Системы Безопасности
Блог Эдуарда Валитова
Сегодня-это завтра о котром мы позаботились вчера
Расчет падения напряжения в кабеле формула и причины
Доброго дня, уважаемые гости и читатели нашего блога! Сегодня мы хотели бы рассказать Вам о том, как выбрать электрический провод для системы энергоснабжения объекта так, чтобы
не пришлось кусать локти, сетуя на скачки напряжения или нехватку мощности для одновременного питания всего комплекса оборудования.
Основной акцент в этом деле делаем на диаметр провода для проходящего по нему тока, и расчет падения напряжения в кабеле как раз и призван решить эту задачу.
Давайте вместе выясним, как производится расчет, а также узнаем, каким образом можно увеличить показатель силового напряжения электрической сети, повысив тем самым безопасность электроустановок.
Что нам нужно знать?
Всем известно, что кабельная проводка передает электроэнергию от источника – линии электропередачи – к конечному потребителю – жилым, административным зданиям, строительным объектам и т.п.
При движении тока по металлическому проводу часть энергии теряется в нем из-за сопротивления току самого металла.
Поэтому потребителю достается не та часть электричества, которая отошла от источника, а несколько меньшая с учетом потерь при движении тока.
Для обеспечения оптимального распределения нагрузки и стабильности напряжения провод для электрической сети необходимо выбирать определенного размера – сечения, которое определяет диаметр провода.
Падение напряжения будет также зависеть от длины проводника.
Расчетная величина падения не должна сильно отклоняться от исходного нормативного значения.
При увеличении подключаемой нагрузки также возрастают препятствия для прохождения тока.
Кроме того, при небольшой силе тока увеличивается сопротивление проводника, поэтому происходит падение напряжения, ведь все мы из школы помним математическую зависимость:
I = U / R.
Поэтому, если взять два разных по длине проводника одинакового сечения, то потери выше у более длинного из них.
Следовательно, при прокладке токоведущего кабеля для ЛЭП или других электрических установок основным критерием наряду с сечением проводника выступает его длина.
А можно ли рассчитать эту величину в обычных бытовых условиях, используя подручные средства?
Разумеется, определить снижение напряжения мы сможем тремя способами:
Важно. Значение этой величины может быть минимальным — от 0,1 В. Советуем применять для измерения приборы не ниже класса точности 0,2.
Причины падения напряжения
В большинстве случае для монтажных работ выбор останавливают на жилах двух сортов металла. Это:
Они защищены изоляционной обмоткой.
Реже применяют термоусадку для самостоятельной изоляции жильных проводов.
То есть задача изоляции – создать диэлектрическую оболочку для проводника,
потому как в одном кабеле все провода лежат очень плотно друг к другу.
При протяженных линиях сердечники под обмоткой создают некоторый заряд с ёмкостным сопротивлением, по причине чего и возникает падение напряжения.
Оно происходит по следующему алгоритму.
Данную схему можно представить графически: горизонтальная прямая линия, выходящая из определенной точки – сила тока.
Из той же точки выходит линия входного напряжения U1 и линия выходного напряжения U2, первая под большим, а вторая под меньшим углом к вектору силы тока.
Падение напряжения будет равно геометрической разнице между направлениями U1 и U2.
На рисунке – отрезок AB и есть падение, это гипотенуза треугольника.
Катеты BC и AC – показатели понижения напряжения с учетом реактивного и активного сопротивлений.
Линия AD – это значение энергетических потерь.
Эту схему удобно применять, когда нет доступного способа описать показатель понижения напряжения математически, т.к. вручную его рассчитывать довольно трудно.
Результат падения напряжения
А что становится результатом этого процесса в фундаментальном смысле?
Давайте посмотрим, что происходит при снижении этой характеристики электрической энергии.
В соответствии с нормативной документацией ПУЭ, потери при движении тока от трансформаторной подстанции до самого отдаленного участка по электрической нагрузке для населенного пункта должны быть не более 9 %.
При этом потери в размере 4 % разрешаются от главного ввода до потребителя электроэнергии, а 5 % – от трансформатора до главного ввода.
В трехфазных коммуникациях нормативный показатель по ГОСТ 29322-2014 составляет 400 В ± 10 % при нормальной эксплуатации линии.
Отклонение этой величины от норматива может приводить к следующим результатам для стационарных объектов или электрических приборов.
Нормальным значением для потерь при стандартном рабочем режиме электролинии является 5 %.
Эту величину допускается принимать для электросетей на этапе проекта.
Относительно токов большой мощности строятся протяженные электрические магистрали.
Важно. К устройству ЛЭП на всех стадиях предъявляются высокие требования. Поэтому важно просчитывать потери на всех участках магистрали, от главного магистрального пути до линий второстепенного назначения.
Рассчитываем падение напряжения
При вычислении обязательно учитываем активное и реактивное сопротивления, составляющие комплексное (общее) сопротивление цепи, а также мощность.
Формула для расчета этого показателя на участке цепи длиной L выглядит так:
Как мы сказали выше, на практике допускаются отклонения от нормативного показателя по ПУЭ. Разрешенные пределы отклонения:
В итоге вычисления мы получим процентный показатель.
Приведем пример.
Суммарная потребляемая мощность всех приборов в доме – 2 кВт.
Все приборы подключены к сети.
Тогда сила тока I = 2 * 1000/220 = 9 А.
Далее нам необходимо знать формулу расчета потерь напряжения.
Она выглядит следующим образом:
∆U = (I * р * L) / S.
Используя эту формулу, получаем потери в кабеле:
∆U = (I * R / U) * 100 % = 2 (два провода) * 0,0175 / 1,5 * 30 = 0,7 Ом.
Тогда значение понижения напряжения будет равняться:
∆U = (9 * 0,7 / 220) * 100 % = 2,86 %.
Полученная величина вполне вписывает в нормативный по ПУЭ показатель 5 % отклонения.
Это значение, к тому же, очень выгодно для конечного потребителя, поскольку он получает электроэнергию полной мощности с потреблением электричества более низкого напряжения.
Это позволяет существенно снизить затраты потребителей на электроэнергию.
Еще один способ определения величины потерь напряжения предполагает использование таблицы, которая представлена в профильных методических указаниях для инженеров ЛЭП.
Там учтены все технические качества линии и оборудования, в зависимости от которых можно «достать» значение потерь для определенных условий эксплуатации.
Как уменьшить падение напряжения в электрической сети
При выполнении работ по прокладке кабеля сечение провода, взятое по допустимому понижению, превосходит таковую величину, выбранную по нагреву проводника.
Это приводит к удорожанию электричества для потребителя.
Как уменьшить этот показатель?
Ведь от него зависит итоговая цена за 1 кВт электроэнергии.
Опишем несколько способов сделать это.
Как уменьшить потери в кабеле
Потери напряжения приводят к дополнительным затратам.
Для того чтобы понизить этот показатель, можно воспользоваться следующими методами.
Замечание. Для того чтобы понизить сопротивление кабеля, а, соответственно, потери электричества в нем, можно попробовать улучшить вентиляцию в конструкциях кабеля и кабельных лотках.
Дорогие читатели, мы с Вами рассмотрели очередной вопрос, касающийся нашей безопасности в отношении электроснабжения, именно, узнали, как произвести правильный расчет падения напряжения.
Если информация была Вам полезна, порекомендуйте наш блог своим друзьям, подписывайтесь на нас в социальных сетях и будьте всегда под защитой!
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.
Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте support@ivtechno.ru
Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.
Расчет падения напряжения в кабеле
ГРЩ2.2. Показания фазных напряжений после первого участка кабельной линии
Как известно, сечение кабеля выбирается не только по его способности выдерживать без перегрева свой максимальный ток. Другой критерий выбора – его длина. От длины зависит такой важный параметр системы электропитания, как падение напряжения. Иначе говоря – потери на кабельной линии.
В бытовой электропроводке эта проблема практически не принимается во внимание, поскольку существенное влияние она оказывает на длинах кабелей от нескольких десятков метров. Хотя, я уже писал на эту тему статью про падение напряжения, но там основная причина потерь заключалась в большом токе.
В интернете эта тема раскрыта очень поверхностно, и когда я с ней столкнулся, очень долго разбирался. Вспомнил косинусы с синусами, нашёл свой старый калькулятор)) Пока разбирался, написал эту статью. Как обычно у меня и бывает).
В данной статье приведу расчеты и рекомендации, сделанные мной для крупного складского комплекса, введенного в эксплуатацию год назад.
Зачем нужен расчет потерь напряжения в кабеле
Предыстория такова. Проектировщикам выдали техническое задание на проект электроснабжения, в котором была указана мощность холодильных систем. Пока выполнялся проект и выделялись деньги на его реализацию, было куплено холодильное оборудование с потребляемой мощностью, в 2 раза превышавшей исходную. Кроме того, выяснилось, что реальное расстояние до подстанции будет почти в 2 раза больше…
В общем, дорогущее немецкое холодильное оборудование отказывается работать, все знают, что делать, но никто не хочет за это платить. Прошедшим летом из-за пониженного напряжения (линейное 340-360 В) сгорел компрессор стоимостью более 10 тыс.евро. Терпеть дальше это было нельзя. Меня попросили провести расчеты, мониторинг и измерения на системе питания, и дать рекомендации по решению проблемы.
Поскольку писал я этот отчет от лица фирмы, имеющей лицензию на энергоаудит, то этот документ будет иметь силу в предстоящей судебной тяжбе.
По ходу документа в цитатах буду давать комментарии и уточнения.
Введение
Было проведено обследование качество электроэнергии, поступающей от трансформаторной подстанции (ТП) по первому участку (440 м) до ГРЩ 2.2 и далее по вторым участкам (50 и 40 м) на холодильные установки (Система 12 и Система 14).
Схема структурная данной системы:
Схема кабельных линий от ТП до нагрузки. ДЭС – дизельная электростанция есть, но в данном случае не рассматривается.
Цель обследования – выявить причины значительного падения напряжения на кабельной линии.
В Систему 12 входят следующие потребители:
| Наименование | Установленная мощность, кВт | Макс.расчетный ток, А |
| Воздухоохладитель | 124,6 | 50,5 |
| Воздухоохладитель | 78,3 | 27,1 |
| Двигатели компрессоров | 100 | 132,7 |
| Двигатели вентиляторов | 13,7 | 29,7 |
| Итого | 316,6 | 240 |
В Систему 14 входят следующие потребители:
| Наименование | Установленная мощность, кВт | Макс.расчетный ток, А |
| Воздухоохладитель | 234,4 | 81,2 |
| Воздухоохладитель | 193,9 | 55,7 |
| Воздухоохладитель | 15,2 | 31,3 |
| Двигатели компрессоров | 396 | 525,6 |
| Двигатели вентиляторов | 66 | 144,3 |
| Итого | 905,5 | 838,1 |
Напряжение питания – 380…415 В.
Значения токов, мощностей и напряжения взяты из паспортных данных потребителей.
Предварительный расчет потерь напряжения в кабеле
По предварительному расчету, при напряжении на выходе ТП 415 В на холостом ходу (при выключенной нагрузке), при максимальной нагрузке допустимо падение 35 В, или 8,43%. В таком случае при максимальной нагрузке напряжение упадет до 380 В, что, согласно паспортным данным потребителей, является допустимым.
ТП содержит 2 трансформатора по 600 кВт, которые планировалось использовать по одному. Но из-за увеличения нагрузки их пришлось включить в параллель.
Согласно Своду правил по проектированию и строительству СП 31-110-2003, а также ГОСТ Р 50571.15-97 с учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной нагрузки в жилых и общественных зданиях не должны превышать 9%. Причем, из них 5% – на участке от ТП до ВРУ, и 4% – на участке от ВРУ до потребителя.
Согласно ГОСТ 29322-2014, номинальное линейное напряжение в трехфазных сетях должно составлять 400 В, а при нормальных условиях оперирования напряжение питания не должно отличаться от номинального напряжения больше чем на +-10%.
Исходя из этого, падение на 8,43% является обоснованным и соответствует Правилам и ГОСТам, принятым в РФ.
Расчет падения напряжения для 1-го участка
Внутренности ГРЩ2.2. Сверху – ввод от ТП на вводной контактор-защитный автомат, справа – шины от АВР (резерв – дизель), ниже – выходной автомат, и выходы на Системы.
Максимальный расчетный ток нагрузки, согласно паспортным данным, составляет 240 А для Системы 12 и 838,1 А для Системы 14. Следовательно, максимальный ток кабельной линии составляет 240+838,1=1078,1 А.
Общая установленная мощность, согласно паспортным данным, составляет 316,6 кВт для Системы 12, и 905,5 кВт для Системы 14. Следовательно, общая установленная мощность всей нагрузки составляет 316,6+905,5=1222,1 кВт.
Рассчитаем падение напряжения на кабельной линии 1-го участка от ТП до ГРЩ2.2 по формуле:
ΔU=√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L)
Исходные данные для расчета:
Подставив данные в формулы, получим, что для одного кабеля падение составит 239 В, или 57,75%. Тогда для имеющейся кабельной линии 1-го участка падение напряжения составит 59,8 В, или 14,43%.
Такое падение напряжения только на 1-м участке является недопустимым.
Это – основная формула. Я делал расчеты, используя калькулятор. Проверял полученные данные, используя программу Электрик (подпрограмма “Потери”).
Кроме того, мне здорово помог Игорь Кривулец (220blog.ru), за что ему большое спасибо! конце статьи будет видео на тему падения напряжения.
На всякий случай таблица активных и индуктивных сопротивлений алюминиевых и медных кабелей разного сечения:
Таблица активных и индуктивных сопротивлений алюминиевых и медных кабелей разного сечения
Результат обследования 2-го участка (Система 12)
После щита ГРЩ2.2 к нагрузке идёт второй участок кабельной линии на Систему 12, состоящей из одного кабеля АВВГ-нг-LS 5×185, длиной 50 м.
Данные для расчета:
Для имеющейся кабельной линии падение напряжения составит 3,67 В, или 0,88%.
Результат обследования 2-го участка (Система 14)
После щита ГРЩ2.2 к нагрузке идёт второй участок кабельной линии на Систему 14, состоящей из трех параллельно соединенных кабелей АВВГ-нг-LS 5×185 длиной 40 м.
Данные для расчета:
Для одного кабеля потеря напряжения составит 10,2 В, или 2,47%. Для имеющейся кабельной линии 2-го участка Системы 14 падение напряжения составит 3,4 В, или 0,82%.
Рекомендации по модернизации кабельных линий
Для данного максимального тока и длины линии необходимо выбрать другую кабельную линию участка 1, поскольку расчетное падение напряжения для этого участка является недопустимым. Исходя из данных предварительного расчета и данных падения напряжения на 2-х участках, падение напряжения на 1-м участке должно быть не более 7,55%.
Такой уровень потерь обеспечит кабельная линия, состоящая из 8 кабелей АВБбШв 4х240, включенных в параллель. То есть, к имеющимся кабелям (4 шт.) добавить дополнительные (4 шт.).
В результате, потери на кабельной линии участка 1 составят 7,2%, или 29,8 В.
Кабельные линии 2-х участков в модернизации не нуждаются.
Выводы
Для стабильной работы холодильного оборудования, согласно его паспортным данным, требуется напряжение с допустимыми пределами от 380 до 415 В.
Если учесть приводимые рекомендации, то при выходном напряжении ТП 415 В при максимальной нагрузке потери напряжения для Системы 12 будут 7,2+0,88=8,08%, или 33,6 В. В результате при максимальной нагрузке питающее напряжение Системы 12 составит не менее 381,4 В.
Для Системы 14 потери будут 7,2+0,82=8,02%, или 33,2 В. В результате при максимальной нагрузке питающее напряжение Системы 14 составит не менее 381,7 В.
Результаты измерений качества напряжения
Измерения проводились при помощи анализатора качества напряжения HIOKI 3197, который позволяет снимать все параметры напряжения онлайн.
Прибор предназначен для построения графиков различных параметров электропитания в реальном времени. HIOKI 3197 я уже использовал в анализе качества напряжения при проблемах с холодильниками. Если кому нужен такой прибор – обращайтесь!
Измерения проводились в точке подключения 2-го участка Системы 14 в разных режимах работы оборудования. 2-й участок Системы 12 не исследовался, поскольку к нему невозможно было получить доступ, не отключая питания ТП. Но поскольку Система 12 является маломощной по сравнению с Системой 14, для получения общей картины достаточно измерений, результаты которых приведены ниже на графиках.
Результат мониторинга напряжения
Результат мониторинга тока
Пояснения к графикам.
Пик потребления тока (включение нагрузки на 100% мощности) приходится на время 16:56. При этом фазное напряжение (усредненное по фазам) составляет 212 В (линейное – 367 В), ток 836 А.
Холостой ход трансформатора (нагрузка полностью отключена) приходится на 17:07. При этом фазное напряжение составляет 238 В (линейное – 412 В), ток 0 А.
При проведении измерений Система 12 была отключена.
По результатам проведенных измерений можно сделать выводы, что максимальное суммарное падение напряжения для Системы 14 составляет 45 В, или 11%.
Данные измерения подтверждают правильность сделанных расчетов и рекомендаций.
Фото подключения прибора HIOKI 3197 к кабельной линии в процессе измерений:
Подключение HIOKI 3197 для измерения параметров напряжения в реальном времени
Резервное питание
Резервное питание в ГРЩ 2.2 поступает от ДЭС (дизельной электростанции). Переключение производится через систему АВР (автоматический ввод резерва).
Параметры источника резервного питания:
Исходя из этих параметров, можно однозначно сделать вывод, что мощностей ДЭС и кабельной линии резервного питания с учетом падения напряжения хватит не более чем на половину максимальных потребностей нагрузки, что совершенно недопустимо.
Поэтому мониторинг качества питания по линии ДЭС проводить не имеет никакого смысла.
Для резервного питания в данном случае рекомендуется применить ДЭС мощностью не менее 1220 кВт. Кабельная линия должна содержать 5 кабелей АВБбШв 4х240, в таком случае падение напряжения до ГРЩ 2.2 будет составлять приемлемое значение 6,5%.
Скачать файл
В заключение – как и обещал, хорошая книжка по расчетом потери напряжения и потерям напряжения в кабеле. Будет очень интересна всем, кого заинтересовала эта статья. Сейчас таких книг уже не пишут.
• Карпов Ф. Ф. Как выбрать сечение проводов и кабелей, 1973 год / Брошюра из Библиотеки электромонтера. Приведены указания и расчеты, необходимые для выбора сечений проводов и кабелей до 1000 В. Полезно для тех, кто интересуется первоисточниками., zip, 1.57 MB, скачан: 4382 раз./
Ещё много книг можно у меня скачать тут.