϕ = 0,8 и времени использования максимума нагрузки Тмакс. = 6000 ч.

3. Определяем максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год) по выражению 4.53 [Л1, с. 117]:

4. Определяем потери электроэнергии за год по выражению 4.54 [Л1, с. 115]:

Как мы видим в данном случае результаты расчетов совпали, но может так получится, что у вас результаты расчетов могут не много отличатся друг от друга, связано это с погрешностью при определении времени потерь τ и коэффициента формы kф.

Литература:

  1. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Третье издание. Б.Ю. Липкин. 1981 г.
  2. Справочник по проектированию электроснабжению. Ю.Г. Барыбина. 1990 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

рассчитываем потери и уменьшаем затраты

Для работы электроприборов необходимы определённые параметры сети. Провода обладают сопротивлением электрическому току, поэтому при выборе сечения кабелей необходимо учитывать падение напряжения в проводах.

Изменение напряжения вдоль линии

Что такое падение напряжения

При измерении в разных частях провода, по которому течёт электрический ток, по мере движения от источника к нагрузке наблюдается изменение потенциала. Причина этого – сопротивление проводов.

Закон Ома

Как замеряется падение напряжения

Измерить падение можно тремя способами:

  • Двумя вольтметрами. Замеры производятся в начале и конце кабеля;
  • Поочерёдно в разных местах. Недостаток метода в том, что при переходах может измениться нагрузка или параметры сети, что повлияет на показания;
  • Одним прибором, подключённым параллельно кабелю. Падение напряжения в кабеле мало, а соединительные провода большой длины, что приводит к погрешностям.

Важно! Падение напряжения может составлять от 0,1В, поэтому приборы используются класса точности не ниже 0,2.

Принцип замера потерь напряжения в кабеле

Сопротивление металлов

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах это движение свободных электронов сквозь кристаллическую решётку, которая оказывает сопротивление этому движению.

В расчетах удельное сопротивление обозначается буквой “p” и соответствует сопротивлению одного метра провода сечением 1мм².

Для самых распространённых металлов, используемых для изготовления проводов, меди и алюминия, этот параметр равен 0,017 и 0,026 Ом*м/мм², соответственно. Сопротивление отрезка провода вычисляется по формуле:

R=(p*l)/S, где:

  • l – длина,
  • S – сечение кабеля.

Например, 100 метров медного провода сечением 4мм² имеет сопротивление 0,425 Ом.

Если сечение S неизвестно, то, зная диаметр проводника, оно рассчитывается как:

S=(π*d²)/4, где:

  • π – число “пи” (3,14),
  • d – диаметр.

Как рассчитать потери напряжения

По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём появляется разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.

Для нормальной работы электрооборудования величина напряжения сети не должна выходить за пределы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.

При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение возле потребителя меняется. Эти колебания необходимо учитывать при проектировании электроснабжения.

Выбор по допустимым потерям

При расчёте потерь необходимо учитывать, что в однофазной сети используется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения меняется:

U=I*R=(p*2l)/S.

В трёхфазной сети ситуация сложнее. При равномерной нагрузке, например, в электродвигателе, мощности, подключенные к фазным проводам, компенсируют друг друга, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.

Если нагрузка неравномерная, как в электроплитах, в которых может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазной сети.

В линиях большой протяжённости, кроме активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.

Принцип образования потерь напряжения

Расчёт можно выполнить по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазной сети и при расстоянии 100 метров необходимое сечение составит не менее 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².

Выбор сечения кабелей по нагреву

Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:

Р=I²*R.

В кабеле из предыдущего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Несмотря на длину, этого достаточно для того, чтобы нагреть проводник.

При нагреве провода свыше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к короткому замыканию. Величина допустимого тока зависит от материала токопроводящей жилы, изоляции и условий прокладки. Для выбора необходимо пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькулятором.

Как уменьшить падение напряжения в кабеле

При прокладке электропроводки на большие расстояния сечение кабеля, выбранное по допустимому падению напряжения, многократно превосходит выбор, сделанный по нагреву, что приводит к увеличению стоимости электроснабжения. Но есть способы уменьшить эти расходы:

  • Повысить потенциал в начале питающего кабеля. Возможно только это при подключении к отдельному трансформатору, например, в дачном посёлке или микрорайоне. При отключении части потребителей потенциал в розетках остальных окажется завышенным;
  • Установка возле нагрузки стабилизатора. Это требует расходов, но гарантирует постоянные параметры сети;
  • При подключении нагрузки 12-36В через понижающий трансформатор или блок питания располагать их рядом с потребителем.

Справка. При понижении напряжения растёт ток в сети, падение напряжения и необходимое сечение проводов.

Способы снижения потерь в кабеле

Кроме нарушения нормальной работы электроприборов, падение напряжения в проводах приводит к дополнительным расходам на электроэнергию. Уменьшить эти затраты можно разными способами:

  • Увеличение сечения питающих проводов. Этот метод требует значительных расходов на замену кабелей и тщательной проверки экономической целесообразности;
  • Уменьшение длины линии. Прямая, соединяющая две точки, всегда короче кривой или ломаной линии. Поэтому при проектировании сетей электроснабжения линии следует прокладывать максимально коротким прямым путём;
  • Снижение окружающей температуры. При нагреве сопротивление металлов растёт, и увеличиваются потери электроэнергии в кабеле;
  • Уменьшение нагрузки. Этот вариант возможен при наличии большого числа потребителей и источников питания;
  • Приведение cosφ к 1 возле нагрузки. Это уменьшает потребляемый ток и потери.

Важно! Все изменения необходимо отображать на схемах.

К сведению. Улучшение вентиляции в кабельных лотках и других конструкциях приводит к снижению температуры, сопротивления и потерь в линии.

Для достижения максимального эффекта необходимо комбинировать эти способы между собой и с другими методами энергосбережения.

Расчёт падения напряжения и потерь электроэнергии в кабеле важен при проектировании систем электроснабжения и кабельных линий.

Видео

Что такое потери при понижении напряжения? - База знаний HelioScope

Хотя мы часто разрабатываем «стандартную» температуру, реальные рабочие температуры различаются и могут быть очень высокими. Рабочие температуры часто варьируются на 40 ° и более, в то время как в технических данных предполагается умеренная температура 25 ° C (72 ° F).

По этой причине разработчики часто выбирают для проектирования значения NOCT для более консервативной оценки производства.Массивы с типичными значениями Voc, разработанными для NOCT, приводят к немедленному сокращению производства на 8%, но при этом не учитывают потери в жаркие дни. Это означает, что энергия все равно будет теряться в те дни, когда температура выше температуры STC.

Чтобы избежать потерь из-за пониженного напряжения в течение всего срока реализации проекта, может быть полезно включить расчетный буфер, по крайней мере, на 10-15% больше минимально необходимого напряжения.

Когда модули выходят из строя, потеря мощности происходит из-за напряжения.Это означает, что если конструкция уже подвержена риску ограничения пониженного напряжения, эти потери со временем усугубятся и будут увеличиваться вдобавок к потерям от деградации. В приведенном здесь примере с «типичными» потерями из-за деградации ограничение пониженного напряжения достигает 10% в год 10 и почти 22% в год 20.

Год
Моделируемые потери от деградации Потери пониженного напряжения Деградация X Пониженное напряжение
1 0% 0.3% 0,3%
2 3% 1,1% 4,1%
5 5% 2,2% 7,1%
10 7,5% 5,2% 12,3%
15 10% 9,8% 18,8%
20 12.5% 14,5% 25,2%
25 15% 21,6% 33,4%

Что такое падение напряжения? (с изображением)

Падение напряжения - это термин, используемый для описания любого снижения напряжения питания в полной электрической цепи. Термин может использоваться для описания потери напряжения на конкретном компоненте в цепи, потери напряжения, измеренной во всей цепи, или как общее описание явления потери напряжения в цепи в целом.Все электрические цепи, какими бы простыми они ни были, оказывают определенное сопротивление прохождению через них электрического тока. Это сопротивление фактически заставляет электрический ток работать сильнее и, таким образом, поглощает энергию. Этот расход энергии является причиной снижения напряжения, описываемого термином «падение напряжения».

Для измерения падения напряжения можно использовать мультиметр.

Например, простую схему можно составить из 9-вольтовой батареи, присоединенной к простой лампочке-вспышке с помощью небольшого переключателя. Если бы нужно было измерить напряжение на клеммах батарей при разомкнутом переключателе, показания мультиметра составили бы примерно 9 вольт. Если бы кто-то замкнул выключатель и зажег лампочку, это показание упало бы примерно на 1,5 вольт. Это снижение напряжения называется падением напряжения и возникает в результате работы, которую должна выполнять батарея, чтобы зажечь лампочку.Каждый компонент в цепи, включая проводку, оказывает определенное сопротивление потоку электрического тока и вызывает соответствующее падение напряжения.

В приложениях, которые чрезвычайно чувствительны к напряжению питания, таких как электронные устройства, эти потери напряжения должны быть тщательно рассчитаны, а напряжение питания должно быть отрегулировано с учетом их.Например, источник постоянного тока на 12 вольт (DC) обычно выдает на выходе 13,8 вольт для компенсации этого явления падения напряжения. В приложениях, требующих очень длинных кабелей, обычно используются довольно тяжелые кабели, которые имеют меньшее сопротивление прохождению электрического тока, чтобы минимизировать влияние потерь напряжения. Таким образом, общая потенциальная потеря напряжения в любой цепи должна быть тщательно рассчитана на этапе проектирования и спецификации проекта, чтобы гарантировать, что конечный результат соответствует всем требованиям.

Любую потерю напряжения в цепи, к счастью, можно с большой точностью рассчитать по формуле падения напряжения. Это позволяет достичь стабильных и предсказуемых результатов в конце установки. Эти расчеты будут отличаться в зависимости от типа цепи, источника напряжения и задействованных компонентов и могут быть чрезвычайно сложными, часто требуя использования калькулятора падения напряжения.Однако они предполагают точную настройку характеристик источника питания с учетом сопротивления цепи.

Что означают вольт, ампер, ом и ватт?

Стандартные единицы измерения установлены официальной организацией, которая занимается стандартизацией международных весов и измерений, гарантируя, что во всем мире используются одни и те же стандарты веса и измерения.Французская организация называется Bureau International des Poids et Mesures или BIPM, что в переводе на английский означает Международное бюро мер и весов. Определения на этой странице взяты из официальных определений, которые можно найти в Международной системе единиц BIPM, или SI. Ссылки и ссылки включены для каждого определенного термина, который относится к информации, предоставленной BIPM.

Пожалуйста, свяжитесь с администратором веб-сайта, если вы считаете, что информация, которую вы видите на этой странице, неточна, чтобы мы своевременно устраняли любые проблемы.Спасибо.

Что такое вольт?

Вольт - это единица измерения электрического потенциала, также известная как электродвижущая сила, и представляет собой «разность потенциалов между двумя точками проводящего провода, по которому проходит постоянный ток в 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая между этими точками, равна 1. ватт." [1] Другими словами, потенциал в один вольт появляется на сопротивлении в один Ом, когда через это сопротивление протекает ток в один ампер. Вольты могут быть выражены в основных единицах СИ следующим образом: 1 В = 1 кг умножить на m 2 умножить на s -3 умножить на A -1 (килограмм-метр в квадрате в секунду в кубе на ампер), или...

Что такое напряжение?

«Напряжение» (В) - это потенциал движения энергии, аналогично давлению воды. Характеристики напряжения подобны характеристикам воды, протекающей по трубам. Это известно как «аналогия с потоком воды», которую иногда используют для объяснения электрических цепей, сравнивая их с замкнутой системой заполненных водой труб или «водяным контуром», который нагнетается насосом. На изображении ниже показано, как работают напряжение и электрический ток...

Ток (I) - это скорость потока, измеряемая в амперах (A). Ом (R) - это мера сопротивления, аналогичная размеру водопровода. Ток пропорционален диаметру трубы или количеству воды, текущей при этом давлении.

Напряжение - это выражение доступной энергии на единицу заряда, которая управляет электрическим током по замкнутой цепи в электрической цепи постоянного тока (DC). Увеличение сопротивления, сравнимое с уменьшением размера трубы в водяном контуре, пропорционально уменьшит ток или поток воды в водяном контуре, который приводится в действие через контур под действием напряжения, которое сопоставимо с гидравлическим давлением в водяном контуре. .

Соотношение между напряжением и током определяется (в омических устройствах, например, резисторах) законом Ома. Закон Ома аналогичен уравнению Хагена – Пуазейля, поскольку оба являются линейными моделями, связывающими поток и потенциал в своих соответствующих системах. Электрический ток (I) - это скорость потока, измеряемая в амперах (A). Ом (R) - это мера сопротивления, сопоставимая с размером водопровода.

Что такое усилитель?

«Ампер», сокращенно от «ампер», представляет собой единицу электрического тока, которую СИ определяет в терминах других основных единиц путем измерения электромагнитной силы между электрическими проводниками, несущими электрический ток.Ампер - это тот постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10 −7 ньютонов на метр длины. [2]

Что такое сила тока?

«Сила тока» - это сила электрического тока, выраженная в амперах.

Что такое ом?

«Ом» - единица электрической цепи, которая определяется как электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в один вольт, приложенная к этим точкам, вызывает в проводнике ток в один ампер, проводник не являясь местом действия какой-либо электродвижущей силы. [3] Ом выражается как ...

Что такое ватт?

«Ватт» - это мера мощности. Один ватт (Вт) - это скорость, с которой выполняется работа, когда один ампер (А) тока проходит через разность электрических потенциалов в один вольт (В). Ватт можно выразить как ...

Как все эти термины относятся к солнечной энергии?

Важно знать термины и формулы на этой странице, потому что они помогают при расчете количества энергии и размера солнечной энергосистемы, вне зависимости от того, является ли она автономной или подключенной к сети.

Есть еще формула мощности. В этой формуле P - мощность, измеренная в ваттах, I - ток, измеренный в амперах, и V, - разность потенциалов (или падение напряжения) на компоненте, измеренная в вольтах. это также отображается как W = V * A или ватты равны вольтам, умноженным на амперы.

Давайте переупорядочим эту формулу для примера:

  • Вт = В * А
  • В = Вт / д
  • А = W / V

Этот пример покажет, почему более высокое напряжение постоянного тока лучше всего в больших солнечных системах.

Допустим, у вас есть 1000 Вт нагрузки для работы. Это равно:

  • 83,3 А при 12 В
  • 41,6 А при 24 В
  • 20,8 А при 48 В
  • 8,3 А при 120 В
  • 4,1 ампера при 240 вольт

Знание того, какой ток течет к вашей нагрузке, очень важно при выборе правильного провода. Мы принимаем во внимание расстояние для расчета потерь напряжения. В идеале мы не хотим превышать 3% потери напряжения.Другая половина этого расчета - текущая. Вам понадобится провод большего диаметра, чтобы пропустить больше тока. Если у вас есть выбор, лучше всего подойдет более высокое напряжение.

Эти формулы также полезны при расчете мощности переменного тока (переменного тока) для определения размера инвертора, который преобразует электричество постоянного тока от солнечной батареи в переменный ток, который затем можно использовать для питания освещения и бытовых приборов в домах и на предприятиях. Приборы имеют лицевую панель, на которой указаны все электрические данные. Предположим, у вас есть микроволновая печь.Производитель указывает требования к току в электрических характеристиках лицевой панели, которая обычно прикрепляется к задней части духовки. Допустим, на лицевой панели указано 8,3 ампер. Чтобы рассчитать ватт, умножьте 8,3 ампера на домашнее напряжение 120 вольт. Это равно 996 Вт.

Теперь давайте посчитаем, сколько энергии микроволновая печь будет использовать за один день. Если вы используете микроволновую печь 2 часа в день, умножьте количество часов в день на ватты, чтобы получить ватт-часы в день. Итак, у вас есть 996 ватт, умноженное на 2 часа, что равняется 1992 ватт-часам в день.

При определении размеров солнечной энергосистемы эта формула необходима для определения общей мощности, которую вы используете в день.

Ватт = Ампер x Вольт

Вольт = Ватт / Ампер

Амперы = Ватты / Вольт

Сноски
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *