Главная → Обувь → Потери напряжения на линии от длины. Как рассчитать потери напряжения в кабеле? Методика расчёта потери напряжения

Потери напряжения на линии от длины. Как рассчитать потери напряжения в кабеле? Методика расчёта потери напряжения

В домашних условиях мы часто применяем переносные удлинители – розетки для временного (как правило остающееся на постоянно) включения бытовых приборов: электронагревателя, кондиционера, утюга с большими токами потребления. Кабель для этого удлинителя обычно выбирается по принципу – что попало под руку, а это не всегда соответствует необходимым электрическим параметрам.

В зависимости от диаметра (или от поперечного сечения провода в мм.кв.) провод обладает определенным электрическим сопротивлением для прохождения электрического тока.

Чем больше поперечное сечение проводника, тем меньше его электрическое сопротивление, тем меньше падение напряжения на нем. Соответственно меньше потеря мощности в проводе на его нагрев.

Проведем сравнительный анализ потери мощности на нагрев в проводе в зависимости от его поперечного сечения. Возьмем наиболее распространенные в быту кабели с паперечным сечением: 0,75; 1,5; 2,5 мм.кв. для двух удлинителей с длиной кабеля: L = 5 м. и L = 10м.

Возьмем для примера нагрузку в виде стандартного электронагревателя с электрическими параметрами: - напряжение питания U = 220 Вольт; - мощность электронагревателя Р = 2,2 КВт = 2200 Вт; - ток потребления I = P/ U = 2200 Вт / 220 В = 10 А.

Из справочной литературы, возьмем данные сопротивлений 1 метра провода разных поперечных сечений.

Приведена таблица сопротивлений 1 метра провода изготовленного из меди и алюминия.

Посчитаем потерю мощности, уходящей на нагрев для поперечного сечения провода S = 0,75 мм.кв. Провод изготовлен из меди.

Сопротивление 1 метра провода (из таблицы) R1 = 0,023 Ом. Длина кабеля L = 5 метров. Длина провода в кабеле (туда и обратно) 2 · L =2 · 5 = 10 метров. Электрическое сопротивление провода в кабеле R = 2 · L · R1 = 2 · 5 · 0,023 = 0,23 Ом.

Падение напряжения в кабеле при прохождении тока I = 10 A будет: U = I · R = 10 А · 0,23 Ом = 2,3 B. Потеря мощности на нагрев в самом кабеле составит: P = U · I = 2,3 В · 10 А = 23 Вт.

Если длина кабеля L = 10 м. (того же сечения S = 0,75 мм.кв.), потеря мощности в кабеле составит 46 Вт. Это составляет примерно 2 % мощности потребляемой электронагревателем от сети.

Для а кабеля с алюминиевыми жилами того же сечения S = 0,75 мм.кв. показания увеличиваются и составляют для L = 5 м -34,5 Вт. Для L = 10 м - 69 Вт.

Все данные расчетов для кабелей сечением 0,75; 1,5; 2,5 мм.кв. для длины кабелей L = 5 и L = 10 метров, приведены в таблице. Где: S – сечение провода в мм.кв.; R1 – сопротивление 1 метра провода в Ом; R - сопротивление кабеля в Омах; U– падение напряжения в кабеле в Вольтах; Р – потеря мощности в кабеле в ватах или в процентах.

Какие же выводы нужно сделать из этих расчетов?

- При одном и том же поперечном сечении, медный кабель имеет больший запас надежности и меньше потерь электрической мощности на нагрев провода Р.
- С увеличением длины кабеля увеличиваются потери Р. Чтобы скомпенсировать потери необходимо увеличить поперечное сечение проводов кабеля S.
- Кабель желательно выбирать в резиновой оболочке, а жилы кабеля многожильными.

Для удлинителя желательно использовать евро-розетку и евро-вилку. Штырьки евро-вилки имеют диаметр 5 мм. У простой электрической вилки диаметр штырьков 4 мм. Евро-вилки рассчитаны на больший ток, чем простые розетка и вилка. Чем больше диаметр штырьков вилки, тем больше площадь контакта в месте соединения вилки и розетки, следовательно меньшее переходное сопротивление. Это способствует меньшему нагреву в месте соединения вилки и розетки.

domasniyelektromaster.ru

Расчёт потерь в кабеле

При работе токопроводящие жилы нагреваются и выделяют тепло. Чем выше напряжение и сопротивление жил, тем больше потери в кабеле.

Потери указывают в процентах от номинального напряжения.

Для избежания ошибок при расчётах принято пользоваться таблицами Кнорринга, основанные на взаимосвязи мощности токовой нагрузки и длины силовой линии.

	Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 220 В

Таб.2 Напряжение 380/220 В для трёхфазных и четырёхфазных линий. При разнице нагрузок в линиях производятся расчёты по таблице 1.

Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, линий четырехпроводных трехфазных с нулем на напряжение 380/220 В или трехпроводных трехфазных без нуля на 380 В при сечении проводника s, мм2, равном

	Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 12 В
При сечении проводника s, мм2, равном

Оптимальная работа силового кабеля возможна при потере, не больше чем 5%. Если получившийся показатель выше, необходимо заменить кабель на больший по площади сечения токопроводящей жилы. Иначе система не будет работать, также повышается вероятность короткого замыканий. Покупать силовой кабель с большим, чем нужно, сечением, также не стоит. Это значительно повышает стоимость эксплуатации сетей.

При выборе кабеля ориентируйтесь на полученные при расчётах показатели.

ivkz.ru

Потери в кабеле от длины таблица

Расчёт потерь напряжения в кабеле онлайн. Потеря напряжения в кабеле - величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88).

При равенстве сопротивлений Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника. В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп1=Zп2). Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам: ΔU(в)=(PRL+QXL)/Uл; ΔU(%)=(100(PRL+QXL))/ Uл² или (если известен ток) ΔU(в)=√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L); ΔU(%)=(100√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L))/ Uл. где: Q= Uл·I·sinφ Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам: ΔU(в)=2·(PRL+QXL)/Uф; ΔU(%)=2·(100(PRL+QXL))/ Uф² или (если известен ток) ΔU(в)=2·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L); ΔU(%)=2·(100·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L))/Uф, где: Q= Uф·I·sinφ Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы. Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.

Для постоянного тока cosφ=1; 1 фаза.

P - активная мощность передаваемая по линии, Вт;Q - реактивная мощность передаваемая по линии, ВАр;R - удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м;X - удельное индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/м;L - длина кабельной линии, м;Uл - линейное напряжение сети, В;Uф - фазное напряжение сети, В.

Как рассчитать потери напряжения в кабеле

Вопрос качества передачи и получения электрической энергии во многом зависит от состояния оборудования, которое участвует в этом сложном технологическом процессе. Поскольку в энергетике транспортируются огромные мощности на большие расстояния, то к характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования.

Причем снижению потерь напряжения постоянно уделяется внимание не только на протяженных высоковольтных магистралях, но и во вторичных цепях, например, измерительных трансформаторов напряжения, как показано на фотографии.

Кабели вторичных цепей ТН с каждой фазы собираются в одном месте - шкафу клеммной сборки. От этого распределительного устройства, расположенного на средней мачте крепления оборудования, цепи напряжения отдельным кабелем поступают на клеммник панели, расположенной в релейном зале.

Силовое первичное оборудование располагают на значительном удалении от защит и измерительных устройств, смонтированных на панелях. Протяжённость подобного кабеля достигает 300÷400 метров. Такие расстояния ведут к ощутимым потерям напряжения во внутренней схеме, что может серьёзно занизить метрологические характеристики измерительных приборов и системы в целом.

По этой причине качество преобразования первичной величины напряжения, например, 330 кВ во вторичное значение 100 вольт с необходимым классом точности 0,2 или 0,5 может не укладываться в допустимые пределы, требуемые для надежной работы измерительных комплексов и защит.

Чтобы исключить подобные ошибки на стадии эксплуатации все измерительные кабели подвергаются расчету на потери напряжения еще во время проектирования схемы электрического оборудования.

Как создаются потери напряжения

Кабель состоит из токопроводящих жил, каждая из которых окружена слоем диэлектрика. Вся конструкция помещена в герметичный диэлектрический корпус.

Металлические проводники размещены довольно близко между собой, плотно прижаты защитной оболочкой. При большой длине магистрали они начинают работать как конденсатор с обкладками, создающими заряд. За счет его действия образуется емкостное сопротивление, являвшееся составной частью реактивного.

В результате преобразований на обмотках трансформаторов, реакторов и других элементах с индуктивностями мощность электрической энергии приобретает индуктивный характер. Резистивное сопротивление металла жил образует активную составляющую полного или комплексного сопротивления Zп каждой фазы.

Для работы под напряжением кабель подключается на нагрузку с полным комплексным сопротивлением Zн в каждой жиле.

Во время эксплуатации кабеля в трехфазной схеме при номинальном режиме нагрузки токи в фазах L1÷L3 симметричны, а в нейтральном проводе N протекает ток небаланса очень близкий к нулю.

Комплексное сопротивление проводников при протекании по ним тока вызывает падение и потери напряжения в кабеле, снижает его входную величину, а за счет реактивной составляющей еще и отклоняет по углу. Все это схематично показано на векторной диаграмме.

На выходе кабеля действует напряжение U2, которое отклонено от вектора тока на угол φ и снижено на величину падения I∙z от входного значения U1. Другими словами, вектор падения напряжения в кабеле образован прохождением тока по комплексному сопротивлению проводника и равен значению геометрической разности входного и выходного векторов.

Для наглядности он показан увеличенным масштабом и обозначен отрезком ас или гипотенузой прямоугольного треугольника асk. Его катеты ak и kc обозначают падение напряжения на активной и реактивной составляющей сопротивления кабеля.

Мысленно продолжим направление вектора U2 до пересечения с линией окружности, образованной вектором U1 из центра в точке О. У нас появился вектор ab, с углом, повторяющим направлением U2 и длиной, равной арифметической разности величин U1-U2. Эта скалярная величина называется потерей напряжения.

Ее рассчитывают при создании проекта и замеряют в процессе эксплуатации кабеля для контроля сохранности его технических характеристик.

Принцип замера потерь напряжения в кабеле

Для проведения эксперимента необходимо выполнить два замера вольтметром на разных концах: входе и нагрузке. Поскольку разница между ними будет маленькая, то необходимо пользоваться высокоточным прибором желательно класса 0,2.

Длина кабеля может большой, что потребует значительного времени на переход с одного места на другое. За этот период напряжение в сети способно измениться по разным причинам, что исказит конечный результат. Поэтому такие замеры принято выполнять одновременно с двух сторон, привлекать помощника со средствами связи и вторым измерительным высокоточным прибором.

Поскольку вольтметры измеряют действующую величину напряжения, то разница их показаний укажет на величину потерь, образованную арифметическим вычитанием модулей векторов на входе и выходе кабеля.

В качестве примера рассмотрим приведенные на верхних фотографиях цепи измерительных трансформаторов напряжения. Допустим, что линейная величина на входе кабеля замерена с точностью до десятых долей и равно 100,0 вольт, а на выходных клеммах, подключенных к нагрузке, она составила 99,5 вольта. Это значит, что потери напряжения определены как 100,0-99,5=0,5 V. При переводе в проценты они составили 0,5%.

Принцип расчета потерь напряжения

Вернёмся к векторной диаграмме векторов падения и потерь напряжения. Когда конструкция кабеля известна, то по удельному сопротивлению, толщине и длине металла токоведущей жилы вычисляется ее активное сопротивление.

Удельное реактивное сопротивление и длина позволяют определить полное реактивное сопротивление кабеля. Часто для расчета вполне достаточно взять справочник с таблицами и по марке кабеля с определёнными техническим характеристикам вычислить оба вида сопротивлений (активное и реактивное).

Зная два катета прямоугольного треугольника вычисляют гипотенузу - значение комплексного сопротивления.

Кабель создается для передачи тока номинальной величины. Умножив его численное значение на комплексное сопротивление узнаем величину падения напряжения - сторону ас. Аналогично вычисляются оба катета: ak (I∙R) и kс (I∙X).

Далее выполняются простые тригонометрические вычисления. В треугольнике ake определяется катет ae умножением I∙R на cos φ, а в Δ сkf - длина стороны cf (I∙X умножается на sin φ). Обращаем внимание, что отрезок cf равен длине отрезка ed, как противоположной стороне прямоугольника.

Складываем полученные длины ae и ed. Узнаем протяженность отрезка ad, которая чуть-чуть меньше, чем ab или потери напряжения. В силу малой величины bd этим значением проще пренебречь, чем пытаться его учитывать в расчетах, что практически всегда и делают.

Вот такой несложный алгоритм заложен в основу расчета двухжильного кабеля при питании его переменным синусоидальным током. Методика действует с небольшими корректировками и для цепей постоянного тока.

В трехфазных линиях, работающих по трех- или четырехжильным кабелям подобная методика расчета используется для каждой фазы. За счет этого она намного усложняется.

Как выполняется расчет на практике

Времена, когда подобные расчеты производились вручную по формулам уже давно прошли. В проектных организациях давно используются специальные таблицы, графики и диаграммы, сведенные в технические справочники. Они избавляют от рутинной работы выполнения многочисленных математических операций и связанных с ними ошибок оператора.

В качестве примера можно привести методики, изложенные в общедоступных справочниках:

Федорова по электроснабжению за 1986 год;

по проектным работам для электроснабжения линий электропередач и электросетей под редакцией Большмана, Круповича и Самовера.

С массовым внедрением в нашу жизнь компьютеров стали разрабатываться программы расчета потерь напряжения, значительно облегчающие этот процесс. Они создаются как для выполнения сложных расчетов сетей электроснабжения проектными организациями, так и приближенной оценки предварительных результатов использования отдельного кабеля.

Владельцы электротехнических сайтов для этих целей размещают на своих ресурсах различные калькуляторы, которые позволяют быстро оценить возможности кабелей разных марок. Чтобы их найти достаточно в поиске Гугл ввести соответствующий запрос и выбрать один из сервисов.

В качестве примера рассмотрим работу калькулятора такого вида.

Сделаем ему тестовое испытание и введем исходные данные в соответствующие поля:

длина линии - 400 м;

сечение кабеля - 16 мм кв (скорее всего это не кабель, а одна жила);

расчет по мощности - 100 Вт;

количество фаз - 3;

напряжение сети - 100 вольт;

коэффициент мощности -0,92;

температура - 20 градусов.

Жмем кнопку «Расчет потерь напряжения в кабеле» и смотрим на итог работы сервиса.

Получился результат довольно правдоподобный: 0,714 вольта или 0,714%.

Попробуем его перепроверить на другом сайте. Для этого заходим на конкурирующий сервис и вводим те же значения.

В итоге получаем быстрый расчет.

Теперь можно сравнить результаты, выполненные разными сервисами. 0,714-0,693373=0,021 вольта.

Точность расчета в обоих случаях вполне приемлема не только для быстрого анализа эксплуатационных характеристик кабеля, но и для других целей.

Метод сравнения работы двух онлайн сервисов показал их работоспособность и отсутствие ошибок ввода данных, которые может совершить человек по невнимательности.

Однако, выполнив подобный расчет успокаиваться рано. Надо сделать вывод о пригодности выбранного кабеля для работы при конкретных условиях эксплуатации. Для этого существуют технические требования к допустимым отклонениям напряжения от нормы.

Нормативные документы по отклонению напряжения от номинальной величины

В зависимости от государственной принадлежности пользуются одним из нижеперечисленных.

ТКП 45-4.04-149-2009 (РБ)

Документ действует на территории республики Беларусь. При получении результата обращайте внимание на пункт 9.23.

СП 31-110–2003 (РФ)

Действующие нормативы предусмотрены для применения на объектах электроснабжения Российской Федерации. Рассматривайте пункт 7.23.

Заменил 1 января 1999 года межгосударственный стандарт, ГОСТ 13109 от 1987 года. Анализируйте по пункту 5.3.2.

Способы снижения потерь в кабеле

Когда расчет потерь напряжения в кабеле выполнен и результат сравнен с требованиями нормативных документов, то можно сделать вывод о пригодности кабеля для работы.

Если результат показал, что погрешности завышены, то необходимо выбирать другой кабель или уточнять условия его эксплуатации. На практике часто встречается типичный случай, когда уже у работающего кабеля методами замеров выявили, что потери напряжения в нем превышают допустимые нормы. За счет этого качество электроснабжения объектов понижается.

В такой ситуации необходимо принимать дополнительные технические мероприятия, позволяющие уменьшить материальные затраты, необходимые на полную замену кабеля за счет:

1. ограничения протекающей нагрузки;

2. увеличения площади поперечного сечения токопроводящих жил;

3. уменьшения рабочей длины кабеля;

4. снижения температуры эксплуатации.

Влияние передаваемой по кабелю мощности на потери напряжения

Протекание тока по проводнику всегда сопровождается выделением тепла в нем, а нагрев сказывается на его проводимости. Когда через кабель передаются повышенные мощности, то они, создавая большую температуру, увеличивают потери напряжения.

Чтобы их уменьшить иногда вполне достаточно часть потребителей, получающих электроэнергию по кабелю, просто отключить и перезапитать по другой, обходной цепочке.

Этот способ приемлем для разветвленных схем с большим количеством потребителей и резервных магистралей для их подключения.

Увеличение площади сечения жилы кабеля

Этим методом часто пользуются для снижения потерь в цепях измерительных трансформаторов напряжения. Если подключить к работающему кабелю еще один и соединить их жилы параллельно, то токи раздвоятся и уменьшат нагрузку в каждом проводе. Потери напряжения тоже снижаются, а точность работы измерительной системы восстанавливается.

Пользуясь таким способом важно не забывать вносить изменения в исполнительную документацию и особенно схемы монтажа, которыми пользуется ремонтно-оперативный персонал для проведения периодических технических обслуживаний. Это предотвратит ошибки работников.

Уменьшение рабочей длины кабеля

Способ не типичный, но в отдельных случаях им можно воспользоваться. Дело в том, что схемы прокладки кабельных трасс на многих развитых предприятиях энергетики постоянно развиваются и совершенствуются применительно к доставляемому оборудованию.

За счет этого создаются возможности переложить кабель с сокращением его длины, что снизит в итоге потери напряжения.

Влияние температуры окружающей среды

Работа кабеля в помещениях с повышенным нагревом ведет к нарушению теплового баланса, увеличению погрешностей его технических характеристик. Прокладка по другим магистралям или применение слоя теплоизоляции может снизить потери напряжения.

Как правило, эффективно улучшить характеристики кабеля удается одним или несколькими способами при комплексном их применении. Поэтому, когда возникает подобная необходимость, важно просчитать все возможные пути решения проблемы и выбрать наиболее приемлемый вариант для местных условий.

Следует учитывать, что грамотное ведение электрического хозяйства требует постоянного анализа оперативной обстановки, предвидения вариантов развития событий, умения просчитывать различные ситуации. Эти качества выделяют хорошего электрика из общей массы обычных работников.

Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.

Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.

Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+

Калькулятор расчета потерь напряжения

Во время проектирования электрических сетей и систем со слабыми токами довольно часто требуются расчеты потерь напряжения в кабелях и проводах. Данные вычисления необходимы для того чтобы выбрать кабель с наиболее оптимальным сечением жил. При неправильном выборе проводника система электроснабжения очень быстро выйдет из строя или вообще не запустится. Чтобы избежать возможных ошибок, рекомендуется использовать онлайн калькулятор расчета потерь напряжения. Данные, полученные с помощью калькулятора, обеспечат устойчивую и безопасную работу линий и сетей.

Причины энергопотери при передаче электроэнергии

Существенные потери электроэнергии происходят в результате излишнего рассеивания. Из-за лишнего тепла кабель может сильно нагреваться, особенно при больших нагрузках и неправильных расчетах потерь электричества. Под действием избыточного тепла наступает повреждение изоляции, создается реальная угроза здоровью и жизни людей.

Потери электроэнергии нередко происходят из-за слишком большой протяженности кабельных линий, при большой мощности нагрузки. В случае продолжительной эксплуатации, существенно возрастают расходы на оплату электричества. Неправильные расчеты способны вызвать сбои в работе оборудования, например, охранной сигнализации. Потери напряжения в кабеле приобретают важное значение, когда источник питания оборудования имеет низкое напряжение постоянного или переменного тока, номиналом от 12 до 48В.

Как рассчитать потери напряжения

Избежать возможных проблем поможет калькулятор расчета потери напряжения, работающий в онлайн режиме. В таблицу исходных данных помещаются данные о длине кабеля, его сечении и материале, из которого он изготовлен. Для расчетов потребуются сведения о мощности нагрузки, напряжении и токе. Кроме того, учитывается коэффициент мощности и температурные показатели кабеля. После нажатия кнопки появляются данные о энергопотерях в процентах, показатели сопротивления проводника, реактивной мощности и напряжения, испытываемого нагрузкой.

Основной формулой расчета является следующая: ΔU=IхRL, в которой ΔU означает потери напряжения на расчетной линии, I является потребляемым током, определяемым преимущественно параметрами потребителя. RL отражает сопротивление кабеля, в зависимости от его длины и площади сечения. Именно последнее значение играет решающую роль при потере мощности в проводах и кабелях.

Возможности для снижения потерь

Основным способом снижения потерь в кабеле, является увеличение площади его сечения. Кроме того, можно уменьшить длину проводника и снизить нагрузку. Однако последние два способа не всегда можно использовать, в силу технических причин. Поэтому во многих случаях единственным вариантом остается снижение сопротивления кабеля за счет увеличения сечения.

Существенным недостатком большого сечения считается заметный рост материальных затрат. Разница становится ощутимой, когда кабельные системы растягиваются на большие расстояния. Поэтому на стадии проектирования нужно сразу же подбирать кабель с нужным сечением, для чего понадобятся расчеты потери мощности с помощью калькулятора. Данная программа имеет большое значение при составлении проектов на электромонтажные работы, поскольку ручные вычисления занимают много времени, а в режиме онлайн калькулятора подсчет занимает буквально несколько секунд.

Расчет падения напряжения в кабеле

Провода и кабели предназначены для передачи электроэнергии потребителям. При этом в протяженном проводнике падает напряжение пропорционально его сопротивлению и величине проходящего тока. В итоге к потребителю напряжение подается несколько меньше, чем оно было у источника (в начале линии). По всей длине провода потенциал будет изменяться из-за потерь в нем.

Потери напряжения в домашнем освещении

Выбор сечения кабеля производится с целью обеспечения его работоспособности при заданном максимальном токе. При этом следует учитывать его длину, от которой зависит еще один важный параметр – падение напряжения.

Линии электропередач выбирают по нормированному значению экономической плотности тока и рассчитывают на падение напряжения. Его отклонение от исходного не должно превышать заданных значений.

Величина проходящего через проводник тока зависит от подключаемой нагрузки. При ее увеличении возрастают также потери на нагрев.

На рисунке выше изображена схема подачи напряжения на освещение, где на каждом ее участке обозначены потери напряжения. Наиболее важной является самая удаленная нагрузка, и потери напряжения большей частью производятся для нее.

Потеря напряжения

P и Q – мощности, Вт и вар (активная и реактивная);
r0 и x0 – активное и реактивное сопротивления линии, Ом/м;
Uном – номинальное напряжение, В.
Uном указывается в характеристиках электроприборов.

Согласно ПУЭ, допустимые отклонения напряжения от нормы следующие:

силовые цепи – не выше ±5 %;
схемы освещения жилых помещений и снаружи зданий – до ±5 %;
освещение предприятий и общественных зданий – от +5 % до -2,5 %.

Общие потери напряжения от трансформаторных подстанций до самой удаленной нагрузки в общественных и жилых зданиях не должны превышать 9%. Из них 5% относится к участку до главного ввода и 4% от ввода до потребителя. В соответствии с ГОСТ 29322-2014 номинал напряжения в трехфазных сетях – 400 В. При этом допускается отклонение от него на ±10% при нормальных условиях эксплуатации.

Нужно обеспечить равномерную нагрузку в трехфазных линиях на 0,4 кВ. Здесь важно, чтобы каждая фаза была нагружена равномерно. Для этого электродвигатели подключаются к линейным проводам, а освещение – между фазами и нейтралью, уравнивая таким образом нагрузки по фазам.

В качестве исходных данных используют значения токов или мощностей. Для протяженных линий учитывается индуктивное сопротивление, когда рассчитывают ∆U в линии.

Сопротивление x0 проводов принимают в диапазоне от 0,32 до 0,44 Ом/км.

Расчет потерь в проводниках производят по ранее приведенной формуле, где удобно разделить правую часть на активную и реактивную составляющие:

Подключение нагрузки

Нагрузка подключается разными способами. Наиболее распространены следующие:

подключение нагрузки в конце линии (рис. а ниже);
равномерное распределение нагрузок по длине линии (рис. б);
линия L1, к которой подключена другая линия L2 с равномерно распределенными нагрузками (рис. в).

Схема, на которой показаны способы подключения нагрузок от электрощита

Расчет ЛЭП на потерю напряжения

Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
Расчет нагрузок P, Q.
Расчет реактивной потери:

Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:

Сечение провода находится из отношения:

Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.

На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.

Кабельные жилы разных сечений

По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.

Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.

Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:

Если все нагрузки активные, cosφ=1.

Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.

По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм 2 .

Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм 2)∙20 (м)/1,5 (мм 2)=0,464 Ом.

В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.

Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.

Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм 2 .

Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.

Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:

Iном = 100 А;
cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
Iпусковой = 500 А;
cos φ = 0,35 при пуске;
падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.

На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.

Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)

Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.

Таблица для определения потерь напряжения в кабеле

Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:

Для сечения 35 мм 2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆Uобщ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.

Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.

При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.

По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆Uобщ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.

Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.

Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.

Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм 2. длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).

Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм 2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.

Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.

Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆Uлинии фаз = 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆Uлинии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.

Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆Uосв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆Uосв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.

Проверка напряжения. Видео

Каким образом осуществляется проверка падения напряжения на кабелях разных видов, можно узнать из представленного ниже видео.

При подключении электроприборов важно правильно рассчитать и выбрать подводящие кабели и провода, чтобы потери напряжения в них не превышали допустимые. К ним также добавляются потери в питающей сети, которые следует суммировать.

Расчет потерь в кабеле

Жилы любого кабеля при прохождении по ним электрического тока выделяют тепло. Чем больше величины тока и сопротивления жил, тем выше потери в кабеле. Зная сопротивление жил кабеля и величину проходящего по ним тока можно вычислить потери практически в любой цепи. Потери выражают в процентах от номинального напряжения и рассчитывают по формуле:

где Uном – номинальное напряжение на входе кабеля, U – напряжение, подведенное к нагрузке.

На практике удобнее пользоваться специальными таблицами, предложенными Кноррингом, которые широко используются при проектировании электропроводки. Эти таблицы связывают потери в кабеле с параметром «момент нагрузки», вычисляемый как произведение мощности Р нагрузки в кВт на длину линии L в метрах.

В таблице 1 даны зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для медных проводников двухпроводных линий при напряжении 220 В.

В Таблице 2 представлены зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для четырехпроводных трехфазных линий с нулем на напряжение 380/220 В или трехпроводных без нуля на напряжение 380 В. Таблица 2 справедлива только для случая равенства нагрузок во всех трех фазах. В этом случае в четырехпроводной линии с нулем ток в нулевой жиле кабеля равен нулю.

Следует иметь ввиду, что при несимметричной нагрузке в трехфазной линии потери увеличиваются. Чтобы избежать ошибок при большой асимметрии нагрузки в линии с нулем целесообразно потери вычислять для наиболее нагруженной фазы по Таблице 1.

В таблице 3 даны зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для медных проводников двухпроводных линий при напряжении 12 Вольт. Таблица предназначена для расчета потерь в линиях, питающих низковольтные светильники от понижающих трансформаторов.

В данных таблицах индуктивное сопротивление линий не учитывается, так как оно при использовании кабелей пренебрежимо мало по сравнению с активным сопротивлением.

Приведенные таблицы справедливы для случая, когда нагрузка Рн подключена в конце линии длиной L, как показано на Рис. 1. В этом случае момент нагрузки М вычисляется как М=L∙Рн.

Если нагрузка представляет собой большое количество равных по мощности отдельных нагрузок Рн, которые равномерно распределены по всей длине линии длиной L, как показано на Рис. 2, то в этом случае момент нагрузки М вычисляется как М=L∙Рн∙n/2, где n – количество равных между собой нагрузок.

Часто встречается случай, показанный на Рис. 3. В этом случае имеется линия L1, к которой подключена линия L2 с равномерно подключенными по ее длине нагрузками. В этом случае потери напряжения определяются как сумма потерь в линиях L1 и L2. Сечение кабелей в обеих линиях может быть различным. При этом момент нагрузки М1=L1∙Рн∙n, а М2= L2∙Рн∙n/2.

Вся информация на сайте www.electromontaj-proekt.ru предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.

Перепечатка материалов сайта запрещена.

linochek.ru

Программа “Электрик”. Потеря напряжения- куда теряется электричество в проводах?

Здравствуйте дорогие читатели Цешка.ру! Итак, сегодня на повестке дня вопрос- как рассчитать сечение провода по допустимой потере напряжения.

И поможет нам в этом конечно же программа для электриков которая так и называется- “Электрик”.

Я уже рассказывал где бесплатно скачать программу “Электрик” и как в ней работать, читайте ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ.

Для тех кто не знает зачем делать расчет по потере напряжения- напомню, что при большой длине провода происходит падение напряжения на этом участке и до нагрузки может “дойти” совсем мало если неправильно выбрать сечение провода.

Обычно организации, которые делают капитальный ремонт квартир, обязательно смотрят на состояние электропроводки да и вообще всего электрооборудования и при производстве ремонта меняют ветхие и устаревшие провода, автоматы ну и т.д.

При этом надо правильно выбрать сечение новой проводки не только по условиям нагрева, но и по допустимой потере напряжения.

Представим такую ситуацию. Вам предстоит ремонт квартиры ну или если у вас дом- то дома.

Вы делаете ремонт электропроводки в доме и решили провести отдельный провод розетки в комнату. Но эта комната дальняя и длина провода получается порядка 30 метров до последней розетки.

Вы знаете что ничего мощного в розетки включать никогда не будете, максимум что можете включить- это утюг, телевизор, компьютер что в сумме набегает не более 3кВт и ток при такой мощности I=P/U=3000/220=13,64 А или если округлим то 14 ампер.

Согласно ПУЭ для такого тОка подходит сечение по меди в 1,5 кв.мм. Правда изоляция провода при этом будет около 60 гр.С при температуре в помещении +25, но правила допускают такую нагрузку:

А сейчас давайте посмотрим что нам скажет программа “Электрик” в нашем случае, мы узнаем сколько вольт “потеряется” на 30м провода и сколько “дойдет” до розетки.

Итак, открываем программу “Электрик” и нас интересует кнопка под названием “Потери”, жмем на нее:

Открывается вот такое окошко, где надо поставить точку на “Потери напряжения”:

В следующем открывшемся окне жмем на кнопку “Кабельные линии и другие провода”:

Ну и в очередном окне указываем необходимые параметры, перечисляю сверху- вниз:

Найти- Потери в %

Материал проводника- медные

3- Мощность Р,кВт

4- Допустимые потери,% (в нашем примере это значение не важно, можете ставить тоже 4):

Далее надо выбрать индуктивное сопротивление, тут особо заморачиваться не надо, просто жмем на кнопку “Выбрать Xo” и в открывшемся окне нажимаем на значение “Кабель с виниловой или полихлорвинил изоляцией”:

Далее вносим значение косинуса фи, я выставил 0,85 так как у нас не чисто активная нагрузка и следующее значение вносим- длину провода 30м:

На этом все, сейчас можно узнать и результат, для этого жмем на кнопку “Расчет”:

И сейчас видим результат- целых 10 вольт напряжения “теряется” на участке медного провода сечением 1,5 кв.мм длиной 30 метров!

То есть на включенной нагрузке в 3 кВт будет уже не 220 вольт, а только 210. Для интереса можно посчитать сколько вольт “потеряется” если провод будет сечением 2,5 кв.мм:

Как видите- уже меньше, падение напряжения на участке длиной 30м составит уже всего 6 вольт.

Так же можно и наоборот узнать- какое надо сечение провода если вы знаете необходимое значение потери напряжения, для этого вверху окошка надо поставить точку на “Сечение в мм кв.” и внести нужные значения- я их обвел красным на картинке:

Вот таким образом можно с помощью программы “Электрик” определить не только значение падения напряжения на электропроводке но и узнать необходимое сечение для правильного выбора проводов при монтаже электропроводки.

Надеюсь эта информация вам поможет и не раз пригодится.

Буду рад вашим комментариям, если есть какие то технические вопросы- то прошу задавать их на форуме, именно там я отвечаю на вопросы- ФОРУМ.

Подписывайтесь на мой видеоканал на Ютубе!

Смотрите еще много видео по электрике для дома!

Итак, сегодня на повестке дня вопрос- как рассчитать сечение провода по допустимой потере напряжения.

И поможет нам в этом конечно же программа для электриков которая так и называется- “Электрик”.

Обычно организации, которые делают капитальный ремонт квартир , обязательно смотрят на состояние электропроводки да и вообще всего электрооборудования и при производстве ремонта меняют ветхие и устаревшие провода, автоматы ну и т.д.

Представим такую ситуацию. Вам предстоит ремонт квартиры ну или если у вас дом- то дома.

Вы делаете ремонт электропроводки в доме и решили провести отдельный провод розетки в комнату. Но эта комната дальняя и длина провода получается порядка 30 метров до последней розетки.

Вы знаете что ничего мощного в розетки включать никогда не будете, максимум что можете включить- это утюг, телевизор, компьютер что в сумме набегает не более 3кВт и ток при такой мощности I=P/U=3000/220=13,64 А или если округлим то 14 ампер .

Итак, открываем программу “Электрик” и нас интересует кнопка под названием “Потери”, жмем на нее:

Открывается вот такое окошко, где надо поставить точку на “Потери напряжения”:

В следующем открывшемся окне жмем на кнопку “Кабельные линии и другие провода”:

Ну и в очередном окне указываем необходимые параметры, перечисляю сверху- вниз:

Найти - Потери в %

Материал проводника - медные

Задано:

3- Мощность Р,кВт

4- Допустимые потери,% (в нашем примере это значение не важно, можете ставить тоже 4):

На этом все, сейчас можно узнать и результат, для этого жмем на кнопку “Расчет”:

Как видите- уже меньше, падение напряжения на участке длиной 30м составит уже всего 6 вольт.

Надеюсь эта информация вам поможет и не раз пригодится.

Буду рад вашим комментариям, если есть какие то технические вопросы- то прошу задавать их на форуме, именно там я отвечаю на вопросы- .

Подписывайтесь на мой видеоканал на Ютубе !

Смотрите еще много видео по электрике для дома!

С помощью данного калькулятора можно вычислить потери напряжения (мощности) и подобрать необходимое поперечное сечения кабеля.

Для этого необходимо знать рабочее напряжение, протекающий ток и длину кабеля. Ниже приведен пример расчета.

Сброс

* Общая длина кабелей плюса и минуса
Удельное сопротивление меди в формулах 0,0175 Ом*мм 2 /м (при 20 С о)

Для примера подберем сечение кабеля от солнечных батарей до контроллера на примере солнечной электростанции для дома, состоящую из следующих компонентов:

Монокристаллическая солнечная батарея Suoyang SY-200WM - 4 шт.;
Контроллер заряда ITracer IT6415ND - 1 шт.;
Инвертор PI 2000Вт/12В (чистый синус) - 1 шт.;
Гелевый аккумулятор 200Ач - 2 шт.

Итак, напряжение в точке максимальной мощности у монокристаллической солнечной батареи составляет 37,2В , а ток в максимальной мощности 5,38А , именно эти значения мы будем использовать в расчетах . Но для начала нам нужно определиться, как соединить между собой солнечные батареи.

В состав нашего комплекта входит контроллер заряда , с функцией поиска максимальной мощности (MPPT). Максимальное входное напряжение от солнечных батарей в данный контроллер составляет 150В , а выходное напряжение на аккумулятор будет составлять 12/24/36 или 48В , автоматически в зависимости от напряжения аккумулятора, который мы подключили. В нашем случае это два 12 вольтовых гелевых аккумулятора , соединенных параллельно.

Имея четыре солнечные батареи SY-200 и выше описанный контроллер мы можем подключить солнечные батареи двумя способами:

1. Параллельное соединение (все четыре штуки параллельно между собой). При этом напряжение у нас останется 37,2В , а максимальный ток от солнечных батарей составит 5,38А * 4 = 21,52А

2. Последовательно – параллельное соединение (две последовательных цепочки по две штуки). При этом напряжение будет составлять 37,2В * 2=74,4В , а ток 5,38 * 2 = 10,76А .

Нужно понимать, что мощность в двух случаях будет ОДИНАКОВАЯ . Разность только в токе и напряжении - в первом случае у нас больше ток, но меньше напряжение, а во втором – наоборот. Если мы подключим все четыре солнечные батареи последовательно, то напряжение будет выше, чем допустимое максимальное входное напряжение контроллера заряда, которое составляет 150В , более того нужно учитывать температурный коэффициент и напряжение холостого хода, но сейчас не об этом.

Сечение кабеля подбирается по току, чем больше ток – тем больше сечение !

Подставим в калькулятор расчета потерь напряжения данные первого способа подключения (параллельно все четыре штуки), расстояние от солнечных батарей до контроллера примем равным 15 метров (15 плюс и 15 минус), соответственно общая длина кабеля составит 30 метров , сечение кабеля возьмем равным 6мм²:

Напряжение: 37,2В
Сечение кабеля: 6мм²
Длина: 30м
Максимальный ток: 21,52А

Получаем потери напряжения и мощности более 5% (потери напряжения: 1,88В, потери мощности: 40,45Вт ).

Подставим второй способ подключения (Две последовательных цепочки по две штуки):

Напряжение: 74,4В
Сечение кабеля: 6мм²
Длина: 30м
Максимальный ток: 10,76А

Получаем куда лучший результат, благодаря увеличенному напряжению и меньшему току: потери напряжения и мощности 1,26% (потери напряжения: 0,94В, потери мощности: 10,11Вт )

Выводы : Как видно, благодаря возможности увеличения напряжения, путем последовательно – параллельного соединения солнечных батарей, нам удалось уменьшить ток и при использовании кабеля одного и того же сечения уменьшить потери в нем в 4 раза!

Расчёт суммарной потери напряжения до удалённых потребителей с целью проверки у них отклонения напряжения и сравнения с нормативным является одним из базовых при проектировании систем электроснабжения. Как показывает практика, в различных проектных институтах, и даже у проектировщиков в рамках одного института, эти расчёты выполняются по-разному. В этой статье рассмотрены типичные ошибки проектировщиков на примере расчёта потери напряжения в магистральной линии, питающей летние домики на участках садовых товариществ.

2. Постановка задачи

Для магистральной линии, питающей летние домики садовых товариществ, требуется выполнить расчёт суммарной потери напряжения до удалённого потребителя. Конфигурация линии изображена на рис. 1.

Рис. 1. Конфигурация магистральной линии.

Линия подключена к трансформаторной подстанции (ТП) и содержит 4 ответвления (узла). Строго говоря, узел №4 узлом не является, так как в этом месте линия не разветвляется; он введён для удобства разграничения участков линии. Для каждого узла известно количество подключённых к нему домов. Ответвления в узлах №№1-3 подобны ответвлению в узле №4, но не разрисованы подробно, чтобы не загромождать рисунок.

Вся линия, за исключением ввода в дом №11, выполнена проводом СИП 2‑3х50+1х50; ввод в дом выполнен проводом СИП 4 - 2х16.Погонные электрические сопротивления проводов:

СИП 2 - 3х50+1х50: R пог = 0,641·10 -3 Ом/м; X пог = 0,0794·10 -3 Ом/м;
СИП 4 - 2х16: R пог = 1,91·10 -3 Ом/м; X пог = 0,0754·10 -3 Ом/м;

Коэффициент мощности нагрузки (cosϕ)равен 0,98 (tgϕ = 0,2). На рис. 1 указаны длины участков линии.

Определите величину суммарной потери напряжения в линии до дома №11.

3. Методика расчёта потери напряжения

Расчёт потери напряжения (в процентах) на участке линии можно выполнить по формуле:

для трёхфазных симметрично нагруженных линий

где P р (Q р) - расчётная активная (индуктивная) мощность линии, Вт (вар);

L - длина участка линии, м;

R пог (X пог) - погонное активное (индуктивное) сопротивление провода, Ом/м;

U ном (U ном.ф.) - номинальное линейное (фазное) напряжение сети, В.

Индуктивная мощность линии связана с активной следующим соотношением

для однофазных линий с одинаковым сечением фазного и нулевого проводников

\(\displaystyle {\Delta U=\frac{2 \cdot L \cdot P_р \cdot R_{пог}}{U_{ном.ф}^2}\cdot 100}\)

Осталось определить расчётную мощность на каждом участке линии. Это можно сделать по рекомендациям СП 31-110-2003 , п.6.2, табл.6.1, п.п.2. В зависимости от количества домов, запитанных через рассматриваемый участок линии, можно по таблице определить удельную нагрузку на дом и рассчитать электрическую нагрузку на участок линии. Количество домов на промежуточных участках рассчитывается, как суммарное количество домов на ответвлении (в узле) в конце участка и на следующем участке.

Например, число домов на участке между узлами №1 и №2 равно сумме числа домов на ответвлении №2 и на участке между узлами №2 и №3, т.е. N=8+(11+15)=34 дома. По табл.6.1 в определяется удельная нагрузка для 34 домов. В табл.6.1 указаны значения только для 24 и 40 домов, поэтому для 34 домов значение удельной нагрузки определяется методом линейной интерполяции:

где m - количество последовательных участков линии.

Приведённые выше формулы ни у кого не вызывают сомнений, так как приведены в справочниках. Но есть один момент, который явным образом не указан ни в справочниках, ни в нормативных документах, и который вызывает споры в среде проектировщиков, а именно - «какую нагрузку считать расчётной на участке магистральной линии при расчёте потери напряжения?». Ещё раз, «как определить расчётную нагрузку на участке магистральной линии не в случае выбора сечения жилы кабеля/провода линии по длительно-допустимому току, а при расчёте потери напряжения до удалённого потребителя?».

Например, в справочнике под редакцией Ю. Г. Барыбина нагрузка на участках линии определяется алгебраическим суммированием нагрузки в узлах, что никак не учитывает несовпадение максимумов графиков нагрузки потребителей. Там же, стр. 170:

Расчёт на потерю напряжения следует вести с учётом следующих обстоятельств: … для длительной работы исходными являются расчётная мощность P m или расчётный ток I m и соответствующий току коэффициент мощности.

Аналогичные расчёты приводятся в учебнике Ю. Д. Сибикина. В пособии С. Л. Кужекова суммарная потеря напряжения рассчитывается через суммы моментов нагрузки (момент нагрузки - произведение мощности электроприёмника на расстояние от него до центра питания), что по сути то же самое, что и в других справочниках, так как несовпадение максимумов нагрузки также не учитывается.

Привожу рассуждения, которыми руководствуются некоторые специалисты при расчётах.

При выборе сечения жилы провода используется понятие расчётной нагрузки как максимальной нагрузки на получасовом интервале . Действительно, это целесообразно при рассмотрении участка отдельно от других, так как при выборе сечения проводника не важно, какая нагрузка на соседнем участке. Другое дело - расчёт потери напряжения. Раз потери на различных участках суммируются, следовательно, в результате получим некоторое суммарное значение потери напряжения, рассчитанное из условия максимальной потери напряжения на каждом участке. При этом расчётное значение суммарной потери получается завышенным, так как максимумы нагрузок не совпадают по времени. При превышении потери напряжения нормативного значения приходится выполнять мероприятия по его уменьшению - увеличивать сечение проводов, дробить нагрузку на несколько линий. Таким образом, увеличиваются капитальные затраты на строительство линии.

Рассмотрим узел №3, приведённый на рис. 1. От узла отходят два ответвления - на 15 и 11 домов. Следовательно, на участке между узлами №2 и №3 (ветвь линии, входящая в узел №3) протекает нагрузка 26 домов. Определим расчётную нагрузку в каждой ветви:

N=26 домов, P 26 =0,882 кВт/дом, P р.26 =26·0,882=22,9 кВт;
N=15 домов, P 15 =1,2 кВт/дом, P р.15 =15·1,2=18 кВт;
N=11 домов, P 11 =1,5 кВт/дом, P р.11 =11·1,5=16,5 кВт.

Сумма нагрузок отходящих линий больше расчётной нагрузки входящей линии (18+16,5=34,5 кВт >22,9 кВт). Это нормально, так как максимумы нагрузок в отходящих линиях не совпадают по времени. Но если рассматривать нагрузку в какой-то конкретный момент времени, то, согласно первому правилу Кирхгофа, сумма нагрузок отходящих линий не должна превысить значение 22,9 кВт. Соответственно, если в расчётах учесть несовпадение максимумов нагрузок, то можно уменьшить расчётное значение потери напряжения, и, следовательно, капитальные затраты на строительство линии. Это можно сделать, если на отходящих линиях принять то же значение удельной нагрузки, что и на входящей в узел, то есть P 26 =0,882 кВт/дом. Тогда распределение нагрузок в отходящих линиях будет следующим:

N=15 домов, P р.15 =N·P 26 =15·0,882=13,2кВт;
N=11 домов, P р.11 =N·P 26 =11·0,882=9,7кВт.

Сумма нагрузок в отходящих линиях будет равна 22,9 кВт (расчётной нагрузке 26 домов), то есть равна расчётной нагрузке линии, входящей в узел №3.

Аналогичные рассуждения можно распространить на всю линию. Линия на рис. 1 питает 40 домов. Удельная нагрузка в этом случае равна 0,76 кВт/дом, расчётная нагрузка P р.40 =N·P 40 =40·0,76=30,4 кВт. Чтобы выполнялось первое правило Кирхгофа в каждом узле, следует на всех ответвлениях линии принять удельную нагрузку, равную удельной нагрузке для 40 домов.

Теперь можно сформулировать положения, которыми следует руководствоваться при расчёте суммарного значения потери напряжения.

Расчётная нагрузка на любом участке линии определяется по удельной нагрузке, принятой для всей линии.
Расчётная нагрузка ответвления от магистральной линии к одному дому считается по удельной нагрузке для одного дома.
При расчёте потери напряжения на участке с одинаковым шагом между ответвлениями (вводами в дома) допускается распределённую нагрузку заменить сосредоточенной в середине участка.

На рис. 2 выполнено разбиение магистральной линии на участки с указанием количества домов, которые получают электроснабжение через соответствующий участок.

Рис. 2. Конфигурация магистральной линии с разбиением на участки.

Результаты расчёта потери напряжения представлены в таблице 1. Расчётная нагрузка на каждом участке определена по удельной нагрузке для 40 домов - P 40 =0,76 кВт/дом.

Учитывая, что до сих пор широко распространены и находятся в эксплуатации системы с уровнем напряжения 220/380 В, это значение напряжения и используется в расчётах в данной статье. Следует иметь ввиду, согласно ГОСТ 29322-2014 табл.1, что сейчас в проектируемых и реконструируемых системах электроснабжения следует использовать значение напряжения 230/400 В.

Таблица 1. Расчёт потери напряжения с учётом совмещения максимумов нагрузки.

№ участка	Длина участка, м	Кол-во домов, шт.

* длина участка №5 составляет 30 ·6=180 м, но, согласно положению №3, для упрощения расчётов рассматривается сосредоточенная нагрузка в середине участка, т.е. 180/2=90 м.

4. Замечания к методике расчёта с учётом несовпадения максимумов нагрузки

Методика, приведённая выше, на первый взгляд логична и убедительна, особенно для неспециалистов. Но если попробовать разобраться в ней, то появляется несколько вопросов, на которые не так-то легко получить ответ. Другими словами, методика не работает. Ниже приведу вопросы к сторонникам изложенной методики и их ответы.

Вопрос №1.

Зависит ли методика расчёта от длины первого участка линии?

Ответ: не зависит.

Предположим, что длина первого участка линии составляет всего 1 м. Таким образом, электрическое сопротивление этого участка достаточно мало, по сравнению с другими участками, длина которых составляет десятки и сотни метров, и им можно пренебречь. Фактически, получаем, что узел №1 (см. рис. 2) перемещается на шины РУ-0,4 кВ ТП. В данной ситуации получается, что нужно использовать для расчётов удельную нагрузку, определяемую для числа домов участка линии №2, то есть для 34 домов. Возникает ещё вопрос: «При какой длине участка №1 линии следует использовать удельную нагрузку, определяемую для суммарного количества домов?». Точного ответа на этот вопрос я не получил, но меня заверили, что в практических расчётах это значение достаточно велико (более десятка метров), поэтому нет необходимости в определении точной границы.

Хочу обратить внимание, что дело не в том, достаточной считают эту длину сторонники расчёта, или нет. Важно, что если бы был способ определить это значение, то была бы выявлена взаимосвязь между соотношениями потери напряжения на участках линии и расчётной нагрузкой на соответствующих участках.

Вопрос №2.

Зависит ли методика расчёта от длины линии между шинами РУ-0,4 кВ и трансформатором?

Ответ: не зависит.

Как правило, линия между трансформатором и шинами РУ-0,4 кВ выполняется шинопроводом или кабелем и её длина составляет несколько (около 10) метров. Но, представим, что РУ-0,4 кВ резервируется на напряжении 0,4 кВ от другой ТП или дизельной электростанции (см. рис. 3) кабельной или воздушной линией длиной несколько десятков (например, 50) метров.

Рис. 3. Схема резервирования ТП на стороне 0,4 кВ.

В аварийной ситуации трансформатор на ТП №1 отключается, и питание поступает через трансформатор ТП №2 по линии резервирования. В этой ситуации, получается, что перед участком №1 нашей схемы (см. рис. 2) добавляется ещё один участок. Шины РУ-0,4 кВ ТП №1 превращаются в узел с тремя ответвлениями (разумеется, от ТП отходит несколько линий) - линия №1 (40 домов), линия №2 (60 домов) и линия №3 (80 домов) - и питающей резервной линией. Нагрузка на резервную линию (а значит и потеря напряжения в линиях №1, №2 и №3) определяется по удельной нагрузке для суммарного количества (40+60+80=180) домов P 180 =0,586 кВт/дом.

Результаты расчётов для линии №1 (см. рис. 2) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Расчёт потери напряжения с учётом резервирования ТП на напряжении 0,4 кВ.

№ участка	Длина участка, м	Кол-во домов, шт.	Рр, кВт	ΔU, %	ΣΔU, %
1	40	40	23,44	0,42	0,42
2	60	34	19,924	0,53	0,95
3	270	26	15,236	1,83	2,77
4	70	11	6,446	0,20	2,97
5	90	11	6,446	0,26	3,23
6	20	1	4	0,63	3,86

Разница в значении потери в конце участка №6, по сравнению со схемой без резервирования, составляет 4,82-3,86=0,96%. Обращаю внимание, что сама конфигурация линии №1 не поменялась, и потери в резервной линии не учитывались. Просто из-за изменения конфигурации питающей схемы каким-то образом изменились (в сторону уменьшения) суммарные потери в рассматриваемой линии. В этой ситуации сразу напрашивается следующий вопрос (см. вопрос №3).

Вопрос №3.

Какие мероприятия приводят к уменьшению суммарной потери напряжения в линии?

Ответ: увеличение сечения проводника, уменьшение нагрузки на линию (дробление нагрузки и прокладка дополнительных линий от ТП).

Предположим, в узле №1 (см. рис. 2) в результате дополнительного ответвления увеличилось количество домов с 6 до 26 шт. Теперь удельная нагрузка изменилась, так как поменялось суммарное количество домов - было 40, стало 60; P 60 =0,69 кВт/дом. Результаты расчётов для этого случая приведены в табл. 3.

Таблица 3. Расчёт потери напряжения при увеличении числа домов на линии.

№ участка	Длина участка, м	Кол-во домов, шт.

Как видим, величина суммарной потери напряжения в конце участка №6 снизилась со значения 4,82% до значения 4,68%, хотя, по логике, при увеличении нагрузки это значение должно было возрасти. Но, согласно методике, к мероприятиям по уменьшению суммарной потери напряжения в линии, следует добавить также увеличение количества домов на линии. Этот абсурдный вывод так же показывает, что методика, приведённая выше, не работает.

Вопрос №4.

Всегда ли должно выполняться условие, когда сумма нагрузок участков линии, исходящих из узла, равна расчётной нагрузке участка, входящего в узел?

Ответ: всегда, за исключением ответвления ввода к одному дому.

Требование считать потери в ответвлении ввода к дому по расчётной нагрузке одного дома, видимо, вызвано соображениями о том, что в этом случае не идёт речь о совпадении максимумов, так как нет совпадения максимумов нагрузки разных потребителей в силу того, что потребитель просто-напросто один единственный.Рассмотрим участки №5 и №6 более подробно (см. рис. 2). На участке №6 в расчёте используется расчётная нагрузка одного дома, которая равна удельной нагрузке одного дома P р.1 =Р 1 =4 кВт. Не будем заменять на участке №5 распределённую нагрузку сосредоточенной и попробуем определить расчётную нагрузку на каждом отрезке между ответвлениями (вводами) к домам. На участке линии между домами №11 и №9 (№10), очевидно, следует использовать это же значение расчётной нагрузки. На отрезке между ответвлениями к домам №7 (№8) и №9 (№10) расчётная нагрузка уже определяется по удельной нагрузке всей линии:

N=3 дома, P 40 =0,76 кВт/дом, P р.3 =N·P 40 =3·0,76=2,28 кВт.

Здесь возникает законный вопрос: «Почему нагрузка трёх домов ниже, чем нагрузка одного дома?». Даже если 3 дома подключены к разным фазам линии, то даже в этом случае нагрузка по фазам не должна быть ниже 4 кВт. Если же дома подключены к одной и той же фазе, то даже с учётом несовпадения максимумов нагрузки, эта нагрузка никак не может быть ниже нагрузки одного дома, то есть 4 кВт. Сколько же домов нужно подключить, чтобы превысить нагрузку 4 кВт?

N=P р.1 /P 40 =4/0,76=5,3 ~ 6 домов.

Очевидно, что здесь в методике тоже наблюдается недочёт, так как в этом случае наблюдается занижение потери напряжения из-за необоснованного занижения расчётной нагрузки на участках ответвлений с количеством 5 домов и менее.

5. Ошибки методики расчёта потери напряжения с учётом несовпадения максимумов нагрузки

Вопросы, сформулированные к сторонникам вышеприведённой методики, наглядно показали её несостоятельность в отдельных случаях. Это не значит, что в остальных случаях всё хорошо, наоборот, примеры нестыковок в расчётах показывают, что расчёты по этой методике математически не обоснованы, и использовать её нельзя. Ниже перечислены основные ошибки, которые допущены при выводе методики.

Ошибка №1: не учитывается соотношение потери напряжения на разных участках.

Наглядно эта ошибка продемонстрирована в вопросе №3 (см. табл. 3). При увеличении количества домов потери напряжения на участке №1 несколько возросли (с 0,54% до 0,74%), зато на остальных участках потери уменьшились. Особенно нагляден участок №3. На нём потери напряжения уменьшились с 2,37 до 2,15%, то есть на ту же величину, на которую они увеличились на участке №1. Но, увеличение потери напряжения на участке №1 выглядит логично, так как увеличилась нагрузка на этом участке. Но вот как объяснить снижение потери напряжения на остальных участках, которые никак не относятся к добавленной нагрузке? И самое главное, как объяснить снижение суммарной величины потери напряжения в конце участков №3, №4, №5 и №6?

Если бы длина участка №1 была достаточно большая по сравнению с остальными участками (следовательно, и величина потери напряжения на этом участке была бы наибольшей), чтобы компенсировать снижение напряжения на остальных участках, то формально всё выглядело бы логично: увеличиваем нагрузку - увеличиваются суммарные потери в конце каждого участка (хоть и в пределах каждого участка линии, кроме первого, наблюдалось бы снижение величины потери напряжения). Следовательно, учёт соотношения потери напряжения между разными участками как-то выправил бы формально ситуацию, но, разумеется, несколько усложнил расчёты. Ещё раз отмечу, что вопрос снижения потери напряжения на отдельном участке всё равно остаётся открытым.

Ошибка №2: не учитывается высокая корреляция графиков однотипной нагрузки, а также графиков ответвлений и суммарного графика нагрузки.

Вся линия питает однотипную нагрузку, а именно, летние домики садовых товариществ. Для графиков нагрузки различных участков максимальное потребление (пики) мощности наблюдается приблизительно в одно и то же время, то есть можно говорить о высоком значении корреляции (взаимосвязи) этих графиков. В результате суммирования этих графиков получается график нагрузки, который обладает ещё большим значением корреляции к суммируемым графикам. На рис. 4 приведены графики нагрузок на разных ответвлениях линии (обозначены синим и красным цветами), а также их суммарный график нагрузки (обозначён чёрным цветом). В рассматриваемом примере (рис. 2) это узел №3 с двумя ответвлениями по 11 и 15 домов соответственно, а также участок №3 линии, на котором наблюдается суммирование графиков нагрузки этих ответвлений.

Рис. 4. Графики нагрузки ответвлений линии (красный и синий) и их суммарный график нагрузки (чёрный).

Между графиками ответвлений прослеживается положительная корреляция, то есть очевиден общий тренд к увеличению нагрузки в интервале времени с 9 до 18 часов, и её снижению в остальное время. В то же время видно, что есть интервалы времени, например, в районе 10 или 14 часов, когда на одном графике явно выражен пик нагрузки, а на другом пик отсутствует (10 часов), или даже наблюдается провал (14 и 16 часов). Таким образом, действительно, можно говорить о несовпадении графиков нагрузки несвязанных (то есть не соединённых последовательно) ответвлений линии, и это учитывается в расчётах снижением удельной нагрузки на питающем участке (участке №3). При этом наглядно продемонстрировано, что пики каждого отдельного ответвления и пики суммарного графика нагрузки практически совпадают по времени, что означает высокую положительную корреляцию графиков нагрузки последовательных участков линии. Следовательно, расчёты по методике с учётом несовпадения максимумов нагрузки приведут к занижению расчётной величины суммарной потери напряжения.

6. Расчёт потери напряжения по максимальной нагрузке на получасовом интервале

Ввиду недочётов методики расчёта суммарной потери напряжения с учётом несовпадения максимумов графиков нагрузок, приведённых выше, расчёты потери напряжения на участках следует вести по расчётной нагрузке, определяемой как максимальная нагрузка на получасовом интервале. Разбиение линии на участки см. на рис. 5; результаты расчёта приведены в табл. 4.

Рис. 5. Конфигурация магистральной линии с правильным разбиением на участки.

Таблица 4. Расчёт потери напряжения по расчётной (максимальной на получасовом интервале) нагрузке на участках линии.

№ участка	Длина участка, м	Кол-во домов, шт.

7. Выводы

Расчёт потери напряжения по методике с учётом несовпадения максимумов графиков нагрузки приводит к занижению расчётного значения.
Расчёт потери напряжения на участках линии следует выполнять по расчётной нагрузке участка; под расчётной следует понимать максимальную нагрузку на получасовом интервале.
Расчётная нагрузка на участке определяется по количеству домов, запитанных через данный участок, и по удельной нагрузке, определённой для этого количества домов.
Не допускается заменять распределённую нагрузку сосредоточенной, приложенной в середине участка из-за различия удельных нагрузок на участках.
Суммарное значение потери напряжения в линии от ТП до дома №11 составило:

при расчёте по методике с учетом несовпадения максимумов нагрузок - 4,82%;
при расчёте по максимальной нагрузке на получасовом интервале - 6,53%.

Разница составляет 1,71%.

8. Литература

СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».
РД 34.20.185-94 «Инструкция по проектированию городских электрических сетей».
Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учеб.для проф. учеб. заведений. / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин, В. А. Яшков - М.: Высш. шк., 2001.
Практическое пособие по электрическим сетям и электрооборудованию / С. Л. Кужеков, С. В. Гончаров. - Ростов н/Д.: Феникс, 2007.

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.

Результат понижения напряжения

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:

Некорректная работа энергозависимых установок, оборудования, осветительных приборов.
Отказ работы электроприборов при сниженном показателе напряжения на входе, выход оборудования из строя.
Снижение ускорения вращающего момента электродвигателей при пусковом токе, потери учитываемой энергии, отключение двигателей при перегреве.
Неравномерное распределение токовой нагрузки между потребителями на начале линии и на удаленном конце протяженного провода.
Работа осветительных приборов на половину накала, за счет чего происходят недоиспользование мощности тока в сети, потери электроэнергии.

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.

Причины падения напряжения

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:

Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.

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.

Расчет с применением формулы

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:

Удельное сопротивление провода - p.
Длина токопроводящего кабеля - l.
Площадь сечения проводника - S.
Сила тока нагрузки в амперах - I.
Сопротивление проводника - R.
Напряжение в электрической цепи - U.

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.

Проведение сложных расчетов

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:

P, Q - активная, реактивная мощность.
r0, x0 - активное, реактивное сопротивление.
U ном - номинальное напряжение.

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:

от электрощита в конец линии;
от электрощита с равномерным распределением по длине кабеля;
от электрощита к двум совмещенным линиям с равномерным распределением 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.

Использование готовых таблиц

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.

Применение сервис-калькулятора

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:

Онлайн-калькулятор разработан для быстрого выполнения расчетов на основе исходных данных.
В калькулятор нужно ввести следующие величины - ток (переменный, постоянный), проводник (медь, алюминий), длина линии, сечение кабеля.
Обязательно вводят параметры по количеству фаз, мощности, напряжению сети, коэффициенту мощности, температуре эксплуатации линии.
После введения исходных данных программа определяет падение напряжения по линии кабеля с максимальной точностью.
Недостоверный результат можно получить при ошибочном введении исходных величин.

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.

Как сократить потери

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:

Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.

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.

Это интересно: