Straty a poklesy napätia - aké sú rozdiely

V bežnom ľudskom živote sa slová „strata“ a „pád“ používajú na označenie skutočnosti poklesu určitých úspechov, ale znamenajú inú hodnotu.

V tomto prípade „straty“ znamenajú stratu dielu, poškodenie, zmenšenie veľkosti predtým dosiahnutej úrovne. Straty sú nežiaduce, ale môžete ich tolerovať.

Slovo „pád“ sa chápe ako závažnejšia ujma spojená s úplným zbavením práv. Teda aj občas sa vyskytujúce straty (povedzme portfólio) v priebehu času môžu viesť k poklesu (napríklad úrovne materiálneho života).

V tejto súvislosti zvážime túto otázku vo vzťahu k napätiu elektrickej siete.

Ako vznikajú straty a poklesy napätia

Elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti nadzemným vedením z jednej rozvodne do druhej.

Nadzemné vedenia sú určené na prenos prípustného výkonu a sú vyrobené z kovových drôtov určitého materiálu a prierezu. Vytvárajú odporovú záťaž s hodnotou odporu R a reaktívnou záťažou X.

Na prijímacej strane stojí transformátorkonverzia elektriny.Jeho cievky majú aktívny a výrazný indukčný odpor XL. Sekundárna strana transformátora znižuje napätie a prenáša ho ďalej k spotrebiteľom, ktorých záťaž je vyjadrená hodnotou Z a je aktívneho, kapacitného a indukčného charakteru. To ovplyvňuje aj elektrické parametre siete.

Napätie aplikované na vodiče podpery nadzemného vedenia, najbližšie k rozvodni na prenos energie, prekonáva jalový a aktívny odpor obvodu v každej fáze a vytvára v ňom prúd, ktorého vektor sa odchyľuje od vektora aplikované napätie o uhol φ.

Povaha rozloženia napätí a toku prúdov pozdĺž vedenia pre režim symetrického zaťaženia je znázornená na fotografii.

Keďže každá fáza linky napája iný počet spotrebiteľov, ktorí sú tiež náhodne odpojení alebo zapojení do práce, je technicky veľmi náročné dokonale vyvážiť fázovú záťaž. Vždy je v ňom nerovnováha, ktorá je určená vektorovým sčítaním fázových prúdov a zapísaná ako 3I0. Vo väčšine výpočtov sa to jednoducho ignoruje.

Energia spotrebovaná vysielacou rozvodňou sa čiastočne spotrebuje na prekonanie odporu vedenia a dostane sa na prijímaciu stranu s malými zmenami. Táto frakcia je charakterizovaná stratou a poklesom napätia, ktorých amplitúda vektora mierne klesá a v každej fáze je posunutá o uhol.

Ako sa počítajú straty a pokles napätia

Na pochopenie procesov prebiehajúcich pri prenose elektriny je vektorová forma vhodná na znázornenie hlavných charakteristík. Na tejto metóde sú založené aj rôzne matematické metódy výpočtu.

Pre zjednodušenie výpočtov v trojfázový systém je reprezentovaný tromi jednofázovými ekvivalentnými obvodmi. Táto metóda funguje dobre so symetrickým zaťažením a umožňuje analyzovať procesy, keď je narušená.

Vo vyššie uvedených diagramoch sú aktívne R a reaktancia X každého vodiča vedenia zapojené do série s komplexným zaťažovacím odporom Zn charakterizovaným uhlom φ.

Okrem toho sa vykonáva výpočet straty napätia a poklesu napätia v jednej fáze. Ak to chcete urobiť, musíte zadať údaje. Na tento účel sa vyberie rozvodňa, ktorá prijíma energiu, kde už musí byť stanovené prípustné zaťaženie.

Hodnota napätia akéhokoľvek vysokonapäťového systému je už uvedená v referenčných knihách a odpory drôtov sú určené ich dĺžkou, prierezom, materiálom a konfiguráciou siete. Maximálny prúd v obvode je nastavený a obmedzený vlastnosťami vodičov.

Preto na spustenie výpočtov máme: U2, R, X, Z, I, φ.

Vezmeme jednu fázu, napríklad «A» a oddelíme pre ňu v komplexnej rovine vektory U2 a I, posunuté o uhol φ, ako je znázornené na obrázku 1. Potenciálny rozdiel v aktívnom odpore vodiča sa zhoduje v smere s prúdom a vo veľkosti je určený z výrazu I ∙ R. Tento vektor odložíme z konca U2 (obr. 2).

Rozdiel potenciálov v reaktancii vodiča sa líši od smeru prúdu o uhol φ1 a vypočítame ho zo súčinu I ∙ X. Odložíme ho od vektora I ∙ R (obr. 3).

Pripomienky: pre kladný smer otáčania vektorov v komplexnej rovine sa vykonáva pohyb proti smeru hodinových ručičiek. Prúd pretekajúci cez indukčnú záťaž zaostáva za aplikovaným napätím o uhol.

Obrázok 4 znázorňuje vynesenie vektorov rozdielu potenciálov na celkovom odpore vodiča I ∙ Z a napätí na vstupe obvodu U1.

Teraz môžete porovnať vstupné vektory s ekvivalentným obvodom a naprieč záťažou. Za týmto účelom umiestnite výsledný diagram vodorovne (obr. 5) a nakreslite oblúk od začiatku s polomerom modulu U1, kým sa nepretne so smerom vektora U2 (obr. 6).

Obrázok 7 zobrazuje zväčšenie trojuholníka pre väčšiu prehľadnosť a kreslenie pomocných čiar, označujúcich charakteristické body priesečníka s písmenami.

V spodnej časti obrázku je znázornené, že výsledný vektor ac sa nazýva úbytok napätia a ab sa nazýva strata. Líšia sa veľkosťou a smerom. Ak sa vrátime k pôvodnej mierke, uvidíme, že ac sa získa ako výsledok geometrického odčítania vektorov (U2 od U1) a ab je aritmetika. Tento proces je znázornený na obrázku nižšie (obr. 8).

Odvodenie vzorcov na výpočet strát napätia

Teraz sa vráťme na obrázok 7 a všimnime si, že segment bd je veľmi malý. Z tohto dôvodu sa pri výpočtoch zanedbáva a úbytok napätia sa počíta z dĺžky segmentu ad. Pozostáva z dvoch úsečiek ae a ed.

Pretože ae = I ∙ R ∙ cosφ a ed = I ∙ x ∙ sinφ, potom možno stratu napätia pre jednu fázu vypočítať podľa vzorca:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Ak predpokladáme, že záťaž je symetrická vo všetkých fázach (podmienečne zanedbame 3I0), môžeme použiť matematické metódy na výpočet straty napätia vo vedení.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Ak sa pravá strana tohto vzorca vynásobí a vydelí sieťovým napätím Un, dostaneme vzorec, ktorý nám umožňuje vykonať pVýpočet strát napätia cez napájací zdroj.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Hodnoty aktívneho P a jalového výkonu Q je možné získať z údajov merača čiary.

Strata napätia v elektrickom obvode teda závisí od:

• činnosť a reaktancia obvodu;

• komponenty aplikovaného výkonu;

• veľkosť použitého napätia.

Odvodenie vzorcov na výpočet priečnej zložky úbytku napätia

Vráťme sa k obrázku 7. Hodnotu vektora ac možno znázorniť pomocou prepony pravouhlého trojuholníka ac. Reklamnú stopu sme už vypočítali. Určme priečnu zložku cd.

Obrázok ukazuje, že cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Pomocou získaných modelov vykonáme malé matematické transformácie a získame priečnu zložku úbytku napätia.

δU = √3I ∙ (x ∙ cosφ-r ∙ sinφ) = (P ∙ x-Q ∙ r) / Un.

Určenie vzorca na výpočet napätia U1 na začiatku elektrického vedenia

Keď poznáme hodnotu napätia na konci vedenia U2, stratu ∆Ul a priečnu zložku poklesu δU, môžeme pomocou Pytagorovej vety vypočítať hodnotu vektora U1. V rozšírenej forme má nasledujúci tvar.

U1 = √ [(U2 + (Pr + Qx) / Un)2+ ((Px-Qr) / Un)2].

Praktické využitie

Výpočet strát napätia vykonávajú inžinieri vo fáze vytvárania projektu elektrického obvodu pre optimálny výber konfigurácie siete a jej základných prvkov.

Počas prevádzky elektroinštalácie je možné v prípade potreby periodicky vykonávať súčasné merania vektorov napätia na koncoch vedení a porovnávať výsledky získané metódou jednoduchých výpočtov.Táto metóda je vhodná pre zariadenia, ktoré zvýšili požiadavky z dôvodu potreby vysokej presnosti práce.

Straty napätia v sekundárnych obvodoch

Príkladom sú sekundárne obvody meracích transformátorov napätia, ktoré niekedy dosahujú dĺžku niekoľko stoviek metrov a sú prenášané špeciálnym napájacím káblom so zväčšeným prierezom.

Elektrické charakteristiky takéhoto kábla podliehajú zvýšeným požiadavkám na kvalitu prenosu napätia.

Moderná ochrana elektrických zariadení vyžaduje prevádzku meracích systémov s vysokými metrologickými ukazovateľmi a triedou presnosti 0,5 alebo dokonca 0,2. Preto je potrebné sledovať a brať do úvahy straty napätia, ktoré sa na ne aplikuje. V opačnom prípade môže chyba, ktorú zaviedli do prevádzky zariadenia, výrazne ovplyvniť všetky prevádzkové charakteristiky.

Straty napätia v dlhých káblových vedeniach

Charakteristickým znakom konštrukcie dlhého kábla je, že má kapacitný odpor v dôsledku pomerne úzkeho usporiadania vodivých jadier a tenkej vrstvy izolácie medzi nimi. Ďalej vychyľuje vektor prúdu prechádzajúci káblom a mení jeho veľkosť.

Pri výpočte zmeny hodnoty I ∙ z je potrebné zohľadniť vplyv poklesu napätia na kapacitný odpor. V opačnom prípade sa vyššie opísaná technológia nemení.

Článok uvádza príklady strát a poklesov napätia na nadzemných elektrických vedeniach a kábloch. Nachádzajú sa však vo všetkých spotrebiteľoch elektriny, vrátane elektromotorov, transformátorov, induktorov, kondenzátorových bánk a iných zariadení.

Výška strát napätia pre každý typ elektrického zariadenia je z hľadiska prevádzkových podmienok právne upravená a princíp ich určenia vo všetkých elektrických obvodoch je rovnaký.