Потери напряжения в проводах зависит от. Расчет падения напряжения в кабеле

Провода и кабели предназначены для передачи электроэнергии потребителям. При этом в протяженном проводнике падает напряжение пропорционально его сопротивлению и величине проходящего тока. В итоге к потребителю напряжение подается несколько меньше, чем оно было у источника (в начале линии). По всей длине провода потенциал будет изменяться из-за потерь в нем.

Потери напряжения в домашнем освещении

Выбор сечения кабеля производится с целью обеспечения его работоспособности при заданном максимальном токе. При этом следует учитывать его длину, от которой зависит еще один важный параметр – падение напряжения.

Линии электропередач выбирают по нормированному значению экономической плотности тока и рассчитывают на падение напряжения. Его отклонение от исходного не должно превышать заданных значений.

Величина проходящего через проводник тока зависит от подключаемой нагрузки. При ее увеличении возрастают также потери на нагрев.

На рисунке выше изображена схема подачи напряжения на освещение, где на каждом ее участке обозначены потери напряжения. Наиболее важной является самая удаленная нагрузка, и потери напряжения большей частью производятся для нее.

Потеря напряжения

Расчет потери напряжения ∆ U на участке цепи длиной L делают по формуле:

∆U = (P∙r 0 +Q∙x 0)∙L/ U ном, где

P и Q – мощности, Вт и вар (активная и реактивная);
r 0 и x 0 – активное и реактивное сопротивления линии, Ом/м;
U ном – номинальное напряжение, В.
U ном указывается в характеристиках электроприборов.

Согласно ПУЭ, допустимые отклонения напряжения от нормы следующие:

силовые цепи – не выше ±5 %;
схемы освещения жилых помещений и снаружи зданий – до ±5 %;
освещение предприятий и общественных зданий – от +5 % до -2,5 %.

Общие потери напряжения от трансформаторных подстанций до самой удаленной нагрузки в общественных и жилых зданиях не должны превышать 9%. Из них 5% относится к участку до главного ввода и 4% от ввода до потребителя. В соответствии с ГОСТ 29322-2014 номинал напряжения в трехфазных сетях – 400 В. При этом допускается отклонение от него на ±10% при нормальных условиях эксплуатации.

Нужно обеспечить равномерную нагрузку в трехфазных линиях на 0,4 кВ. Здесь важно, чтобы каждая фаза была нагружена равномерно. Для этого электродвигатели подключаются к линейным проводам, а освещение – между фазами и нейтралью, уравнивая таким образом нагрузки по фазам.

В качестве исходных данных используют значения токов или мощностей. Для протяженных линий учитывается индуктивное сопротивление, когда рассчитывают ∆U в линии.

Сопротивление x 0 проводов принимают в диапазоне от 0,32 до 0,44 Ом/км.

Расчет потерь в проводниках производят по ранее приведенной формуле, где удобно разделить правую часть на активную и реактивную составляющие:

∆U = P∙r 0 ∙L / U ном + Q∙x 0 ∙L/ U ном,

Подключение нагрузки

Нагрузка подключается разными способами. Наиболее распространены следующие:

подключение нагрузки в конце линии (рис. а ниже);
равномерное распределение нагрузок по длине линии (рис. б);
линия L1, к которой подключена другая линия L2 с равномерно распределенными нагрузками (рис. в).

Схема, на которой показаны способы подключения нагрузок от электрощита

Расчет ЛЭП на потерю напряжения

Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
Расчет нагрузок P, Q.
Расчет реактивной потери:

∆U p = Q∙x 0 ∙L/U ном.

Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:

∆U a = ∆U – ∆U p .

Сечение провода находится из отношения:

s = P∙L∙r 0 /(∆U a ∙U ном).

Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.

На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.

Кабельные жилы разных сечений

По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.

Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.

Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:

Если все нагрузки активные, cosφ=1.

Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.

По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм 2 .

Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r 0 ∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм 2)∙20 (м)/1,5 (мм 2)=0,464 Ом.

В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.

Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.

Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм 2 .

Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.

Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:

I ном = 100 А;
cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
I пусковой = 500 А;
cos φ = 0,35 при пуске;
падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.

На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.

Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)

Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.

Таблица для определения потерь напряжения в кабеле

Сечение в мм 2		Однофазная цепь			Сбалансированная трехфазная цепь
		Питание двигателя		Освещение	Питание двигателя		Освещение
		Обычный раб. режим	Запуск		Обычный 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

Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:

∆U% = 100∆U/U ном.

Для сечения 35 мм 2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆U общ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.

Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.

При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.

По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆U общ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.

Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.

Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.

Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм 2 , длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).

Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм 2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.

Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.

Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆U линии фаз = 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆U линии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.

Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆U осв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆U осв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.

Проверка напряжения. Видео

Каким образом осуществляется проверка падения напряжения на кабелях разных видов, можно узнать из представленного ниже видео.

При подключении электроприборов важно правильно рассчитать и выбрать подводящие кабели и провода, чтобы потери напряжения в них не превышали допустимые. К ним также добавляются потери в питающей сети, которые следует суммировать.

Во время проектирования электрических сетей и систем со слабыми токами довольно часто требуются расчеты потерь напряжения в кабелях и проводах. Данные вычисления необходимы для того чтобы выбрать кабель с наиболее оптимальным . При неправильном выборе проводника система электроснабжения очень быстро выйдет из строя или вообще не запустится. Чтобы избежать возможных ошибок, рекомендуется использовать онлайн калькулятор расчета потерь напряжения. Данные, полученные с помощью калькулятора, обеспечат устойчивую и безопасную работу линий и сетей.

Причины энергопотери при передаче электроэнергии

Существенные потери происходят в результате излишнего рассеивания. Из-за лишнего тепла кабель может сильно нагреваться, особенно при больших нагрузках и неправильных расчетах потерь электричества. Под действием избыточного тепла наступает повреждение изоляции, создается реальная угроза здоровью и жизни людей.

Потери электроэнергии нередко происходят из-за слишком большой протяженности кабельных линий, при большой мощности нагрузки. В случае продолжительной эксплуатации, существенно возрастают расходы на оплату электричества. Неправильные расчеты способны вызвать сбои в работе оборудования, например, охранной сигнализации. Потери напряжения в кабеле приобретают важное значение, когда источник питания оборудования имеет низкое напряжение постоянного или переменного тока, номиналом от 12 до 48В.

Как рассчитать потери напряжения

Избежать возможных проблем поможет калькулятор расчета потери напряжения, работающий в онлайн режиме. В таблицу исходных данных помещаются данные о длине кабеля, его сечении и материале, из которого он изготовлен. Для расчетов потребуются сведения о мощности нагрузки, напряжении и токе. Кроме того, учитывается коэффициент мощности и температурные показатели кабеля. После нажатия кнопки появляются данные о энергопотерях в процентах, показатели сопротивления проводника, реактивной мощности и напряжения, испытываемого нагрузкой.

Основной формулой расчета является следующая: ΔU=IхRL, в которой ΔU означает потери напряжения на расчетной линии, I является потребляемым током, определяемым преимущественно параметрами потребителя. RL отражает сопротивление кабеля, в зависимости от его длины и площади сечения. Именно последнее значение играет решающую роль при потере мощности в проводах и кабелях.

Возможности для снижения потерь

Основным способом снижения потерь в кабеле, является увеличение площади его сечения. Кроме того, можно уменьшить длину проводника и снизить нагрузку. Однако последние два способа не всегда можно использовать, в силу технических причин. Поэтому во многих случаях единственным вариантом остается снижение сопротивления кабеля за счет увеличения сечения.

Существенным недостатком большого сечения считается заметный рост материальных затрат. Разница становится ощутимой, когда кабельные системы растягиваются на большие расстояния. Поэтому на стадии проектирования нужно сразу же подбирать кабель с нужным сечением, для чего понадобятся расчеты потери мощности с помощью калькулятора. Данная программа имеет большое значение при составлении проектов на электромонтажные работы, поскольку ручные вычисления занимают много времени, а в режиме онлайн калькулятора подсчет занимает буквально несколько секунд.

Расчет падения напряжения при питании потребителей по радиальным схемам достаточно прост. Один участок, одно сечение кабеля, одна длина, один ток нагрузки. Подставляем эти данные в формулу и получаем результат.

При питании потребителей по магистральным схемам (шлейфом) расчет падения напряжения выполнить сложнее. Фактически, приходится выполнять несколько расчетов падения напряжения для одной линии: нужно выполнять расчет падения напряжения для каждого участка. Дополнительные сложности возникают при изменении потребляемой мощности электроприемников, запитанных по магистральной схеме. Изменение мощности одного электроприемника отражается на всей цепочке.

Насколько часто на практике встречается питание по магистральным схемам и шлейфом? Примеров привести можно много:

В групповых сетях — это сети освещения, розеточные сети.
В жилых домах этажные щиты запитаны по магистральным схемам.
В промышленных и коммерческих зданиях также часто применяются магистральные схемы питания и питания шлейфом щитов.
Шинопровод является примером питания потребителей по магистральной схеме.
Питание опор наружного освещения дорог.

Рассмотрим расчет падения напряжения на примере наружного освещения.

Предположим, что нужно выполнить расчет падения напряжения для четырёх столбов наружного освещения, последовательно запитанных от щита наружного освещения ЩНО.

Длина участков от щита до столба, между столбами: L1, L2, L3, L4.
Ток, протекающий по участкам: I1, I2, I3, I4.
Падение напряжения на участках: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Ток, потребляемый светильниками на каждом столбе, Ilamp.

Столбы запитаны шлейфом, соответственно:

I4=Ilamp
I3=I4+Ilamp
I2=I3+Ilamp
I1=I2+Ilamp

Ток, потребляемый лампой, неизвестен, зато известна мощность лампы и её тип (либо из каталога, либо по п.6.30 СП 31-110-2003).

Ток определяем по формуле:

Формула расчета полного фазного тока

I ф — полный фазный ток
P — активная мощность
U ф — фазное напряжение
cosφ — коэффициент мощности
N ф — число фаз (N ф =1 для однофазной нагрузки, N ф =3 для однофазной нагрузки)

Напомню, что линейное (междуфазное) напряжение больше фазного напряжения в √3 раз:

При расчете падения напряжения в трехфазной сети подразумевают падение линейного напряжения, в однофазных — однофазного.

Расчет падения напряжения выполняется по формулам:

I ф — полный фазный ток, протекающий по участку
R — сопротивление участка
cosφ — коэффициент мощности

Сопротивление участка рассчитывается по формуле

ρ — удельной сопротивление проводника (медь, алюминий)
L — длина участка
S — сечение проводника
N — число параллельнопроложенных проводников в линии

Обычно в каталогах приводят удельные значения сопротивления для различных сечений проводников

При наличии информации об удельных сопротивлениях проводников формулы расчета падения напряжения принимают вид:

Формула расчета падения напряжения в трехфазной цепи

Подставляя в формулу соответствующие значения токов, удельных сопротивлений, длины, количества параллельнопроложенных проводников и коэффициента мощности, вычисляем величину падения напряжения на участке.

Нормативными документами регламентируется величина относительного падения напряжения (в процентах от номинального значения), которая рассчитывается по формуле:

U — номинальное напряжение сети.

Формула расчета относительного падения напряжения одинакова для трехфазной и однофазной сети. При расчете в трехфазной сети нужно подставлять трехфазное падение и номинальное напряжения, при расчете в однофазной сети — однофазные:

С теорией закончено, рассмотрим, как это реализовать с использованием DDECAD.

Примем следующие исходные данные:

Мощность лампы 250Вт, cosφ=0,85.
Расстояние между столбами, от щита до первого столба L1=L2=L3=L4=20м.
Питание столбов осуществляется медным кабелем 3×10.
Ответвление от питающего кабеля до лампы выполнено кабелем 3×2,5, L=6м.

Для каждого столба в создаём расчетную таблицу.

Заполняем данные для лампы в каждой расчетной таблице:

Подключаем к расчетной таблице Столб 3 расчетную таблицу Столб 4, к Столб 2 — Столб 3, к Столб 1 — Столб 2, к ЩНО — Столб 1:

Далее, из расчетной таблицы ЩНО рассчитанное программой значение падения напряжения в конце первого участка (Столб 1) переносим в зелёную ячейку расчетной таблицы Столб 1:

Переносить значения следует делая ссылку на ячейку расчетной таблицы вышестоящего щита. В случае Столб 1 и ЩНО это делается так:

В расчетной таблице Столб 1 курсор устанавливают на зелёную ячейку в столбике «∆U».
Нажимают «=».
Переключаются на расчетную таблицу ЩНО.
Устанавливают курсор на ячейку в столбике «∆U ∑» , находящуюся в строке Столб 1.
Нажимают «Enter».

Получаем рассчитанное значение падения напряжения в конце второго участка (Столб 2) — 0,37% и рассчитанное падение напряжения на лампе — 0,27%.

Аналогично делаем для всех остальных расчетных таблиц и получаем рассчитанные значения падения напряжения на всех участках.
Так как мы выполнили связывание таблиц (средствами программы, подключая одну таблицу к другой, и вручную, перенося значения падения напряжения), то получили связанную систему. При внесении любых изменений всё будет автоматически пересчитано.

Вопрос качества передачи и получения электрической энергии во многом зависит от состояния оборудования, которое участвует в этом сложном технологическом процессе. Поскольку в энергетике транспортируются огромные мощности на большие расстояния, то к характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования.

Причем снижению потерь напряжения постоянно уделяется внимание не только на протяженных высоковольтных магистралях, но и во вторичных цепях, например, измерительных трансформаторов напряжения, как показано на фотографии.

Кабели вторичных цепей ТН с каждой фазы собираются в одном месте — шкафу клеммной сборки. От этого распределительного устройства, расположенного на средней мачте крепления оборудования, цепи напряжения отдельным кабелем поступают на клеммник панели, расположенной в релейном зале.

Силовое первичное оборудование располагают на значительном удалении от защит и измерительных устройств, смонтированных на панелях. Протяжённость подобного кабеля достигает 300÷400 метров. Такие расстояния ведут к ощутимым потерям напряжения во внутренней схеме, что может серьёзно занизить метрологические характеристики измерительных приборов и системы в целом.

По этой причине качество преобразования первичной величины напряжения, например, 330 кВ во вторичное значение 100 вольт с необходимым классом точности 0,2 или 0,5 может не укладываться в допустимые пределы, требуемые для надежной работы измерительных комплексов и защит.

Чтобы исключить подобные ошибки на стадии эксплуатации все измерительные кабели подвергаются расчету на потери напряжения еще во время проектирования схемы электрического оборудования.

Как создаются потери напряжения

Кабель состоит из токопроводящих жил, каждая из которых окружена слоем диэлектрика. Вся конструкция помещена в герметичный диэлектрический корпус.

Металлические проводники размещены довольно близко между собой, плотно прижаты защитной оболочкой. При большой длине магистрали они начинают работать . За счет его действия образуется емкостное сопротивление, являвшееся составной частью реактивного.

В результате преобразований на обмотках трансформаторов, реакторов и других элементах с индуктивностями мощность электрической энергии приобретает индуктивный характер. Резистивное сопротивление металла жил образует активную составляющую полного или комплексного сопротивления Zп каждой фазы.

Для работы под напряжением кабель подключается на нагрузку с полным комплексным сопротивлением Zн в каждой жиле.

Во время эксплуатации кабеля в трехфазной схеме при номинальном режиме нагрузки токи в фазах L1÷L3 симметричны, а в нейтральном проводе N протекает ток небаланса очень близкий к нулю.

Комплексное сопротивление проводников при протекании по ним тока вызывает падение и потери напряжения в кабеле, снижает его входную величину, а за счет реактивной составляющей еще и отклоняет по углу. Все это схематично показано на векторной диаграмме.

На выходе кабеля действует напряжение U2, которое отклонено от вектора тока на угол φ и снижено на величину падения I∙z от входного значения U1. Другими словами, вектор падения напряжения в кабеле образован прохождением тока по комплексному сопротивлению проводника и равен значению геометрической разности входного и выходного векторов.

Для наглядности он показан увеличенным масштабом и обозначен отрезком ас или гипотенузой прямоугольного треугольника асk. Его катеты ak и kc обозначают падение напряжения на активной и реактивной составляющей сопротивления кабеля.

Мысленно продолжим направление вектора U2 до пересечения с линией окружности, образованной вектором U1 из центра в точке О. У нас появился вектор ab, с углом, повторяющим направлением U2 и длиной, равной арифметической разности величин U1-U2. Эта скалярная величина называется потерей напряжения.

Ее рассчитывают при создании проекта и замеряют в процессе эксплуатации кабеля для контроля сохранности его технических характеристик.

Для проведения эксперимента необходимо выполнить два замера вольтметром на разных концах: входе и нагрузке. Поскольку разница между ними будет маленькая, то необходимо пользоваться высокоточным прибором желательно класса 0,2.

Длина кабеля может большой, что потребует значительного времени на переход с одного места на другое. За этот период напряжение в сети способно измениться по разным причинам, что исказит конечный результат. Поэтому такие замеры принято выполнять одновременно с двух сторон, привлекать помощника со средствами связи и вторым измерительным высокоточным прибором.

Поскольку вольтметры измеряют действующую величину напряжения, то разница их показаний укажет на величину потерь, образованную арифметическим вычитанием модулей векторов на входе и выходе кабеля.

В качестве примера рассмотрим приведенные на верхних фотографиях цепи измерительных трансформаторов напряжения. Допустим, что линейная величина на входе кабеля замерена с точностью до десятых долей и равно 100,0 вольт, а на выходных клеммах, подключенных к нагрузке, она составила 99,5 вольта. Это значит, что потери напряжения определены как 100,0-99,5=0,5 V. При переводе в проценты они составили 0,5%.

Принцип расчета потерь напряжения

Вернёмся к векторной диаграмме векторов падения и потерь напряжения. Когда конструкция кабеля известна, то по удельному сопротивлению, толщине и длине металла токоведущей жилы вычисляется ее активное сопротивление.

Удельное реактивное сопротивление и длина позволяют определить полное реактивное сопротивление кабеля. Часто для расчета вполне достаточно взять справочник с таблицами и вычислить оба вида сопротивлений (активное и реактивное).

Зная два катета прямоугольного треугольника вычисляют гипотенузу — значение комплексного сопротивления.

Кабель создается для передачи тока номинальной величины. Умножив его численное значение на комплексное сопротивление узнаем величину падения напряжения — сторону ас. Аналогично вычисляются оба катета: ak (I∙R) и kс (I∙X).

Далее выполняются простые тригонометрические вычисления. В треугольнике ake определяется катет ae умножением I∙R на cos φ, а в Δ сkf — длина стороны cf (I∙X умножается на sin φ). Обращаем внимание, что отрезок cf равен длине отрезка ed, как противоположной стороне прямоугольника.

Складываем полученные длины ae и ed. Узнаем протяженность отрезка ad, которая чуть-чуть меньше, чем ab или потери напряжения. В силу малой величины bd этим значением проще пренебречь, чем пытаться его учитывать в расчетах, что практически всегда и делают.

Вот такой несложный алгоритм заложен в основу расчета двухжильного кабеля при питании его переменным синусоидальным током. Методика действует с небольшими корректировками и для цепей постоянного тока.

В трехфазных линиях, работающих по трех- или четырехжильным кабелям подобная методика расчета используется для каждой фазы. За счет этого она намного усложняется.

Как выполняется расчет на практике

Времена, когда подобные расчеты производились вручную по формулам уже давно прошли. В проектных организациях давно используются специальные таблицы, графики и диаграммы, сведенные в технические справочники. Они избавляют от рутинной работы выполнения многочисленных математических операций и связанных с ними ошибок оператора.

В качестве примера можно привести методики, изложенные в общедоступных справочниках:

Федорова по электроснабжению за 1986 год;

по проектным работам для электроснабжения линий электропередач и электросетей под редакцией Большмана, Круповича и Самовера.

С массовым внедрением в нашу жизнь компьютеров стали разрабатываться программы расчета потерь напряжения, значительно облегчающие этот процесс. Они создаются как для выполнения сложных расчетов сетей электроснабжения проектными организациями, так и приближенной оценки предварительных результатов использования отдельного кабеля.

Владельцы электротехнических сайтов для этих целей размещают на своих ресурсах различные калькуляторы, которые позволяют быстро оценить возможности кабелей разных марок. Чтобы их найти достаточно в поиске Гугл ввести соответствующий запрос и выбрать один из сервисов.

В качестве примера рассмотрим работу калькулятора такого вида.

Сделаем ему тестовое испытание и введем исходные данные в соответствующие поля:

переменный ток;

алюминий;

длина линии — 400 м;

сечение кабеля — 16 мм кв (скорее всего это не кабель, а одна жила);

расчет по мощности — 100 Вт;

количество фаз — 3;

напряжение сети — 100 вольт;

коэффициент мощности —0,92;

температура — 20 градусов.

Жмем кнопку «Расчет потерь напряжения в кабеле» и смотрим на итог работы сервиса.

Получился результат довольно правдоподобный: 0,714 вольта или 0,714%.

Попробуем его перепроверить на другом сайте. Для этого заходим на конкурирующий сервис и вводим те же значения.

В итоге получаем быстрый расчет.

Теперь можно сравнить результаты, выполненные разными сервисами. 0,714-0,693373=0,021 вольта.

Точность расчета в обоих случаях вполне приемлема не только для быстрого анализа эксплуатационных характеристик кабеля, но и для других целей.

Метод сравнения работы двух онлайн сервисов показал их работоспособность и отсутствие ошибок ввода данных, которые может совершить человек по невнимательности.

Однако, выполнив подобный расчет успокаиваться рано. Надо сделать вывод о пригодности выбранного кабеля для работы при конкретных условиях эксплуатации. Для этого существуют технические требования к допустимым отклонениям напряжения от нормы.

Нормативные документы по отклонению напряжения от номинальной величины

В зависимости от государственной принадлежности пользуются одним из нижеперечисленных.

ТКП 45—4.04—149—2009 (РБ)

Документ действует на территории республики Беларусь. При получении результата обращайте внимание на пункт 9.23.

СП 31—110-2003 (РФ)

Действующие нормативы предусмотрены для применения на объектах электроснабжения Российской Федерации. Рассматривайте пункт 7.23.

Заменил 1 января 1999 года межгосударственный стандарт, ГОСТ 13109 от 1987 года. Анализируйте по пункту 5.3.2.

Способы снижения потерь в кабеле

Когда расчет потерь напряжения в кабеле выполнен и результат сравнен с требованиями нормативных документов, то можно сделать вывод о пригодности кабеля для работы.

Если результат показал, что погрешности завышены, то необходимо выбирать другой кабель или уточнять условия его эксплуатации. На практике часто встречается типичный случай, когда уже у работающего кабеля методами замеров выявили, что потери напряжения в нем превышают допустимые нормы. За счет этого качество электроснабжения объектов понижается.

В такой ситуации необходимо принимать дополнительные технические мероприятия, позволяющие уменьшить материальные затраты, необходимые на полную замену кабеля за счет:

1. ограничения протекающей нагрузки;

2. увеличения площади поперечного сечения токопроводящих жил;

3. уменьшения рабочей длины кабеля;

4. снижения температуры эксплуатации.

Влияние передаваемой по кабелю мощности на потери напряжения

Протекание тока по проводнику всегда сопровождается выделением тепла в нем, а нагрев сказывается на его проводимости. Когда через кабель передаются повышенные мощности, то они, создавая большую температуру, увеличивают потери напряжения.

Чтобы их уменьшить иногда вполне достаточно часть потребителей, получающих электроэнергию по кабелю, просто отключить и перезапитать по другой, обходной цепочке.

Этот способ приемлем для разветвленных схем с большим количеством потребителей и резервных магистралей для их подключения.

Увеличение площади сечения жилы кабеля

Этим методом часто пользуются для снижения потерь в цепях измерительных трансформаторов напряжения. Если подключить к работающему кабелю еще один и соединить их жилы параллельно, то токи раздвоятся и уменьшат нагрузку в каждом проводе. Потери напряжения тоже снижаются, а точность работы измерительной системы восстанавливается.

Пользуясь таким способом важно не забывать вносить изменения в исполнительную документацию и особенно схемы монтажа, которыми пользуется ремонтно-оперативный персонал для проведения периодических технических обслуживаний. Это предотвратит ошибки работников.

Уменьшение рабочей длины кабеля

Способ не типичный, но в отдельных случаях им можно воспользоваться. Дело в том, что схемы прокладки кабельных трасс на многих развитых предприятиях энергетики постоянно развиваются и совершенствуются применительно к доставляемому оборудованию.

За счет этого создаются возможности переложить кабель с сокращением его длины, что снизит в итоге потери напряжения.

Влияние температуры окружающей среды

Работа кабеля в помещениях с повышенным нагревом ведет к нарушению теплового баланса, увеличению погрешностей его технических характеристик. Прокладка по другим магистралям или применение слоя теплоизоляции может снизить потери напряжения.

Как правило, эффективно улучшить характеристики кабеля удается одним или несколькими способами при комплексном их применении. Поэтому, когда возникает подобная необходимость, важно просчитать все возможные пути решения проблемы и выбрать наиболее приемлемый вариант для местных условий.

Следует учитывать, что грамотное ведение электрического хозяйства требует постоянного анализа оперативной обстановки, предвидения вариантов развития событий, умения просчитывать различные ситуации. Эти качества выделяют хорошего электрика из общей массы обычных работников.

Расчет потери напряжения для сетей постоянного тока 12, 24, 36В.
Расчет потери напряжения без учета индуктивного сопротивления 220/380В.
Расчет потери напряжения с учетом индуктивного сопротивления 380В.

При проектировании сетей часто приходится рассчитывать потерю напряжения в кабеле. Сейчас я хочу рассказать про основные расчеты потери напряжения в сетях постоянного и переменного тока, в однофазных и трехфазных сетях.

Обратимся к нормативным документам и посмотри какие допустимые значения отклонения напряжения.

ТКП 45-4.04-149-2009 (РБ).

9.23 Отклонения напряжения от номинального на зажимах силовых электроприемников и наиболее удаленных ламп электрического освещения недолжны превышать в нормальном режиме ±5 %,
а в после аварийном режиме при наибольших расчетных нагрузках-±10%. В сетях напряжения
12–42 В (считая от источника напряжения, например понижающего трансформатора) отклонения напряжения разрешается принимать до 10%.

Допускается отклонение напряжения для электродвигателей в пусковых режимах, но не более 15 %.При этом должна обеспечиваться устойчивая работа пусковой аппаратуры и запуск двигателя.

В нормальном режиме работы при загрузке силовых трансформаторов в ТП, не превышающей 70 % от их номинальной мощности, допустимые (располагаемые) суммарные потери напряжения
от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях, учитывающие потери холостого хода трансформаторов и потери напряжения в них, приведенные ко вторичному напряжению, недолжны, как правило, превышать 7,5 %. При этом потери напряжения в электроустановках внутри зданий недолжны превышать 4 % от номинального напряжения, для постановочного освещения - 5%.

СП 31-110-2003 (РФ).
7.23 Отклонения напряжения от номинального на зажимах силовых электроприемников и наиболее удаленных ламп электрического освещения не должны превышать в нормальном режиме ±5%, а предельно допустимые в послеаварийном режиме при наибольших расчетных нагрузках — ±10%. В сетях напряжением 12-50 В (считая от источника питания, например понижающего трансформатора) отклонения напряжения разрешается принимать до 10%.

Для ряда электроприемников (аппараты управления, электродвигатели) допускается снижение напряжения в пусковых режимах в пределах значений, регламентированных для данных электроприемников, но не более 15%.

С учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5%.

Размах изменений напряжения на зажимах электроприемников при пуске электродвигателя не должен превышать значений, установленных ГОСТ 13109.

ГОСТ 13109.

5.3.2 Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения dUy и размаха изменений напряжения в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно 10 % от номинального напряжения.

Потери напряжения зависят от материала кабеля (медь, алюминий), сечения, длины линии, мощности (силы тока) и напряжения.

Для расчета потери напряжения я сделал 3 программки в Excele на основе книги Ф.Ф. Карпова «Как выбрать сечение проводов и кабелей».

1 Для сетей постоянного тока индуктивное сопротивление не учитывают. Рассчитать потерю напряжения можно по следующим формулам (для двухпроводной линии):

По этим формулам я считаю потерю напряжения электроприводов открывания окон (24В), а также сети освещения (220В).

2 Для трехфазных сетей, где косинус равен 1 индуктивное сопротивление также не учитывают. Этот метод также можно использовать для сетей освещения, т.к. у них cos близок к 1, погрешность получим не значительную. Формула для расчета потери напряжения (380В):