Що таке втрати напруги і причини утворення втрат напруги

Втрати напруги в лінії

Для усвідомлення, що таке втрата напруги, розглянемо векторну діаграму напруги трифазної смуги змінного струму (рис. 1) з одним навантаженням в кінці смуги (I).

Уявімо, що вектор струму розкладений на складові Іа і Iр. На рис. 2 в масштабі побудовані вектори фазної напруги в кінці смуги U3ф і струму I, відстає від нього по фазі на кут φ2.

Для отримання вектора напруги спочатку смуги U1ф слід у кінця вектора U2ф вибудувати в масштабі напруги трикутник падінь напруги в лінії (abc). Для цього вектор аb, що дорівнює добутку струму на активний опір смуги (IR), відкладений паралельно току, а вектор bc, що дорівнює добутку струму на індуктивне опір смуги (IХ), - перпендикулярно вектору струму. При цих умовах рівна, що з`єднує точки О і з, відповідає величині і положенню в просторі вектора напруги спочатку смуги (U1ф) щодо вектора напруги в кінці лінії (U2ф). Поєднавши кінці векторів U1ф і U2ф, отримаємо вектор падіння напруги на повному опорі смуги ac = IZ.

Мал. 1. Схема з одним навантаженням на кінці смуги

Мал. 2. Векторна діаграма напруг для смуги з одним навантаженням. Втрати напруги в лінії.

Домовилися іменувати втратою напруги алгебраїчну різницю фазних напруг спочатку і наприкінці смуги, т. Е. Відрізок ad або практично рівний йому відрізок ас `.

Векторна діаграма і виведені з неї співвідношення демонструють, що втрата напруги залежить від пропускної здатності мережі, також від активної і реактивної складових струму або потужності навантаження.

При розрахунку величини втрати напруги в мережі активний опір потрібно врахувати завжди, а індуктивним опором можна знехтувати в освітлювальних мережах і в мережах, виконаних перетинами проводів до 6 мм 2 і кабелів до 35 мм 2.

Визначення втрати напруги в лінії

Втрату напруги для трифазного системи прийнято позначати для лінійних величин визначати за формулою

де l - довжина відповідного ділянки мережі, км.

Якщо поміняти ток потужністю, то формула набуде вигляду:

де Р - активна потужність, Q- реактивна потужність, квар l - довжина ділянки, км-Uн - номінальна напруга мережі, кВ.

Допустимі втрати напруги

Для кожного приймача електроенергії допускаються певні втрати напруги. Наприклад, асинхронні двигуни в звичайних умовах допускають відхилення напруги ± 5%. Це означає, що якщо номінальна напруга даного електродвигуна становить 380 В, то напруги U`доп = 1,05 Uн = 380 х1,05 = 399 В і U «доп = 0,95 Uн = 380 х 0,95 = 361 В слід вважати його максимально допустимими значеннями напруги. Природно, що все проміжні напруги, укладені між значеннями 361 і 399 В, також будуть задовольняти споживача і складуть якусь зону, яку можна назвати зоною бажаних напруг.

Тому що при роботі підприємства має місце постійна зміна навантаження (потужність або струм, що протікає по дротах в даний час доби), то в мережі матимуть місце і різні втрати напруги, що змінюються від великих значень, відповідних режиму найбільшого навантаження dUmaх, до менших dUmin, відповідних малому навантаженні споживача.

Для підрахунку величини цих втрат напруги слід користуватися формулою:

З векторної діаграми напруг (рис. 2) слід, що дійсне напруга у приймача U2ф можна отримати, якщо з напруги спочатку смуги U1ф відняти величину dUф, або, переходячи до лінійним, т. Е. Міжфазних напруг, отримаємо U2 = U1 - dU

Розрахунок втрат напруги

Приклад. Споживач, що складається з асинхронних двигунів, підключений до шин трансформаторної підстанції підприємства, на яких підтримується постійна протягом доби напруга U1 = 400 В.

Велике навантаження споживача відзначена в 11 годин ранку, при цьому втрата напруги dUмакс = 57 В, або dUмакс% = 15%. Менше навантаження споживача відповідає обідньої перерви, при цьому dUмін - 15,2 В, або dUмін% = 4%.

Потрібно знайти дійсне напруга у споживача в режимах більшої і меншої навантажень і перевірити лежи г воно в зоні бажаних напруг.

Мал. 3. Можлива діаграма для смуги з одним навантаженням для визначення втрат напруги

Рішення. Визначаємо дійсні значення напруг:

U2макс = U1 - dUмакс = 400 - 57 = 343 В

U2мін = U1 - dUмін = 400 - 15,2 = 384,8 В

Бажані напруги для асинхронних двигунів з Uн = 380 В повинні задовольняти умові:

399 ≥ U2жел ≥ 361

Підставивши в нерівність обчислені значення напруг, переконуємося, що для режиму великих навантажень співвідношення 399 > 343 > 361 не задовольняється, а для менших навантажень 399 > 384,8 > 361 задовольняється.

Висновок. У режимі великих навантажень втрата напруги так велика, що напруга у споживача виходить за межі зони бажаних напруг (знижується) і не задовольняє споживача.

Цей приклад можна проілюструвати графічно можливої ​​діаграмою рис. 3. При відсутності струму напруга у споживача буде чисельно дорівнює напрузі на що живлять шинах. Тому що втрата напруги пропорційна довжині живильної смуги, то напруга при наявності навантаження змінюється вздовж смуги по похилій прямій від величини U1 = 400 В до величини U2макс = 343 В і величини U2мін = 384,8 В.

Як видно з діаграми, напруга в режимі більшого навантаження вийшло із зони бажаних напруг (точка Б графіка).

Таким чином, навіть при незмінній величині напруги на шинах живильного трансформатора, різкі зміни навантаження можуть зробити у приймача неприпустиму величину напруги.

Крім того, може виявитися, що при змінах навантаження в мережі від більшого навантаження в денний час до меншого навантаження в нічний час сама енергетична система не зможе забезпечити належної величини напруги на висновках трансформатора. В обох цих випадках слід вдатися до засобів місцевого, головним чином, ступеневої конфігурації напруги.

Втрата напруги в трансформаторі (в картинах)