Что такое потеря напряжения

Что такое потери напряжения и причины образования потерь напряжения

Для понимания, что такое потеря напряжения , рассмотрим векторную диаграмму напряжения трехфазной линии переменного тока (рис. 1) с одной нагрузкой в конце линии ( I ).

Предположим, что вектор тока разложен на составляющие I а и I р. На рис. 2 в масштабе построены векторы фазного напряжения в конце линии U 3ф и тока I , отстающего от него по фазе на угол φ2 .

Для получения вектора напряжения в начале линии U1 ф следует у конца вектора U 2ф построить в масштабе напряжения треугольник падений напряжения в линии (abc). Для этого вектор а b , равный произведению тока на активное сопротивление линии ( I R), отложен параллельно току, а вектор b c , равный произведению тока на индуктивное сопротивление линии ( I Х), — перпендикулярно вектору тока. При этих условиях прямая, соединяющая точки О и с, соответствует величине и положению в пространстве вектора напряжения в начале линии ( U1 ф) относительно вектора напряжения в конце линии ( U2 ф). Соединив концы векторов U1 ф и U2 ф, получим вектор падения напряжения на полном сопротивлении линии ac=IZ.

Рис. 1. Схема с одной нагрузкой на конце линии

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений для линии с одной нагрузкой. Потери напряжения в линии.

Условились называть потерей напряжения алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии, т. е. отрезок ad или почти равный ему отрезок ас’.

Векторная диаграмма и выведенные из нее соотношения показывают, что потеря напряжения зависит от параметров сети, а также от активной и реактивной составляющих тока или мощности нагрузки.

При расчете величины потери напряжений в сети активное сопротивление необходимо учитывать всегда, а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осветительных сетях и в сетях, выполненных сечениями проводов до 6 мм2 и кабелей до 35 мм2.

Определение потери напряжения в линии

Потерю напряжения для трехфазной системы принято обозначать для линейных величин определять по формуле

где l — протяженность соответствующего участка сети, км.

Если заменить ток мощностью, то формула примет вид:

где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность, кВар; l — протяженность участка, км; Uн — номинальное напряжение сети, кВ.

Изменение напряжения в линии

Допустимые потери напряжения

Для каждого приемника электроэнергии допускаются определенные потери напряжения . Например, асинхронные двигатели в нормальных условиях допускают отклонение напряжения ±5%. Это значит, что если номинальное напряжение данного электродвигателя составляет 380 В, то напряжения U ‘доп = 1,05 U н = 380 х1,05 = 399 В и U «доп = 0,95 U н = 380 х 0,95 = 361 В следует считать его предельно допустимыми значениями напряжения. Естественно, что все промежуточные напряжения, заключенные между значениями 361 и 399 В, также будут удовлетворять потребителя и составят некоторую зону, которую можно назвать зоной желаемых напряжений.

Так как при работе предприятия имеет место постоянное изменение нагрузки (мощность или ток, протекающий по проводам в данное время суток), то в сети будут иметь место и различные потери напряжения, изменяющиеся от наибольших значений, соответствующих режиму максимальной нагрузки dUma х, до наименьших dUmin , соответствующих минимальной нагрузке потребителя.

Для подсчета величины этих потерь напряжения следует воспользоваться формулой:

Из векторной диаграммы напряжений (рис. 2) следует, что действительное напряжение у приемника U2ф можно получить, если из напряжения в начале линии U1 ф вычесть величину dU ф, или, переходя к линейным, т. е. междуфазным напряжениям, получим U2 = U1 — dU

Расчет потерь напряжения

Пример. Потребитель, состоящий из асинхронных двигателей, подключен к шинам трансформаторной подстанции предприятия, на которых поддерживается постоянное в течение суток напряжение U1 = 400 В.

Наибольшая нагрузка потребителя отмечена в 11 ч утра, при этом потеря напряжения dUмакс = 57 В, или dUмакс % = 15%. Наименьшая нагрузка потребителя соответствует обеденному перерыву, при этом dUмин — 15,2 В, или dUмин % = 4%.

Необходимо определить действительное напряжение у потребителя в режимах наибольшей и наименьшей нагрузок и проверить лежи г ли оно в зоне желаемых напряжений.

Решение. Определяем действительные значения напряжений:

U2 макс = U1 — dUмакс = 400 — 57 = 343 В

U2 мин = U1 — dUмин = 400 — 15,2 = 384,8 В

Желаемые напряжения для асинхронных двигателей с Uн = 380 В должны удовлетворять условию:

399 ≥ U2 жел ≥ 361

Подставив в неравенство вычисленные значения напряжений, убеждаемся, что для режима наибольших нагрузок соотношение 399 > 343 > 361 не удовлетворяется, а для наименьших нагрузок 399 > 384,8 > 361 удовлетворяется.

Вывод. В режиме наибольших нагрузок потеря напряжения настолько велика, что напряжение у потребителя выходит за пределы зоны желаемых напряжений (снижается) и не удовлетворяет потребителя.

Этот пример можно проиллюстрировать графически потенциальной диаграммой рис. 3. При отсутствии тока напряжение у потребителя будет численно равно напряжению на питающих шинах. Так как потеря напряжения пропорциональна длине питающей линии, то напряжение при наличии нагрузки изменяется вдоль линии по наклонной прямой от величины U1 = 400 В до величины U2 макс = 343 В и величины U2 мин = 384,8 В.

Как видно из диаграммы, напряжение в режиме наибольшей нагрузки вышло из зоны желаемых напряжений (точка Б графика).

Таким образом, даже при постоянной величине напряжения на шинах питающего трансформатора, резкие изменения нагрузки могут создать у приемника недопустимую величину напряжения.

Кроме того, может оказаться, что при изменениях нагрузки в сети от наибольшей нагрузки в дневное время до наименьшей нагрузки в ночное время сама энергетическая система не сможет обеспечить должной величины напряжения на выводах трансформатора. В обоих этих случаях следует прибегнуть к средствам местного, главным образом, ступенчатого изменения напряжения.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Расчёт потерь напряжения в кабеле

Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.

Рис.1	Рис.2

При равенстве сопротивлений Zп 1 =Zп 2 =Zп 3 и Zн 1 =Zн 2 =Zн 3 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 Zп 1 =Zп 2 ).

Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения

Пояснения к расчёту

Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:

или (если известен ток)

где

Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:

или (если известен ток)

где

Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.

Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 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.

Что такое потеря напряжения

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?

1. Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.

Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

U=RI

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S, где

р — удельное сопротивление провода, Ом*мм 2 /м;

l — длина провода, м;

S — площадь поперечного сечения провода, мм 2 .

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм 2 /м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм 2 /м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.

Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм 2 . Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).

Учтите, что ток «бежит» по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому «пробегаемое» им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.

Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).

На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.

Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.

Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.

Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.

Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.

Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм 2 для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм 2 .

Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм 2 длинной 50 м.

Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм 2 не спасет. Тут выход один — это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.

Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.

Не забываем улыбаться:

Звонок мужу в командировку:
— Дорогой, а почему в кране нет воды?
— Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно.
— Милый, а почему газа нет?
— Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено.
— Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
— Пойди заплати за коммуналку, дура!

Падение напряжения в сети: что, почему, как и подробные факты

В данной статье описывается падение напряжения в сети и его характеристики. Линейное напряжение — это разность потенциалов между двумя фазами или линиями в многофазной системе. Высокое сопротивление является основной причиной падения напряжения в сети.

Падение напряжения становится решающим фактором в случае длинных кабелей или линий электропередачи. Чрезмерное падение напряжения в сети может повредить электроприборы, повредить их и сократить срок их службы. Чтобы свести к минимуму падение напряжения в линии, одним из эффективных способов является увеличение размера или диаметра проводника, что снижает общее сопротивление линии.

Что такое падение напряжения в линии передачи?

Полное сопротивление в линии передачи является основной причиной падения напряжения на ней. Импеданс формируется из параметров линии передачи, таких как сопротивление, индуктивность, емкость и шунтирующая проводимость.

Четыре параметра линии передачи суммируются, чтобы обеспечить полное сопротивление протеканию тока, и, таким образом, падение напряжения происходит по всей длине линии передачи. При нулевой нагрузке падение напряжения на обоих концах одинаково. В нагрузке, если падение напряжения увеличивается, напряжение на приемном конце линии уменьшается и наоборот. Линия передачи; Кредит изображения: Flickr

Что вызывает падение напряжения в сети?

Падение напряжения в линии является результатом действия множества факторов, присутствующих в линии передачи. Чрезмерная нагрузка, избыточные соединения, повышенное сопротивление проводника и т. д. являются причиной падения напряжения в сети.

Две основные причины падения напряжения в сети:

1. Падение напряжения в линии из-за индуктивного сопротивления почти в 10 раз превышает общее падение напряжения на сопротивлении линии.
2. Падение напряжения, вызванное высоким сопротивлением линии, является номинальным по сравнению с индуктивное сопротивление падение напряжения.

Формула падения напряжения в сети?

Существуют две разные формулы для расчет падения напряжения в однофазном и трехфазном исполнении. В случае однофазной системы имеется только одна линия электропередачи. В случае трехфазной системы есть три линии электропередач.

Падение линейного напряжения для одной фазы равно –

Падение линейного напряжения для трех фаз –

Где Z = импеданс линии

I = ток нагрузки

L = длина в футах (деленная на 1,000, поскольку стандартные значения импеданса даны на каждые 1,000 футов)

Часто задаваемые вопросы

График падения напряжения в сети

Максимальное падение напряжения 3% допустимо через провод из любого материала. Вот график падения напряжения на 3% при однофазном подключении для 110 вольт. Изображение кредита: Pinterest

Резистор падения сетевого напряжения

Хотя каждый резистор падает потенциал, когда через него проходит ток, гасящий резистор — это специальное оборудование, используемое для снижения напряжения. Он включается последовательно с нагрузкой, чтобы снизить напряжение нагрузки.

Единственной целью использования резистора, снижающего напряжение в сети, является обеспечение цепи дополнительным сопротивлением. Падение напряжения можно рассчитать, просто используя общий закон Ома.

Падение напряжения воздушной линии

Воздушная линия представляет собой электрический кабель, передающий электрическую энергию на большие площади или в электровозы. Как правило, воздушные линии имеют более высокую падение напряжения чем подземные кабели.

В воздушных линиях индуктивность намного выше, чем индуктивность изолированных подземных кабелей. Поскольку падение напряжения увеличивается с индуктивностью, более высокое падение напряжения происходит в воздушных линиях той же длины. Кроме того, большее расстояние между проводниками вызывает падение напряжения в воздушных линиях.

Расчет падения напряжения в воздушной линии

Падение напряжения в воздушной линии может быть получено либо точным, либо приближенным методом. В последнем падение напряжения

где I = линейный ток, R = сопротивление, X = реактивное сопротивление, а тета — фазовый угол.

В точном методе еще одна величина E_s или добавляется напряжение источника. Таким образом, точное падение напряжения в сети

покупкаθ и грехθ также известны как коэффициент мощности и реактивный коэффициент нагрузки соответственно.

Падение напряжения в линии конденсатора

Проводники, присутствующие в линии передачи, образуют конденсатор, действующий как параллельные пластины, а воздух работает как диэлектрическая среда. Емкость зависит от длины линии и усиливает ток в линии.

Емкость в линии передачи зависит от формы, размера и расстояния между проводниками. Поскольку емкость обратно пропорциональна напряжению, меньшая емкость приведет к большему падению напряжения в линии передачи. Точно так же высокое значение емкости приведет к низкому падению напряжения.

Падение напряжения в сети

Линии снабжения представляют собой комбинацию длинных электрических проводов и поддерживающих их конструкций для передачи электроэнергии.

Многие факторы, такие как нагрузка, слишком много проводников, высокое сопротивление и т. д., вызывают падение напряжения в линии питания. Для ответвленной цепи или отдельного фидера рекомендуемое падение напряжения в проводниках составляет не более 3%. Суммарное падение напряжения двух не должно превышать уровень 5%.

Падение напряжения на линейном дросселе

Сетевой дроссель — это электрический компонент (в основном индуктор), который можно использовать для защиты полупроводниковых устройств, таких как частотно-регулируемые приводы и другие устройства, от переходных процессов, скачков напряжения и скачков напряжения.

Процент, указанный в линейном дросселе, не является мерой падения напряжения на нем. Поскольку реактивное сопротивление является индуктивным, а напряжение находится в фазе с током, падение напряжения тангенциально линейному току. Так что, если у нас есть сетевой дроссель 5%, падение напряжения на нем может быть где-то около 2-3% от общего напряжения.

Падение напряжения линейного регулятора

Линейный регулятор напряжения это устройство, поддерживающее определенное напряжение. Входное напряжение в линейном стабилизаторе всегда больше, чем выходное напряжение. Эта разница в напряжении заставляет работать линейный регулятор.

Линейные или понижающие регуляторы управляют заданным напряжением и снабжают нагрузку электрической энергией. Регулируемое напряжение иногда оказывается разным из-за падения напряжения в соединенных линиях. Падение напряжения зависит от сопротивления или полного сопротивления между нагрузкой и линейным регулятором.

Расчет падения напряжения между линией и нейтралью

Для однофазной системы напряжение линии к нейтрали является более низким напряжением (обычно 120 вольт). Это напряжение между нейтралью и одной из линий. Падение напряжения между линией и нейтралью составляет однофазное значение на 2.

Для трехфазной электрической системы мы можем найти напряжение между линией и нейтралью, используя тот же процесс. Это более низкое напряжение (обычно 277-347 Вольт). Это напряжение между нейтралью и одной из трех фазных линий. Падение напряжения между линией и нейтралью равно трехфазному значению на √3.

Линейное падение напряжения питания

Когда в линиях используются регуляторы электропитания, они регулируют заданное напряжение для снабжения нагрузки электрической энергией. В ряде случаев регулируется напряжение сталкивается с колебаниями из-за падения напряжения на линии.

Влияние сильного тока на падение напряжения больше, чем слабого тока. Если электричество разделить в соответствии с областью и потребляемой нагрузкой, произойдет снижение напряжения между контролируемым напряжением и областью, где требуется мощность. Это снижение мощности зависит от сопротивления, существующего между контроллером и нагрузкой.

Потери в линии в зависимости от падения напряжения

Потери в линии передачи относятся к потерям мощности из-за различных потерь, таких как омические потери, потери в меди, диэлектрические потери и т. д. Падение напряжения в линия электропередачи это потеря потенциала, вызванная всеми факторами импеданса.