Провід й кабелі призначені для передачі електроенергії споживачам. При цьому в протяженном провіднику падає напруга пропорційно його опору і величиною проходить струму. В результаті до споживача напруга подається дещо менше, ніж воно було у джерела (на початку лінії). По всій довжині дроту потенціал буде змінюватися через втрати в ньому. 
Втрати напруги в домашньому освітленні
Вибір перетину кабелю проводиться з метою забезпечення його працездатності при заданому максимальному струмі. При цьому слід враховувати його довжину, від якої залежить ще один важливий параметр - падіння напруги.
Величина проходить через провідник струму залежить від підключається навантаження. При її збільшенні зростають також втрати на нагрів.
На малюнку вище зображено схема подачі напруги на освітлення, де на кожному її ділянці позначені втрати напруги. Найбільш важливою є найбільш віддалена навантаження, і втрати напруги здебільшого виробляються для неї.
втрата напруги
Розрахунок втрати напруги Δ U на ділянці ланцюга довжиною L роблять за формулою:
ΔU = (P ∙ r0 + Q ∙ x0) ∙ L / Uном, де
- P і Q - потужності, Вт і вар (активна і реактивна);
- r0 і x0 - активний і реактивний опори лінії, Ом / м;
- Uном - номінальна напруга, В.
- Uном вказується в характеристиках електроприладів.
Згідно ПУЕ, допустимі відхилення напруги від норми такі:
- силові ланцюга - не вище ± 5%;
- схеми освітлення житлових приміщень і зовні будівель - до ± 5%;
- освітлення підприємств і громадських будівель - від +5% до -2,5%.
Загальні втрати напруги від трансформаторних підстанцій до найвіддаленішої навантаження в громадських і житлових будівлях не повинні перевищувати 9%. З них 5% відноситься до ділянки до головного введення і 4% від введення до споживача. Відповідно до ГОСТ 29322-2014 номінал напруги в трифазних мережах - 400 В. При цьому допускається відхилення від нього на ± 10% при нормальних умовах експлуатації.
Потрібно забезпечити рівномірне навантаження в трифазних лініях на 0,4 кВ. Тут важливо, щоб кожна фаза була навантажена рівномірно. Для цього електродвигуни підключаються до лінійним дротах, а освітлення - між фазами і нейтраллю, зрівнюючи таким чином навантаження по фазах.
В якості вихідних даних використовують значення струмів або потужностей. Для протяжних ліній враховується індуктивний опір, коли розраховують ΔU в лінії.
Опір x0 проводів приймають в діапазоні від 0,32 до 0,44 Ом / км.
Розрахунок втрат в провідниках виробляють за раніше наведеною формулою, де зручно розділити праву частину на активну і реактивну складові:
ΔU = P ∙ r0 ∙ L / Uном + Q ∙ x0 ∙ L / Uном,
підключення навантаження
Навантаження підключається різними способами. Найбільш поширені такі:
- підключення навантаження в кінці лінії (рис. а нижче);
- рівномірний розподіл навантажень по довжині лінії (рис. б);
- лінія L1, до якої підключена інша лінія L2 з рівномірно розподіленими навантаженнями (рис. в).
Схема, на якій показані способи підключення навантажень від електрощита
Розрахунок ЛЕП на втрату напруги
- Вибір середньої величини реактивного опору для жив з алюмінію або сталеалюмінію, наприклад, в 0,35 Ом / км.
- Розрахунок навантажень P, Q.
- Розрахунок реактивної втрати:
ΔUp = Q ∙ x0 ∙ L / Uном.
Визначення допустимої активної втрати з різниці між втратою напруги, яка задана, і обчисленої реактивної:
ΔUa = ΔU - ΔUp.
Перетин дроту знаходиться з відношення:
s = P ∙ L ∙ r0 / (ΔUa ∙ Uном).
Вибір найближчого значення перетину з стандартного ряду і визначення по таблиці активного і реактивного опорів на 1 км лінії.
На малюнку зображений ряд перетинів жил кабелю різних розмірів.
Кабельні жили різних перетинів
За отриманими значеннями розраховується уточнена величина падіння напруги за формулою, наведеною раніше. Якщо воно перевищить допустиму, слід взяти провід більше з того ж ряду і провести новий розрахунок.
Приклад 1. Розрахунок кабелю при активних навантаженнях.
Для розрахунку кабелю, перш за все, слід визначити сумарне навантаження всіх споживачів. За вихідну можна прийняти P = 3,8 кВт. Сила струму знаходиться за відомою формулою:
I = P / (Ucosφ).
Якщо все навантаження активні, cosφ = 1.
Підставивши в формулу значення, можна знайти струм, який буде дорівнює: I = 3,8 ∙ 1000/220 = 17,3 А.
За таблицями знаходиться перетин в кабелі, для мідних провідників становить 1,5 мм 2.
Тепер можна знайти опір кабелю довжиною 20 м: R = 2 ∙ r0 ∙ L / s = 2 ∙ 0,0175 (Ом ∙ мм2) ∙ 20 (м) / 1,5 (мм 2) = 0,464 Ом.
У формулі розрахунку опору для двожильного кабелю враховується довжина обох жив.
Визначивши величину опору кабелю, можна легко знайти втрати напруги: ΔU = I ∙ R / U ∙ 100% = 17,3 А ∙ 0,464 Ом / 220 В ∙ 100% = 3,65%.
Якщо на введенні номінальну напругу становить 220 В, то допустимі відхилення до навантаження складають 5%, а отриманий результат не перевищує її. Якби було перевищення допуску, довелося б взяти більший провід зі стандартного ряду, з перетином, що становить 2,5 мм 2.
Приклад 2. Розрахунок падіння напруги при подачі живлення на електродвигун.
Електродвигун споживає струм при наступних параметрах:
- Iном = 100 А;
- cos φ = 0,8 в нормальному режимі;
- Iпусковой = 500 А;
- cos φ = 0,35 при пуску;
- падіння напруги на електрощиті, що розподіляє струм 1000 А, становить 10 В.
На рис. а нижче зображена схема живлення електродвигуна.
Схеми живлення електродвигуна (а) і освітлення (б)
Щоб уникнути обчислень, застосовують досить точні для практичного застосування таблиці з уже розрахованими ΔU між фаз в кабелі довжиною 1 км при величині струму 1 А. У наведеній нижче таблиці враховуються величини перетину жил, матеріали провідників, тип ланцюга.
Таблиця для визначення втрат напруги в кабелі
Перетин в мм2 Однофазна ланцюг Збалансована трифазна ланцюг Харчування двигуна Освітлення Харчування двигуна Освітлення Звичайний раб. режим Запуск Звичайний раб. режим Запуск Cu Al cos ȹ = 0,8 cos ȹ = 0,35 cos ȹ = 1 cos ȹ = 0,8 cos ȹ = 0,35 cos ȹ = 1 1.5 24 10,6 30 20 9,4 25 2,5 14,4 6,4 18 12 5,7 15 4 9,1 4,1 11,2 8 3,6 9,5 6 10 6,1 2,9 7,5 5,3 2,5 6,2 10 16 3,7 1,7 4,5 3,2 1,5 3,6 16 25 2,36 1,15 2,8 2,05 1 2,4 25 35 1,5 0,75 1,8 1, 3 0,65 1,5 35 50 1,15 0,6 1,29 1 0,52 1,1 50 70 0,86 0,47 0,95 0,75 0,41 0,77 70 120 0,64 0,37 0,64 0,56 0,32 0,55 95 150 0,48 0,30 0,47 0,42 0,26 0,4 120 185 0,39 0,26 0,37 0,34 0 , 23 0,31 150 240 0,33 0,24 0,30 0,29 0,21 0,27 185 300 0,29 0,22 0,24 0,25 0,19 0,2 240 400 0,24 0,2 0,19 0,21 0,17 0,16 300 500 0,21 0,19 0,15 0,18 0,16 0,13
Падіння напруги при нормальній роботі електродвигуна складе:
ΔU% = 100ΔU / Uном.
Для перетину 35 мм 2 ΔU на ток 1 А складе 1 В / км. Тоді при струмі 100 А і довжині кабелю 0,05 км втрати дорівнюватимуть ΔU = 1 В / А км ∙ 100 А ∙ 0,05 км = 5 В. При додаванні до них падіння напруги на щиті 10 В, вийдуть загальні втрати Δ Uобщ = 10 в + 5 в = 15 В. в результаті втрати у відсотках складуть:
ΔU% = 100 ∙ 15/400 = 3,75%.
Ця величина значно менше дозволених втрат (8%), і вона вважається допустимою.
При запуску електродвигуна, його струм збільшується до 500 А. Це на 400 В більше його номінального струму. На цю ж величину зросте навантаження на щиті розподілу. Вона становитиме 1400 А. На ньому падіння напруги пропорційно збільшиться:
ΔU = 10 ∙ 1400/1000 = 14 В.
По таблиці падіння напруги в кабелі складе: ΔU = 0,52 ∙ 500 ∙ 0,05 = 13 В. В сумі пускові втрати двигуна складуть ΔUобщ = 13 + 14 = 27 В. Після слід визначити, скільки це буде в процентному відношенні : ΔU = 27/400 ∙ 100 = 6,75%. Результат виявляється в межах допустимого, оскільки не перевищує граничні 8%.
Захист для електродвигуна слід підбирати таким чином, щоб напруги спрацьовування було більше, ніж під час пуску.
Приклад 3. Розрахунок ΔU в ланцюгах освітлення.
Три однофазні освітлювальні ланцюга підключені паралельно до живильної трифазної чьотирьох лінії, що складається з провідників на 70 мм 2, довжиною 50 м, що проводить струм 150 А. Освітлення є тільки частиною навантаження лінії (рис. Б вище).
Кожна ланцюг освітлення виконана з мідного дроту довжиною 20 м, перетином 2,5 мм 2 і проводить струм 20 А. Всі три навантаження підключені до однієї фазі. При цьому лінія харчування збалансована по навантаженнях.
Потрібно визначити падіння напруги в кожній з ланцюгів освітлення.
Падіння напруги в трифазній лінії визначається за чинною навантаженні, заданої в умовах прикладу: ΔUлініі фаз = 0,55 ∙ 150 ∙ 0, 05 = 4,125 В. Це - втрати між фазами. Для вирішення завдання треба знайти втрати між фазою і нейтраллю: ΔUлініі ф-н = 4,125 / √3 = 2,4 В.
Падіння напруги для однієї однофазної ланцюга становить ΔUосв = 18 ∙ 20 ∙ 0,02 = 7,2 В. Якщо скласти втрати в лінії живлення і ланцюга, то в сумі вони складуть ΔUосв заг = 2,4 + 7,2 = 9 , 6 В. В процентному відношенні це буде 9,6 / 230 ∙ 100 = 4,2%. Результат є задовільним, оскільки він менше допустимої величини 6%.
Перевірка напруги. Відео
Яким чином здійснюється перевірка падіння напруги на кабелях різних видів, можна дізнатися з представленого нижче відео.
При підключенні електроприладів важливо правильно розрахувати і вибрати підводять кабелі та проводи, щоб втрати напруги в них не перевищували допустимі. До них також додаються втрати в мережі живлення, які слід підсумувати.
Оцініть статтю: