Gubici i padovi napona - koje su razlike

U običnom ljudskom životu riječi "gubitak" i "pad" koriste se za označavanje činjenice smanjenja određenih postignuća, ali označavaju drugu vrijednost.

U ovom slučaju «gubici» označavaju gubitak dijela, oštećenje, smanjenje veličine prethodno postignute razine. Gubici su nepoželjni, ali možete ih tolerirati.

Riječ "pad" shvaća se kao teža šteta povezana s potpunim lišenjem prava. Dakle, čak i povremeni gubici (recimo, portfelj) s vremenom mogu dovesti do pada (primjerice, razine materijalnog života).

S tim u vezi, razmotrit ćemo ovo pitanje u odnosu na napon električne mreže.

Kako nastaju gubici i padovi napona

Električna energija se prenosi na velike udaljenosti nadzemnim vodovima od jedne trafostanice do druge.

Nadzemni vodovi projektirani su za prijenos dopuštene snage i izrađeni su od metalnih žica određenog materijala i presjeka. Oni stvaraju otporno opterećenje s vrijednošću otpora R i jalovim opterećenjem X.

Na prijemnoj strani stoji transformatorpretvorba električne energije.Njegovi svici imaju aktivni i izraženi induktivni otpor XL. Sekundarna strana transformatora snižava napon i prenosi ga dalje do potrošača, čije se opterećenje izražava vrijednošću Z i aktivno je, kapacitivno i induktivno. To također utječe na električne parametre mreže.

Napon koji se primjenjuje na žice nosača nadzemnog voda, najbliže trafostanici za prijenos električne energije, svladava reaktivni i aktivni otpor kruga u svakoj fazi i stvara struju u njemu, čiji vektor odstupa od vektora dovedeni napon za kut φ.

Priroda raspodjele napona i toka struja duž linije za simetrični način opterećenja prikazana je na fotografiji.

Budući da svaka faza linije napaja različit broj potrošača koji su također nasumično isključeni ili priključeni na rad, tehnički je vrlo teško savršeno uravnotežiti fazno opterećenje. U njemu uvijek postoji neravnoteža, koja je određena vektorskim zbrajanjem faznih struja i zapisana kao 3I0. U većini izračuna jednostavno se zanemaruje.

Energija koju troši prijenosna trafostanica dijelom se troši na svladavanje otpora voda i s malom promjenom stiže do prijemne strane. Ovu frakciju karakterizira gubitak i pad napona, čiji vektor blago opada u amplitudi i pomiče se za kut u svakoj fazi.

Kako se izračunavaju gubici i pad napona

Kako bismo razumjeli procese koji se odvijaju tijekom prijenosa električne energije, vektorski oblik je prikladan za prikaz glavnih karakteristika. Razne matematičke metode izračuna također se temelje na ovoj metodi.

Kako bismo pojednostavili izračune u trofazni sustav prikazan je s tri jednofazna ekvivalentna kruga. Ova metoda dobro radi sa simetričnim opterećenjem i omogućuje analizu procesa kada je slomljen.

U gornjim dijagramima aktivni R i reaktancija X svakog vodiča voda spojeni su u seriju s kompleksnim otporom opterećenja Zn karakteriziranim kutom φ.

Dodatno se vrši proračun gubitka napona i pada napona u jednoj fazi. Da biste to učinili, morate navesti podatke. U tu svrhu odabire se trafostanica koja prima energiju, gdje već mora biti određeno dopušteno opterećenje.

Vrijednost napona bilo kojeg visokonaponskog sustava već je naznačena u referentnim knjigama, a otpori žica određeni su njihovom duljinom, presjekom, materijalom i konfiguracijom mreže. Maksimalna struja u krugu određena je i ograničena svojstvima žica.

Stoga, za početak izračuna, imamo: U2, R, X, Z, I, φ.

Uzmimo jednu fazu, na primjer, «A» i odvojimo za nju u kompleksnoj ravnini vektore U2 i I, pomaknute za kut φ, kao što je prikazano na slici 1. Razlika potencijala u aktivnom otporu vodiča podudara se u smjeru sa strujom i po veličini se određuje iz izraza I ∙ R. Ovaj vektor odgađamo od kraja U2 (slika 2).

Razlika potencijala u reaktanciji vodiča razlikuje se od smjera struje za kut φ1 i izračunava se iz umnoška I ∙ X. Odgađamo je od vektora I ∙ R (sl. 3).

Podsjetnici: za pozitivan smjer rotacije vektora u kompleksnoj ravnini uzima se gibanje suprotno od kazaljke na satu. Struja koja teče kroz induktivno opterećenje zaostaje za primijenjenim naponom za kut.

Na slici 4 prikazan je nacrt vektora razlike potencijala na ukupni otpor žice I ∙ Z i napon na ulazu sklopa U1.

Sada možete usporediti ulazne vektore s ekvivalentnim krugom i preko opterećenja. Da biste to učinili, postavite dobiveni dijagram vodoravno (slika 5) i nacrtajte luk od početka s polumjerom modula U1 dok se ne siječe sa smjerom vektora U2 (slika 6).

Na slici 7 prikazano je povećanje trokuta radi veće preglednosti i crtanje pomoćnih linija, koje slovima označavaju karakteristične točke sjecišta.

Na dnu slike prikazano je da se rezultirajući vektor ac naziva pad napona, a ab gubitak. Razlikuju se po veličini i smjeru. Ako se vratimo na izvorno mjerilo, vidjet ćemo da je ac dobiven kao rezultat geometrijskog oduzimanja vektora (U2 od U1), a ab je aritmetika. Ovaj proces je prikazan na slici ispod (Sl. 8).

Izvođenje formula za proračun gubitaka napona

Sada se vratimo na sliku 7 i primijetimo da je segment bd vrlo malen. Zbog toga se zanemaruje u proračunima, a gubitak napona se izračunava iz duljine segmenta ad. Sastoji se od dva segmenta ae i ed.

Budući da je ae = I ∙ R ∙ cosφ i ed = I ∙ x ∙ sinφ, tada se gubitak napona za jednu fazu može izračunati po formuli:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Ako pretpostavimo da je opterećenje simetrično u svim fazama (uvjetno zanemarimo 3I0), možemo matematičkim metodama izračunati gubitak napona u vodu.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Ako desnu stranu ove formule pomnožimo i podijelimo s mrežnim naponom Un, tada dobivamo formulu koja nam omogućuje da izvršimo pIzračun gubitaka napona kroz napajanje.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Vrijednosti aktivne P i reaktivne Q snage mogu se uzeti iz očitanja vodomjera.

Dakle, gubitak napona u električnom krugu ovisi o:

• aktivna i reaktancija kruga;

• komponente primijenjene snage;

• veličina primijenjenog napona.

Izvođenje formula za izračunavanje transverzalne komponente pada napona

Vratimo se na sliku 7. Vrijednost vektora ac može se prikazati hipotenuzom pravokutnog trokuta acd. Već smo izračunali stopu oglasa. Odredimo transverzalnu komponentu cd.

Slika pokazuje da je cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Koristeći dobivene modele izvodimo male matematičke transformacije i dobivamo transverzalnu komponentu pada napona.

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

Određivanje formule za izračunavanje napona U1 na početku dalekovoda

Poznavajući vrijednost napona na kraju voda U2, gubitak ∆Ul i transverzalnu komponentu pada δU, možemo izračunati vrijednost vektora U1 pomoću Pitagorinog poučka. U proširenom obliku ima sljedeći oblik.

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

Praktična upotreba

Izračun gubitaka napona provode inženjeri u fazi izrade projekta električnog kruga za optimalan odabir konfiguracije mreže i njezinih sastavnih elemenata.

Tijekom rada električnih instalacija, po potrebi, mogu se povremeno provoditi istodobna mjerenja vektora napona na krajevima vodova i uspoređivati ​​rezultati dobiveni metodom jednostavnih proračuna. Ova metoda je prikladna za uređaje koji imaju povećane zahtjevi zbog potrebe za velikom preciznošću rada.

Gubici napona u sekundarnim krugovima

Primjer su sekundarni krugovi mjernih naponskih transformatora, koji ponekad dosežu i nekoliko stotina metara duljine, a prenose se posebnim energetskim kabelom povećanog presjeka.

Električne karakteristike takvog kabela podliježu povećanim zahtjevima za kvalitetu prijenosa napona.

Suvremena zaštita električne opreme zahtijeva rad mjernih sustava s visokim mjeriteljskim pokazateljima i razredom točnosti od 0,5 ili čak 0,2. Stoga se moraju pratiti i uzeti u obzir gubici napona primijenjenog na njih. Inače, pogreška koju unose u rad opreme može značajno utjecati na sve radne karakteristike.

Gubici napona u dugim kabelskim vodovima

Značajka dizajna dugog kabela je da ima kapacitivni otpor zbog prilično bliskog rasporeda vodljivih jezgri i tankog sloja izolacije između njih. Dalje skreće strujni vektor koji prolazi kroz kabel i mijenja njegovu veličinu.

Učinak pada napona na kapacitivni otpor mora se uzeti u obzir u proračunu za promjenu vrijednosti I ∙ z. U suprotnom, gore opisana tehnologija se ne mijenja.

U članku su prikazani primjeri gubitaka i padova napona na nadzemnim dalekovodima i kabelima. Međutim, nalaze se u svim potrošačima električne energije, uključujući elektromotore, transformatore, induktore, kondenzatorske baterije i druge uređaje.

Visina gubitaka napona za svaku vrstu električne opreme zakonski je regulirana u pogledu radnih uvjeta, a princip njihovog određivanja u svim električnim krugovima je isti.