Ztráty a poklesy napětí - jaké jsou rozdíly

V běžném lidském životě se slova „ztráta“ a „pád“ používají k označení faktu poklesu určitých úspěchů, znamenají však jinou hodnotu.

V tomto případě „ztráty“ znamenají ztrátu dílu, poškození, zmenšení velikosti dříve dosažené úrovně. Ztráty jsou nežádoucí, ale můžete je tolerovat.

Slovo „pád“ je chápáno jako vážnější újma spojená s úplným zbavením svéprávnosti. Tedy i občas se vyskytující ztráty (řekněme portfolio) v průběhu času mohou vést k poklesu (například úrovně materiálního života).

V tomto ohledu budeme tuto otázku zvažovat ve vztahu k napětí elektrické sítě.

Jak vznikají ztráty a poklesy napětí

Elektřina je přenášena na velké vzdálenosti nadzemním vedením z jedné rozvodny do druhé.

Nadzemní vedení jsou určena k přenosu přípustného výkonu a jsou vyrobena z kovových drátů určitého materiálu a průřezu. Vytvářejí odporovou zátěž s hodnotou odporu R a jalovou zátěží X.

Na přijímací straně stojí transformátorpřeměna elektřiny.Jeho cívky mají aktivní a výrazný indukční odpor XL. Sekundární strana transformátoru snižuje napětí a přenáší je dále ke spotřebitelům, jejichž zátěž je vyjádřena hodnotou Z a je aktivní, kapacitní a indukční povahy. To má vliv i na elektrické parametry sítě.

Napětí přivedené na vodiče podpěry venkovního vedení, nejblíže k rozvodně přenosu energie, překonává jalový a činný odpor obvodu v každé fázi a vytváří v něm proud, jehož vektor se odchyluje od vektoru el. přiložené napětí o úhel φ.

Charakter rozložení napětí a toku proudů podél vedení pro režim symetrické zátěže je znázorněn na fotografii.

Protože každá fáze linky napájí jiný počet spotřebičů, kteří jsou také náhodně odpojeni nebo připojeni k práci, je technicky velmi obtížné dokonale vyrovnat fázové zatížení. Vždy je v něm nerovnováha, která je určena vektorovým sčítáním fázových proudů a zapsána jako 3I0. Ve většině výpočtů je jednoduše ignorován.

Energie spotřebovaná vysílací rozvodnou je částečně vynaložena na překonání odporu vedení a dostane se na přijímací stranu s malou změnou. Tento zlomek je charakterizován ztrátou a úbytkem napětí, jehož amplituda vektoru mírně klesá a je v každé fázi posunut o úhel.

Jak se počítají ztráty a úbytek napětí

Pro pochopení procesů probíhajících při přenosu elektřiny je vektorová forma vhodná pro znázornění hlavních charakteristik. Na této metodě jsou založeny i různé matematické výpočetní metody.

Pro zjednodušení výpočtů v třífázový systém je reprezentován třemi jednofázovými ekvivalentními obvody. Tato metoda funguje dobře se symetrickým zatížením a umožňuje analyzovat procesy, když je porušena.

Ve výše uvedených diagramech jsou aktivní R a reaktance X každého vodiče vedení zapojeny do série s komplexním zatěžovacím odporem Zn charakterizovaným úhlem φ.

Dále je proveden výpočet úbytku napětí a úbytku napětí v jedné fázi. Chcete-li to provést, musíte zadat údaje. Pro tento účel je vybrána rozvodna, která přijímá energii, kde již musí být stanoveno přípustné zatížení.

Hodnota napětí jakéhokoli vysokonapěťového systému je již uvedena v referenčních knihách a odpory vodičů jsou určeny jejich délkou, průřezem, materiálem a konfigurací sítě. Maximální proud v obvodu je nastaven a omezen vlastnostmi vodičů.

Pro zahájení výpočtů tedy máme: U2, R, X, Z, I, φ.

Vezmeme jednu fázi, například «A» a oddělíme pro ni v komplexní rovině vektory U2 a I, posunuté o úhel φ, jak je znázorněno na obrázku 1. Potenciální rozdíl v aktivním odporu vodiče se shoduje ve směru s proudem a ve velikosti se určí z výrazu I ∙ R. Tento vektor odložíme z konce U2 (obr. 2).

Potenciální rozdíl reaktance vodiče se liší od směru proudu o úhel φ1 a vypočítá se ze součinu I ∙ X. Odložíme jej od vektoru I ∙ R (obr. 3).

Připomenutí: pro kladný směr otáčení vektorů v komplexní rovině se provádí pohyb proti směru hodinových ručiček. Proud protékající indukční zátěží se o úhel zpožďuje za aplikovaným napětím.

Obrázek 4 ukazuje vynesení vektorů rozdílu potenciálů na celkovém odporu vodiče I ∙ Z a napětí na vstupu obvodu U1.

Nyní můžete porovnat vstupní vektory s ekvivalentním obvodem a napříč zátěží. K tomu položte výsledný diagram vodorovně (obr. 5) a nakreslete oblouk od začátku s poloměrem modulu U1, dokud se neprotne se směrem vektoru U2 (obr. 6).

Obrázek 7 ukazuje zvětšený trojúhelník pro větší názornost a nakreslení pomocných čar, označujících charakteristické průsečíky s písmeny.

Ve spodní části obrázku je znázorněno, že výsledný vektor ac se nazývá úbytek napětí a ab se nazývá ztráta. Liší se velikostí a směrem. Pokud se vrátíme k původnímu měřítku, uvidíme, že ac je výsledkem geometrického odečítání vektorů (U2 od U1) a ab je aritmetika. Tento proces je znázorněn na obrázku níže (obr. 8).

Odvození vzorců pro výpočet ztrát napětí

Nyní se vraťme k obrázku 7 a povšimněme si, že segment bd je velmi malý. Z tohoto důvodu se ve výpočtech zanedbává a úbytek napětí se počítá z délky segmentu ad. Skládá se ze dvou úseček ae a ed.

Protože ae = I ∙ R ∙ cosφ a ed = I ∙ x ∙ sinφ, lze ztrátu napětí pro jednu fázi vypočítat podle vzorce:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Pokud předpokládáme, že zátěž je ve všech fázích symetrická (podmíněně zanedbáme 3I0), můžeme matematickými metodami vypočítat ztrátu napětí ve vedení.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Pokud se pravá strana tohoto vzorce vynásobí a vydělí síťovým napětím Un, pak dostaneme vzorec, který nám umožňuje provést pVýpočet ztrát napětí přes napájecí zdroj.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Hodnoty činného P a jalového Q výkonu lze převzít z odečtů měřiče.

Ztráta napětí v elektrickém obvodu tedy závisí na:

• aktivní a reaktance obvodu;

• komponenty aplikované energie;

• velikost přiloženého napětí.

Odvození vzorců pro výpočet příčné složky úbytku napětí

Vraťme se k obrázku 7. Hodnotu vektoru ac lze znázornit pomocí přepony pravoúhlého trojúhelníku ac. Už jsme vypočítali patu reklamy. Stanovme příčnou složku cd.

Obrázek ukazuje, že cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Pomocí získaných modelů provedeme malé matematické transformace a získáme příčnou složku úbytku napětí.

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

Stanovení vzorce pro výpočet napětí U1 na začátku elektrického vedení

Když známe hodnotu napětí na konci vedení U2, ztrátu ∆Ul a příčnou složku poklesu δU, můžeme pomocí Pythagorovy věty vypočítat hodnotu vektoru U1. V rozšířené podobě má následující podobu.

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

Praktické použití

Výpočet ztrát napětí provádějí inženýři ve fázi vytváření projektu elektrického obvodu pro optimální výběr konfigurace sítě a jejích prvků.

Při provozu elektroinstalace lze v případě potřeby periodicky provádět souběžná měření vektorů napětí na koncích vedení a porovnávat výsledky získané metodou jednoduchých výpočtů.Tato metoda je vhodná pro zařízení, která mají zvýšenou požadavky z důvodu potřeby vysoké přesnosti práce.

Ztráty napětí v sekundárních obvodech

Příkladem jsou sekundární obvody měřicích transformátorů napětí, které někdy dosahují délky několika set metrů a jsou přenášeny speciálním napájecím kabelem se zvýšeným průřezem.

Elektrické vlastnosti takového kabelu podléhají zvýšeným požadavkům na kvalitu přenosu napětí.

Moderní ochrana elektrických zařízení vyžaduje provoz měřicích systémů s vysokými metrologickými ukazateli a třídou přesnosti 0,5 nebo dokonce 0,2. Proto je nutné sledovat a brát v úvahu ztráty napětí, které jsou na ně aplikovány. V opačném případě může chyba, kterou vnesou do provozu zařízení, výrazně ovlivnit všechny provozní vlastnosti.

Ztráty napětí v dlouhých kabelových vedeních

Charakteristickým rysem konstrukce dlouhého kabelu je, že má kapacitní odpor v důsledku poměrně těsného uspořádání vodivých jader a tenké vrstvy izolace mezi nimi. Dále vychyluje vektor proudu procházející kabelem a mění jeho velikost.

Při výpočtu změny hodnoty I ∙ z je třeba vzít v úvahu vliv úbytku napětí na kapacitní odpor. Jinak se výše popsaná technologie nemění.

Článek uvádí příklady ztrát a úbytků napětí na venkovních elektrických vedeních a kabelech. Nacházejí se však u všech spotřebitelů elektřiny, včetně elektromotorů, transformátorů, induktorů, kondenzátorových baterií a dalších zařízení.

Výše napěťových ztrát pro každý typ elektrického zařízení je z hlediska provozních podmínek právně upravena a princip jejich stanovení ve všech elektrických obvodech je stejný.