Выбор читателей
Популярные статьи
Как правильно и точно сделать расчет сечения кабеля по потере напряжения? Очень часто при проектировании сетей электроснабжения требуется грамотный расчет потерь в кабеле. Точный результат важен для выбора материала с необходимой площадью сечения жилы. Если кабель выбран неправильно, это повлечет за собой множественные материальные затраты, ведь система быстро выйдет из строя и перестанет функционировать. Благодаря сайтам помощникам, где имеется уже готовая программа для расчета сечения кабеля и потери на нем, сделать это можно легко и оперативно.
В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат.
Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:
Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.
Обязательно заполняйте все значения!
Получить нужные данные можно следующим образом, используя для подсчетов такую комбинацию показателей: ΔU=I*RL (потери напряжения в линии = ток потребления*сопротивление кабеля).
Излишне рассеивание энергии в кабеле может повлечь за собой существенные потери электроэнергии, сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции. Это опасно для жизни людей и животных. При существенной длине линии это скажется на расходах за свет, что также неблагоприятно отразиться на материальном состоянии владельца помещения.
Помимо этого неконтролируемые потери напряжения в кабеле могут стать причиной выхода из строя многих электроприборов, а также полного их уничтожения. Очень часто жильцы используют сечения кабелей меньше чем нужно (с целью экономии), что вскоре вызывает короткое замыкание. А будущие затраты на замену или ремонт электропроводки не окупают кошельки «экономных» пользователей. Вот почему так важно правильно подобрать нужное сечение кабелей прокладываемых проводов. Любой электромонтаж в жилом доме стоит начинать только после тщательного расчета потерь в кабеле. Важно помнить, электричество – не дает второго шанса, а потому все нужно делать изначально правильно и качественно.
Потери можно снизить несколькими способами:
o увеличением площади сечения кабеля;
o уменьшением длины материала;
o снижением нагрузки.
Часто с последними двумя пунктами сложнее, а потому приходится это делать за счет увеличения площади сечения жилы электрокабеля. Это поможет снизить сопротивление. Такой вариант имеет несколько затратных моментов. Во-первых, стоимость использования такого материала для многокилометровых систем очень ощутима, а потому необходимо выбирать кабель правильного сечения, дабы снизить порог потери мощности в кабеле.
Допустимые потери напряжения являются обязательной характеристикой воздушной (ВЛ) или кабельной (КЛ) линии. Представим такую картину: вдали от населенного пункта разработали карьер по добыче чего-то, технико-экономические показатели электроснабжения рекомендовали ВЛ-0,4 кВ. Трассу провели — электродвигатели перегреваются, . Проведенные электроизмерения зафиксировали пониженное напряжение на вводе.
Чтобы подобного казуса не случилось, для значительно протяженных электротрасс выполняется расчет потерь напряжения
. Как правило, электромонтаж трассы производится одним и тем же сечением, и очень важно, чтобы в конце нее были выдержаны допустимые потери напряжения
.
Где же происходит потеря недостающих вольт? Провода и кабели обладают активным и индуктивным сопротивлением, естественно, чем они тоньше и больше их протяженность, тем выше и потери. Поэтому для сравнительно большой протяженности и делается расчет.
Рассмотрим несколько типовых вариантов расчета потерь.
1. Трехфазная силовая электросеть с сосредоточенной нагрузкой в конце ВЛ-0,4кВ.
Для примера возьмем все тот же карьер с расчетной активной нагрузкой, допустим, Р=20кВт (Рис.а). Сечение без учета индуктивности определяется по следующей формуле: s
=100000Pl
/σΔU%U 2
.
s
— сечение провода, мм 2 ; P — расчетная мощность (у нас Р=20кВт);
l
— длина провода от трансформаторной подстанции до потребителя, м;
σ — удельная проводимость, м/(Ом*мм 2), для меди σ=57, для алюминия — 34,5;
ΔU% — допустимая потеря напряжения в процентах от номинального, для силовых сетей потери не должны превышать 5%; U — номинальное линейное напряжение (для нашего карьера U=380В).
Так как ВЛ-0,4 пока еще алюминиевые, для этого материала и проводим вычисления допустимых потерь. Предположим, ВЛ-0,4 вытянута на 400 метров. s
=100000*20*400/34,5*5%*380 2 =32мм 2
. Получается, алюминий должен быть не менее 32мм 2 , значит, берем по возрастанию 35мм 2 .
2. Трехфазная силовая электросеть с распределенной по длине нагрузкой.
К нашей воздушке решил подключиться какой-то объект c P 1 =5кВт на расстоянии l 1
=200 метров от ТП (Рис.б). Рассчитывать придется по немного измененной формуле:
s
=100000(P 1 l 1
+P 2 l 2
+…)/σΔU%U 2 ;
s
=100000(5*200+20*400)/34,5*5*380 2 =36мм 2
.
Ранее выбранное сечение алюминия не соответствует допустимым потерям напряжения сети, надо брать 50мм 2 . Надеюсь, понимаете, что многоточие в формуле означает подключение других потребителей на других отрезках ВЛ-0,4.
3. Расчет трехфазной электросети с учетом индуктивности.
Этот вариант наиболее трудный. Сначала надо вычислить процент потерь в индуктивном сопротивлении для выбранных 50мм 2: ΔUр%=100000Qxl
/U 2
; Q — расчетная реактивная мощность потребителя, кВАр; x
— индуктивное сопротивление провода, Ом/км (табл.1); l
— длина, км.
В проектных или паспортных данных устанавливаемого электрооборудования всегда указывается Р и cos φ. Допустим, для нашего электрооборудования cos φ=0,9. Можно найти полную мощность S=P/cos φ=20/0,9=22,2кВА
.
Q=S*sin φ
. Чтобы узнать, чему равен sin φ, придется обратиться к таблице Брадиса. На уроках тригонометрии, наверное, знакомились с этим замечательным произведением. Немного напомню. Для cos φ=0,9 угол составляет 25º. По Брадису находим sin для этого угла — 0,42. Подставляя значение в Q=S*sin φ
, получаем: Q=22,2*0,42=9кВАр.
Если не знакомы с таким справочником, применяйте знаменитые «пифагоровы штаны»: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов — S 2 =P 2 +Q 2
. Q=√¯(S 2 -P 2)
.
Теперь находим ΔUр%=100000Qxl
/U 2 ;
ΔUр%=100000*9*0,317*0,4/380 2 =0,79%
. Обратите внимание, l
измеряется уже в километрах, x
нашли в табл. 1 для провода воздушной линии сечением 50мм 2 .
Далее смотрим, соответствует ли взятое сечение провода допустимой потере напряжения с учетом индуктивности?
Формула опять немного изменяется:
s=100000Pl
/σ(ΔU%-ΔUp%)U 2 ;
s=100000*20*400/34,5(5%-0,79%)380 2 =38мм 2
.
ВЛ соответствует допустимым потерям.
4. Допустимые потери напряжения для осветительной электросети.
Допустимые потери напряжения для освещения предприятий и общественных зданий должны быть не выше 2,5%, для жилых помещений и уличного освещения — не более 5%. Вычисление выглядит таким образом: s
=P 1 l 1
+P 2 l 2
+…/сΔU%
. В расчеты вклинился новый значок «с»
. Это коэффициент, зависимый от системы электросети: для алюминия в трехфазной сети с нулевым проводом с=46, для двухпроводной (фаза-ноль) — 7,7. Вместо «ΔU%
» подставляем его значение (2,5% или 5%), l
считаем метрами. Если делать вычисления для допустимых потерь воздушки, питающей протяженную улицу села, придется с арифметикой долго трудиться: представляете, сколько домов надо перебрать!
Линии электропередач транспортируют ток от распределительного устройства к конечному потребителю по токоведущим жилам различной протяженности. В точке входа и выхода напряжение будет неодинаковым из-за потерь, возникающих в результате большой длины проводника.
Падение напряжения по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, вызывающего увеличение сопротивления проводника.
На линиях значительной протяженности потери будут выше, чем при прохождении тока по коротким проводникам такого же сечения. Чтобы обеспечить подачу на конечный объект тока требуемого напряжения, нужно рассчитывать монтаж линий с учетом потерь в токоведущем кабеле, отталкиваясь от длины проводника.
Согласно нормативным документам, потери на линии от трансформатора до наиболее удаленного энергонагруженного участка для жилых и общественных объектов должны составлять не более девяти процентов.
Допускаются потери 5 % до главного ввода, а 4 % - от ввода до конечного потребителя. Для трехфазных сетей на три или четыре провода номинальное значение должно составлять 400 В ± 10 % при нормальных условиях эксплуатации.
Отклонение параметра от нормированного значения может иметь следующие последствия:
В рабочем режиме наиболее приемлемым показателем потерь напряжения в кабеле считается 5 %. Это оптимальное расчетное значение, которое можно принимать допустимым для электросетей, поскольку в энергетической отрасли токи огромной мощности транспортируются на большие расстояния.
К характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования. Важно уделять особое внимание потерям напряжения не только на магистральных сетях, но и на линиях вторичного назначения.
Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников - на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку - диэлектрический корпус.
Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.
Падение напряжения происходит по следующей схеме:
Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия - вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.
Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения
На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB - гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.
Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.
На практике при монтаже линий электропередач магистрального типа и отведения кабелей к конечному потребителю с дальнейшей разводкой на объекте используется медный или алюминиевый кабель.
Удельное сопротивление для проводников постоянное, составляет для меди р = 0,0175 Ом*мм2/м, для алюминиевых жил р = 0,028 Ом*мм2/м.
Зная сопротивление и силу тока, несложно вычислить напряжение по формуле U = RI и формуле R = р*l/S, где используются следующие величины:
Использование простых формул на несложном примере: запланировано установить несколько розеток в отдельно стоящей пристройке частного дома. Для монтажа выбран медный проводник сечением 1,5 кв. мм, хотя для алюминиевого кабеля суть расчетов не изменяется.
Поскольку ток по проводам проходит туда и обратно, нужно учесть, что расстояние длины кабеля придется умножать вдвое. Если предположить, что розетки будут установлены в сорока метрах от дома, а максимальная мощность устройств составляет 4 кВт при силе тока в 16 А, то по формуле несложно сделать расчет потерь напряжения:
U = 0,0175*40*2/1,5*16
Если сравнить полученное значение с номинальным для однофазной линии 220 В 50 Гц, получается, что потери напряжения составили: 220-14,93 = 205,07 В.
Такие потери в 14,93 В - это практически 6,8 % от входного (номинального) напряжения в сети. Значение, недопустимое для силовой группы розеток и осветительных приборов, потери будут заметны: розетки будут пропускать ток неполной мощности, а осветительные приборы - работать с меньшим накалом.
Мощность на нагрев проводника составит P = UI = 14,93*16 = 238,9 Вт. Это процент потерь в теории без учета падения напряжения на местах соединения проводов, контактах розеточной группы.
Для более детального и достоверного расчета потерь напряжения на линии нужно принимать во внимание реактивное и активное сопротивление, которое вместе образует комплексное сопротивление, и мощность.
Для проведения расчетов падения напряжения в кабеле используют формулу:
∆U = (P*r0+Q*x0)*L/ U ном
В этой формуле указаны следующие величины:
Чтобы обеспечить оптимальную нагрузку по трехфазных линиям передач, необходимо нагружать их равномерно. Для этого силовые электродвигатели целесообразно подключать к линейным проводам, а питание на осветительные приборы - между фазами и нейтральной линией.
Есть три варианта подключения нагрузки:
Пример расчета потерь напряжения: суммарная потребляемая мощность всех энергозависимых установок в доме, квартире составляет 3,5 кВт - среднее значение при небольшом количестве мощных электроприборов. Если все нагрузки активные (все приборы включены в сеть), cosφ = 1 (угол между вектором силы тока и вектором напряжения). Используя формулу I = P/(Ucosφ), получают силу тока I = 3,5*1000/220 = 15,9 А.
Дальнейшие расчеты: если использовать медный кабель сечением 1,5 кв. мм, удельное сопротивление 0,0175 Ом*мм2, а длина двухжильного кабеля для разводки равна 30 метров.
По формуле потери напряжения составляют:
∆U = I*R/U*100 %, где сила тока равна 15,9 А, сопротивление составляет 2 (две жилы)*0,0175*30/1,5 = 0,7 Ом. Тогда ∆U = 15,9*0,7/220*100% = 5,06 %.
Полученное значение незначительно превышает рекомендуемое нормативными документами падение в пять процентов. В принципе, можно оставить схему такого подключения, но если на основные величины формулы повлияет неучтенный фактор, потери будут превышать допустимое значение.
Что это значит для конечного потребителя? Оплата за использованную электроэнергию, поступающую к распределительному щиту с полной мощностью при фактическом потреблении электроэнергии более низкого напряжения.
Как домашнему мастеру или специалисту упростить систему расчетов при определении потерь напряжения по длине кабеля? Можно пользоваться специальными таблицами, приведенными в узкоспециализированной литературе для инженеров ЛЭП. Таблицы рассчитаны по двум основным параметрам - длина кабеля в 1000 м и величина тока в 1 А.
В качестве примера представлена таблица с готовыми расчетами для однофазных и трехфазных электрических силовых и осветительных цепей из меди и алюминия с разным сечением от 1,5 до 70 кв. мм при подаче питания на электродвигатель.
Таблица 1. Определение потерь напряжения по длине кабеля
Площадь сечения, мм2 | Линия с одной фазой | Линия с тремя фазами | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Питание | Освещение | Питание | Освещение | ||||
Режим | Пуск | Режим | Пуск | ||||
Медь | Алюминий | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 |
1,5 | 24,0 | 10,6 | 30,0 | 20,0 | 9,4 | 25,0 | |
2,5 | 14,4 | 6,4 | 18,0 | 12,0 | 5,7 | 15,0 | |
4,0 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8,0 | 3,6 | 9,5 | |
6,0 | 10,0 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
10,0 | 16,0 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
16,0 | 25,0 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1,0 | 2,4 |
25,0 | 35,0 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
35,0 | 50,0 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1,0 | 0,52 | 1,1 |
50,0 | 70,0 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
Таблицы удобно использовать для расчетов при проектировании линий электропередач. Пример расчетов: двигатель работает с номинальной силой тока 100 А, но при запуске требуется сила тока 500 А. При нормальном режиме работы cos ȹ составляет 0,8, а на момент пуска значение равно 0,35. Электрический щит распределяет ток 1000 А. Потери напряжения рассчитывают по формуле ∆U% = 100∆U/U номинальное.
Двигатель рассчитан на высокую мощность, поэтому рационально использовать для подключения провод с сечением 35 кв. мм, для трехфазной цепи в обычном режиме работы двигателя потери напряжения равны 1 вольт по длине провода 1 км. Если длина провода меньше (к примеру, 50 метров), сила тока равна 100 А, то потери напряжения достигнут:
∆U = 1 В*0,05 км*100А = 5 В
Потери на распределительном щите при запуске двигателя равны 10 В. Суммарное падение 5 + 10 = 15 В, что в процентном отношении от номинального значения составляет 100*15*/400 = 3,75 %. Полученное число не превышает допустимое значение, поэтому монтаж такой силовой линии вполне реальный.
На момент пуска двигателя сила тока должна составлять 500 А, а при рабочем режиме - 100 А, разница равна 400 А, на которые увеличивается ток в распределительном щите. 1000 + 400 = 1400 А. В таблице 1 указано, что при пуске двигателя потери по длине кабеля 1 км равны 0,52 В, тогда
∆U при запуске = 0,52*0,05*500 = 13 В
∆U щита = 10*1400/100 = 14 В
∆U суммарные = 13+14 = 27 В, в процентном отношении ∆U = 27/400*100 = 6,75 % - допустимое значение, не превышает максимальную величину 8 %. С учетом всех параметров монтаж силовой линии приемлем.
Расчеты, таблицы, графики, диаграммы - точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.
Как это работает:
Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.
Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.
Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.
Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:
Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.
Расчет потерь напряжения - одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.
Статьи по теме: | |
Дополнительная образовательная программа - дс дельфин
Муниципальное бюджетное дошкольное образовательное учреждение... Брак: условия заключения брака, права и обязанности супругов
В последние несколько лет все больше становится популярным так... Складской учет Ведение складского учета в 1с 8
1С: Бухгалтерия 8.2. Понятный самоучитель для начинающих Гладкий Алексей... |