Потери в проводах напряжения: Расчёт потерь напряжения | Онлайн калькулятор

Что такое потеря напряжения в кабеле и чем она опасна?

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?

1. Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.

Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

U=RI

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S, где

р — удельное сопротивление провода, Ом*мм²/м;

l — длина провода, м;

S — площадь поперечного сечения провода, мм².

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм²/м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм²/м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.

Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм². Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).

Учтите, что ток «бежит» по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому «пробегаемое» им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.

Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).

На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.

Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.

Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм².

U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.

Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм².

U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.

Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.

Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм² для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм².

Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм² длинной 50 м.

Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм² не спасет. Тут выход один — это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.

Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.

Не забываем улыбаться:

Звонок мужу в командировку:
— Дорогой, а почему в кране нет воды?
— Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно…
— Милый, а почему газа нет?
— Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено…
— Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
— Пойди заплати за коммуналку, дура!

Откуда берется падение напряжения в проводах, как его починить

Откуда берется падение напряжения в проводах, как его починить

В этой статье ЭлектроВести расскажут, что такое потеря напряжения в кабеле и как его починить.

Электрическая энергия, при передаче по проводам на расстояние от источника к потребителю, всегда по пути расходуется. Будь то передача энергии от электростанции до подстанции, или от электрораспределительного щитка в нашем подъезде — до розетки и до потребителя (до того или иного электрического прибора, подключенного к розетке).

Любого обывателя больше всего беспокоит тот отрезок цепи, который расположен между счетчиком и потребителем, ведь именно за насчитанные счетчиком ватты нам и приходится платить. И лучше бы, чтобы бесполезных потерь энергии было бы как можно меньше.

Но уже здесь за бесполезные потери энергии отвечают как проводка, так и соединительные провода (шнуры), идущие от приборов к вилкам (и в конце концов — к розеткам). Дело в том, что провода эти, по закону Джоуля-Ленца, нагреваются, особенно если потребитель достаточно мощный. В общем и целом, нагрев проводов — это следствие падения напряжения на них, поскольку провода наши вполне реальны и обладают конечным электрическим сопротивлением R.

Для наглядной демонстрации предлагается устроить следующий эксперимент. Включите в сеть водонагреватель мощностью 2 кВт, и через минуту потрогайте провод, соединяющий его с розеткой. Провод ощутимо теплый, не так ли? Еще бы, ведь через него идет ток около 9 ампер.

Если сечение провода 1,5 кв. мм, то сопротивление двух жил метра такого провода составляет 0,024 Ом, а значит при токе в 9 ампер на нем постоянно, пока водонагреватель работает, в форме тепла рассеивается мощность примерно 2 Вт! А если взять электрический чайник с его метром двухжильного провода, а утюг, а масляный обогреватель… Да еще и попробовать подключить их к розетке через обычный дешевый удлинитель «для телевизора». Провод ощутимо разогреется, а это — явные потери.

В конце концов каждый провод, соединяющий какой бы то ни было прибор с розеткой, сам по себе всегда расходует определенную активную мощность, которую безжалостно учитывает счетчик. Мы уже и не говорим о сечении электропроводки, на меди в которой порой желают сэкономить бережливые хозяева. Начнем с того, что сопротивление любого реального проводника можно легко вычислить по следующей формуле:

Итак, в чем же суть потерь энергии на проводах, как эти расходы прикинуть, и как их в конце концов уменьшить? Начнем с того, что в проводах, шнурах, кабелях, принято использовать медь.

Медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,018 Ом*м/кв.мм. Это значит, что сопротивление одной жилы медного провода сечением 1 кв. мм, длиной 1 км составит 18 Ом. А если провод двухжильный, то сопротивление окажется 36 Ом. А один метр ДВУХЖИЛЬНОГО провода сечением 1 кв.мм даст сопротивление 0,036 Ом.

Падение напряжения на проводе зависит от электрического тока, который по нему в данный момент течет. Зная ток (поделив мощность прибора на напряжение в сети), из Закона Ома для участка цепи можно найти это падение напряжения:

Умножив падение напряжения на номинальный ток прибора, находим мощность, рассеиваемую на проводе. Вывод напрашивается сам собой: чем меньше сечение соединительного провода и чем он длиннее — тем больше падение напряжения на данном проводе, и, соответственно, — больше электрические потери, получаемые в форме тепла.

Вредные последствия неадекватно большого падения напряжения на проводах давно известны электрикам.

Во-первых, перегревается проводка, что практически повышает вероятность возгорания и возникновения пожара в помещении.

Во-вторых, расход энергии на бесполезный нагрев проводки ведет к лишним материальным расходам на оплату счетов за электричество.

В-третьих, падение напряжения на проводах отнимается по сути у прибора, который должен получить все напряжение полностью.

В-четвертых, ресурс проводов из-за их перегрева тратится быстрее, как и ресурс импульсных блоков питания потребителей, получающих напряжение меньше номинала, и поэтому вынужденных потреблять больше тока.

В заключении хотелось бы отметить, что никогда не стоит экономить на площади сечения медных проводов при выполнения проводки в помещении. К примеру: двухжильный медный провод сечением 2,5 кв.мм на 5 метрах даст 7,2 Вт тепла уже при токе в 10 А. Насколько это экономично? Лучше выбирать сечение провода таким образом, чтобы при максимальной нагрузке на сеть плотность тока была бы не более 4 А на кв.мм жилы.

Ранее ЭлектроВести писали, что до недавнего времени жители Хмельницкого неоднократно наблюдали за масштабными пожарами на свалке, справиться с которыми представители Государственной службы по чрезвычайным ситациям не могли по несколько суток. При этом жители близлежащих территорий задыхались от нестерпимой дыма и вони. Поэтому в 2016 году был проведен аудит на определение объемов газа в городе, после чего — объявлен конкурс на определение инвестора для строительства станции по дегазации полигона и производства электроэнергии. Победителем конкурса стал один из производителей электрической энергии, который в 2017 году установил установку для откачки и сжигания «свалочного» газа.

По материалам: electrik.info.

Расчет потери напряжения | EDS

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке? Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Калькулятор в режиме онлайн позволяет правильно вычислить необходимые параметры, которые в дальнейшем сократят появление различного рода неприятностей. Для самостоятельного вычисления потери электрического напряжения вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

U=RI

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S, где

р – удельное сопротивление провода, Ом*мм2/м;

l – длина провода, м;

S – площадь поперечного сечения провода, мм2.

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм2/м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм2/м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Небольшой пример расчета для медного провода:

Задача: подключить нагрузку в 3,3 кВм (I = 15А, U=220V) на расстоянии 50м медным кабелем сечением 2х1,5 мм2.

Не забываем, что ток “бежит” по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому “пробегаемое” им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения (220V). Это довольно большая потеря напряжения, потому проводим аналогичный расчет для кабеля сечением 2,5 мм2 и получаем 4,7%. Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%, следовательно это сечение подходит оптимально.

Так что если источник питания находится на довольно большом расстоянии от приемника,обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии!

Определение потерь напряжения и мощности в проводах линии и электропередачи

Лабораторная работа

Цель

1. Выяснить какое влияние оказывает нагрузка линии и сопротивление её проводов на напряжение приемника.

2. Определить мощность потерь в проводах и КПД линии электропередачи.

Теоретическое обоснование

Каждый приёмник электрической энергии рассчитан на определённое номинальное напряжение. Так как приёмники могут находиться на значительных расстояниях от питающих их электростанций, то потери напряжения в проводах имеют важное значение. Допустимые потери напряжения в проводах для различных установок не одинаковы, но не превышают 4-6% номинального напряжения.

На рис. приведена схема электрической цепи, состоящая из источника электрической энергии, приёмника и длинных соединительных проводов. При прохождении по цепи электрического тока I показания вольтметра U₁, включённого в начале линий, больше показаний вольтметра U₂, включённого в конце линий.

Уменьшение напряжения в линии по мере удаления от источника вызвано потерями напряжения в проводах линии

Uⁱ=U₁-U₂ и численно равно падению напряжения. Согласно закону Ома, падение напряжения в проводах линии равно произведению тока в ней на сопротивление проводов: Uⁱⁱ=I*R тогда Uⁱ=U₁-U₂= Uⁱⁱ= — сопротивление проводов линии.

Мощность потерь в линии можно определить двумя способами:

Pⁱ= Uⁱ*I=(U₁-U₂)*I или Pⁱⁱ=I*R

Уменьшить потери напряжения и потери мощности в линии электропередачи можно уменьшая силу тока в проводах либо увеличивая сечение проводов с целью уменьшения их сопротивления. Силу тока в проводах можно уменьшить увеличивая напряжение в начале линии.

КПД линии электропередачи определяется отношением мощности, отдаваемой электроприёмнику, к мощности, поступающей в линию, или отношением напряжения в конце линии к напряжению в её начале:

Схема передачи электрической энергии:

Приборы и оборудование

Два вольтметра и амперметр электромагнитной системы, ламповый реостат, двухполюсный автоматический выключатель, соединительного провода.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

Подать в цепь напряжение. Изменяя нагрузку с помощью лампового реостата, при трёх её значениях записать показания приборов в таблице.

Вычислить потери двумя способами:

1. Как разность напряжений в конце и начале линий.

2. Как произведение силы тока на сопротивление проводов.

Определить мощность потерь в линии и КПД. Результаты вычислений занести в таблицу.

Таблица изменения числа потребителей:

Изменяем напряжение в начале и конце линий.

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Вывод

На основе проведённого опыта выяснили, что факторами, влияющими на потери в линиях являются: протяжённость линий; сечение проводника; состав материала и количество потребителей. Чем больше потребителей, тем меньше КПД. . Уменьшить потери напряжения и потери мощности в линии электропередачи можно уменьшая силу тока в проводах либо увеличивая сечение проводов с целью уменьшения их сопротивления.

Ответы на контрольные вопросы

Разность напряжений в начале и конце линий равна падению напряжения в проводах и называется потерей напряжения.

U=IR

Сопротивление проводов зависит от материала из которого они изготовлены, площади поперечного сечения и длины этих проводов.

КПД линии определяется отношением мощности, отдаваемой электроприемнику, к мощности, поступающей в линию, или отношением напряжения в конце линии к напряжению в ее начале.

Чем выше рабочее напряжение, тем ниже сила тока, а следовательно меньше потерь.

Расчет напряжения, потери напряжения (страница 1)

1. Как скажется на потере напряжения в двухпроводной линии длиной l=200 м замена медных проводов с площадью поперечного сечения на алюминиевые того же сечения, если ток в линии I=100 A?

Решение:
Потеря напряжения в проводах линии прямо пропорциональна току и сопротивлению линии. Ток в линии предполагается в обоих случаях одинаковым. Следовательно, на изменение потери напряжения может повлиять только изменение электрического сопротивления линии в результате замены медных проводов алюминиевыми. Так как длина линии и сечение проводов остаются прежними, то необходимо сравнить величины удельных сопротивлений алюминия и меди:

Таким образом, при алюминиевых проводах потеря напряжения будет в 1,65 раза больше. Чтобы знать числовое значение потери напряжения, следует определить электрические сопротивления проводов.
При медных проводах

При алюминиевых проводах

Потери напряжения:

• при медных проводах

• при алюминиевых проводах

2. Вольтметр присоединен к зажимам генератора, имеющего внутреннее сопротивление 0,2 Ом. При холостом ходе генератора показание вольтметра 232 В.
Определить показания вольтметра при нагружении генератора токами 20, 40, 50 и 100 А, считая э.д.с. и внутреннее сопротивление постоянными.

Решение:
Показание вольтметра, присоединенного к зажимам генератора, не нагруженного током, равно его э. д. с; следовательно, Е = 232 В. Напряжение между зажимами источника меньше этой э.д.с. на величину внутренних потерь , т. е.

Подставив числовые значения в это выражение, вычислим искомые показания вольтметра по табл. 3.
Таким образом, если не регулировать э.д.с. источника, то по мере нагружения генератора током напряжение между его зажимами будет уменьшаться.
Это может привести к заметному уменьшению светового потока электрических ламп.

Таблица 3

3. При токе 2 А напряжение между зажимами аккумулятора было равно 2,1 В, а при токе 4 А оно стало равно 2 В.
Определить э. д. с. источника, внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания.
Примечание: Э.д.с. и внутреннее сопротивление источника не зависят от тока нагрузки.

Решение:
На основании закона Ома сопротивление внешней цепи равно:

• в первом случае

• во втором случае

На основании закона Ома для всей цепи э.д.с. равна:

• в первом случае

• во втором случае

или

Вычтя уравнение (3) из уравнения (2), получим

Подставив в уравнение (3), найдем

Ток короткого замыкания источника ограничивается лишь внутренним сопротивлением и равен

Такой ток опасен для пластин аккумулятора типа СК-1 емкостью , допускающего ток 18,5 а при одночасовой работе.

4. Двухпроводная линия, соединяющая приемники энергии со станцией, выполнена алюминиевыми проводами сечением и имеет длину l=50 м. Мощность приемников энергии, имеющих номинальное напряжение , изменяется во время работы и принимает значения 1,1; 5,5; 11,0; 0; 2,75 кВт.
Как должно изменяться напряжение на станции, чтобы обеспечить номинальное напряжение приемников?

Решение:
Сопротивление одного провода линии

Сопротивление двухпроводной линии

Суммарный ток приемников энергии, проходящий в проводах линии, в первом случае

Потеря напряжения в линии

Напряжение в начале линии

Аналогичное вычисление проведем для всех случаев и данные впишем в табл. 5.
Следовательно, в результате потери напряжения в линии, изменяющейся пропорционально току, приходится регулировать напряжение в начале линии. Напротив, неизменное напряжение в начале линии приведет к заметным колебаниям напряжения в конце линии при включении и отключении приемников энергии. Это отражается на световом потоке электрических ламп и скорости вращения электродвигателей.

Таблица 5

5. Э.д.с. аккумуляторной батареи составляла 20 В в начале зарядки при токе 10 А и повысилась до 26 В в конце зарядки при токе 1 А.
Как изменится напряжение, приложенное к батарее, если внутреннее сопротивление ее равно 1 Ом и принимается постоянным?

Решение:
Приложенное к батарее напряжение должно при зарядке уравновешивать направленную встречно э.д.с. и покрывать потери напряжения во внутреннем сопротивлении батареи. Следовательно,

Если заряжающий источник имеет напряжение больше, чем , то последовательно с батареей следует включить реостат для компенсации избытка напряжения, причем сопротивление реостата приходится увеличивать ввиду уменьшения тока к концу зарядки батареи.

6. Батарея составлена из четырех первичных элементов с разными э.д.с. и различными внутренними сопротивлениями (рис. 12).
Выяснить условия наиболее благоприятного взаимосоединения источников, если соединение «групповое».

Решение:

В каждой группе источники соединены последовательно, причем зажим «+» одного источника соединен с зажимом «—» другого источника. Поэтому в пределах каждой группы имеем сложение э.д.с, например в 1-й группе, во 2-й группе.
Одноименные зажимы группы соединяем между собой. При обходе контура батареи направление двух э.д.с, например , совпадают с направлением обхода, а направления э.д.с. противоположны направлению обхода. Поэтому получаем алгебраическую сумму э.д.с.

Такой контур существует и при холостом ходе батареи, когда к полюсам батареи не присоединена нагрузка. Чтобы при холостом ходе не было тока в контуре батареи, нужно алгебраическую сумму э.д.с. приравнять нулю, т. е. необходимо равенство сумм э.д.с. той и другой групп:

Допустим, что это условие выполнено. Чтобы при нагрузке ток внешней цепи распределялся между группами батареи поровну, требуется равенство сопротивлений групп, т. е. В этом случае при обходе контура батареи получим

где , т. е. токи групп равны друг другу и составляют половину тока нагрузки.

§ 15. Передача электрической энергии по проводам

Потеря напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника I (рис. 33) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря напряжения в проводах линии

?U_л = IR_л (36)

где R_л, — сопротивление проводов линии.
В результате этого напряжение U₂ в конце электрической линии оказывается меньше напряжения U₁ в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ?U_л не является постоянной величиной, она колеблется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при I = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления R_л проводов линии,

Рис. 33. Схема передачи электрической энергии от источника к приемнику

т. е. от их удельной проводимости ?, площади поперечного сечения s и длины линии l_л.

На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребителем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ?U_л этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

Потери мощности в линии и ее к. п. д. При прохождении по линии тока I часть мощности Р₁, поступающей от источника, теряется в линии вызывая нагрев проводов, эти потери мощности

?P_л = I²R_л = I?U_л (37)

Следовательно, приемник электрической энергии включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность

P₂ = P₁ – ?P_л (38)

При увеличении тока I возрастают потери мощности в проводах линии ?P_л и уменьшаются к.п.д. линии и напряжение U₂, подаваемое на нагрузку.

Практически электрическую энергию передают по проводам при ? = 0,9- 0,95, при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10 % сопротивления нагрузки и потери энергии в них не превышают 5—10 % передаваемой мощности.
Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения U₂, при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

?P_л = I²R_л= P₂²/U₂² * 2?l_л/s_л (39)

Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р₂ и расстояние l_л, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов S_л и напряжение U₂ в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгоднее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.
Принципы расчета проводов. Для правильной работы приемников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напряжение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает существенное ослабление накала электрических ламп и ухудшение режима работы электродвигателей, а увеличение по сравнению с номинальным — сокращение срока службы ламп и электрических машин.
Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электрической энергии и обеспечения малого колебания напряжения на приемниках. В электрических сетях различного назначения допустимые потери напряжения составляют примерно 2—6 %. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор площади S_л их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при максимальной нагрузке потери напряжения на участке от источника питания до самого удаленного приемника не превышали 2—6 % номинального напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из условия, чтобы на токоприемнике электровоза действовало напряжение U₂, достаточное для нормальной работы электрических машин локомотива.

Относительная потеря напряжения в линии, %,

?=(?U_л/U₂) 100 %.

Заменяя в этой формуле ?U_л = IR_л = I2?l_л/S_л и I = P₂/U₂, получим, что поперечное сечение проводов линии

S_л = (200?/?) (P₂i_л/U₂²) (39′)

Из формулы (39′) следует:

1) чем больше передаваемая мощность и чем на большее расстояние она передается, тем больше должно быть поперечное сечение проводов линии;

2) увеличение напряжения в линии позволяет в значительной
степени уменьшить сечение проводов линии и снизить потери мощности в ней.

При передаче электрической энергии на дальнее расстояние широко используются выгоды, которые дает повышение напряжения. Чем большую мощность требуется передать и чем больше расстояние, на которое она передается, тем более высокое напряжение применяют в линиях электропередачи. Например, при передаче энергии от мощных электростанций (Куйбышевской, Волгоградской и др.) на расстояние 800—1000 км используют напряжение 500—750 кВ; при передаче энергии на расстояние 100—200 км— 110—220 кВ; при передаче сравнительно небольшого количества энергии на расстояние нескольких километров или десятков километров— 35 кВ. В электрических установках небольшой мощности при расположении электрических приемников вблизи от источников
питания применяют напряжения 110, 220, 440 В (при постоянном
токе) и 127, 220, 380, 660 В (при переменном токе).

При электрической тяге, чем больше напряжение в контактном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь и тем на большем расстоянии могут быть расположены источники питания контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снабжения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравнительно небольшую мощность, а контактная сеть — небольшую протяженность, используют напряжение 600 В, а на магистральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы),— 3300 В. Электрификация железных дорог на переменном токе дает возможность поднять напряжение в контактной сети до 27500 В что позволяет значительно уменьшить площадь сечения проводов контактной сети и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоянного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повышению напряжения в контактной сети на дорогах переменного тока до 2*25 кВ.

Нормы потерь напряжения в сетях 0.4 кв. Потеря напряжения

Рассмотрение допустимых падений напряжения в электрической сети.

Цель лекции:

Ознакомление с расчетами нагрузки отдельных ветвей сети.

Допустимые падения напряжения

При любом потреблении из электрической сети происходит возникновение электрического тока. Он при своем прохождении вызывает на этих проводках падения напряжения, следовательно, напряжение, подведенное к электроприемнику не равно напряжению на клеммах источника питания, а оно ниже. Для отдельных частей электрической проводки в то же время предписаны различные падения напряжения.

Для падения напряжения от источника питания к месту потребления можно исходить из предписанных отклонений напряжения (IEC 60 038), которые должны находиться в пределах + 6 % и  10 % от номинального значения (с 2003 года данные пределы должны быть ). Это означает, что общее падение напряжения от источника питания к самому месту потребления может составлять до 16 %.

В самой электрической инсталляции здания (т. е. внутри объекта) согласно IEC 60 634-5-52 рекомендовано, чтобы падение напряжения между началом инсталляции и эксплуатируемым оборудованием пользователя не было больше 4 % номинального напряжения инсталляции. Эта рекомендация в некоторой степени противоречит требованиям других национальных стандартов (например, CSN 33 2130 в Чешской Республике).

Можно допустить, что с учетом выполнения остальных требований при расчете параметров проводки могут возникнуть в некотором отрезке падения больше, чем указано выше, если в проводке от шкафа присоединения до самого электроприемника не будут превышены следующие падения: у осветительных выводов 4 %; у выводов для плит и отопительных приборов (стиральные машины) 6 %; у штепсельных розеток и остальных выводов 8 %.

«Правила устройств электроустановок» (ПУЭ) устанавливают наибольшие длительные допустимые нагрузки (силы тока в амперах) для изолированных проводов. Кабелей и голых проводов, которые приведены в виде таблицы. Таблицы эти составлены на основании теоретических расчетов и результатов непосредственных испытаний проводов и кабелей на нагревание.

Максимально допустимые по условиям нагрева нагрузки для проводов и кабелей с алюминиевыми жилами при одинаковым геометрическом сечении и одинаковом периметре с медными проводниками следует принимать равным 77% нагрузок для соответствующих медных проводников. Для силовых сетей допустимая длительная потеря напряжения не должна превышать 5%, а для сетей освещения 2,5% номинального.

Видно, что при суммировании всех допустимых падений напряжения (в распределительной сети и в электрической инсталляции) можем попасть на сам предел работоспособности некоторых приборов и оборудования. Например, у реле и контакторов гарантирована их функция от 85 % номинального напряжения и выше, у электродвигателей это, начиная с 90 % номинального напряжения. Поэтому необходимо руководствоваться выше указанной рекомендацией (падение напряжения до 4 %), приведенной в IEC 60 634-5-52.

Отмечаем, что требования национальных стандартов не касаются падений напряжения на некоторой части проводки, а требования, насколько напряжение может упасть по отношению к номинальному напряжению. На клеммах трансформатора может быть, например, напряжение равное 110 % номинального напряжения, от них потом падения напряжения могут быть 15 %, или же 13 %. Значит, у проектировщика определенное свободный простор, каким образом распределить падения напряжения в этих случаях от источника к электроприемнику.

Необходимо сказать, каким образом падения напряжения рассчитываются, или же, как они суммируются. Что касается чисто активных нагрузок, какими являются электрическое тепловое электрооборудование, и небольших сечений проводки, ситуация простая. Падения напряжения — это произведения токов и сопротивлений проводки, которые можно простым способом суммировать. В том случае, если речь идет об электрооборудовании, например, двигателях, характер потребления которых активный и индуктивный, и об общем импедансе Z
проводки, состоящем из реальной составляющей (активное сопротивление) R
и мнимой составляющей (индуктивное сопротивление) X, то данные комплексные величины взаимно умножаются. Результатом этого произведения опять является комплексная величина, значит комплексное падение напряжения. Она описывает падения напряжения в реальной и мнимой оси координат. Абсолютные значения этих падений напряжения на отдельных частях проводки от источника к электроприемнику поэтому не должны суммироваться стандартным способом, а должны суммироваться опять только как комплексные величины (т. е. реальные и мнимые составляющие отдельно).

Поэтому не должно удивлять то, что суммы абсолютных значений падений напряжения часто не являются точной суммой их абсолютных значений на отдельных, связанных друг с другом проводках.

Расчет нагрузки отдельных ветвей сети

Токовые нагрузки отдельных ветвей невозможно суммировать просто как арифметическую сумму абсолютных значений токов, а нужно суммировать отдельно реальные и мнимые составляющие. При соблюдении этих правил можно определить нагрузку при любой конфигурации сети. Аналогичные правила соблюдаются и при расчете токов короткого замыкания. И при коротком замыкании вычисления выполняются с импедансом сети, выраженным в комплексной форме.

Влияние нагрузки на ток короткого замыкания.

Нагрузка может оказывать существенное влияние на токи короткого замыкания. На рисунке 1 приведены простейшие схемы включения нагрузки. Характер нагрузок и соотношения их разные (асинхронные и синхронные двигатели, бытовая нагрузка, освещение), величина меняется в разные дни года, время суток, для различной сменности работ предприятий. Определить действительное значение нагрузки и увеличение ее сопротивления в момент короткого замыкания практически невозможно.

Условно считается, что сопротивление нагрузки постоянно по и величину , определенную по (1).

В нормальном режиме сопротивление нагрузки определяется по соотношению:

, (1)

где U – расчетное напряжение, равное вторичному напряжению питающего трансформатора;

I н и S н – ток и мощность нагрузки.

Мощность нагрузки принимается в зависимости от числа питающих трансформаторов. При одном трансформаторе мощность нагрузки принимается равной мощности трансформатора. При двух одинаковых трансформаторах мощность нагрузки принимается равной 0,65-0,7 мощности одного трансформатора. При аварийном отключении одного из двух трансформаторов всю нагрузку должен принять оставшийся в работе трансформатор. Нагрузка его при этом составит 130-140 % номинальной мощности.

Рисунок 1 — Распределение тока с учетом нагрузки, подключенной

к линии (а) и к шинам (б)

Из рисунка 1 видно, что при удаленном КЗ, когда напряжение на шинах снижается не до нуля, полный ток , проходящий через трансформатор, состоит из тока, ответвляющегося в нагрузку , и тока в месте короткого замыкания . Для схемы на рисунке 1,а полный ток КЗ определится по соотношению:

, (2)

а для схемы на рисунке 1 б – по соотношению:

, (3)

В действительности сопротивления имеют разные соотно- шения х/r и вычислять токи по формулам (2) и (3) следовало бы в комплексной форме. Но для большинства сетей отношение z и L нагрузки и линий близки, мало по сравнению с , и для упрощения расчетов уравнения (2) и (3) решаются в полных сопротивлениях z. Такое допущение тем более оправдано, что действительная нагрузка в момент КЗ неизвестна.

Полный ток делится на две части: часть тока , идущая к месту КЗ в схеме на рисунке 1,а, определяется:

, (4)

а для схемы на рисунке 1,б – по формуле:

, (5)

Из выражения (5) видно, что при z с = 0 ток к месту КЗ составляет , то есть нагрузка не влияет на значение тока короткого замыкания, если она подключена к шинам бесконечной мощности.

Методы арифметического подсчета воздушных электронных сетей с проводами из различных материалов по потере напряжения. Допустимую потерю напряжения в электронной сети определяют по вероятно разрешенным отклонениям напряжения у потенциальных пользователей. Поэтому рассмотрению запроса для ответа об отклонениях напряжения уделено значительный интерес.

Для всякого приемника электрической энергии возможны конкретные падения вольтажа. К примеру, неодновременные силовые агрегаты в стандартных нормах допустимое отклонение аномалий напряжения ±5%. Это обозначает следовательно, что в курьезном инциденте если номинальное вольтажа предоставленного электрического двигателя составит 380 В, из этого вольтажа U»доп = 1,05 Uн = 380 х 1,05 = 399 В и U»доп = 0,95 Uн = 380 х 0,95 = 361 В нужно исходить из его наиболее вероятно дозволительными индикаторами вольтажа. Конечно же, что все буферные вольтажи, вмещенные среди обозначениями 361 и 399 В, еще будут довольствовать покупающего пользователя и скомпонуют некий диапазон, тот или иной без вариантов можно прозвать диапазоном желаемых напряжений.

Допустимая потеря напряжения в линии

Пользователи электронной энергетической активности трудовую загрузку делают нормально, когда на их зажимы подается то напряжение, опираясь на математический подсчет изготовленного электрического прибора либо аппарата. При передаче электрической энергии по линиям часть вольтажа пропадает на противодействие самих линий и в итоге под самый конец полосы, т. е. у покупающего пользователя, вольтажа выходит падение, чем в начале линии. Падение вольтажа у покупающего пользователя, если сравнивать с обыденным, отражается на работе приемника тока, хоть силовая либо световая нагрузка.

Из-за чего при подсчете каждый полосы электропередачи отличия вольтажа не обязаны превосходить с большой вероятностью возможных норм, сети, общепризнанные выбором электрической загрузки и подсчитанные на подогрев, в главном, измеряют по потере, падении вольтажа.

Падением вольтажа ΔU именуют разность вольтажа на начале линии и на ее конце. ΔU принято предопределять в условно сравнительных единицах измерения — по отношению к обозначенному вольтажу.
При пользовании встречного урегулирования вольтажа есть возможность усилить вероятно допустимую потерю напряжения. К сожалению, район внедрения его имеет ограничения. Большинство деревенских пользователей запитано от шин подстанций энергетической системы своего района, индустриальных либо коммунальных электрических установок. При этом может быть электроэнергия от подстанций напряжением 35/10 либо 110/35 кВ.

Потерю напряжения на линиях воздушных рядов вычисляют методикой для наибольшей возможной нагрузки. Поскольку потеря напряжения примерно равно увеличена нагрузке при наименьше возможной потребляемой мощи, на линиях деревенской воздушной сети она имеет наибольшее значение 25%.

Допустимая потеря напряжения ПУЭ

ПУЭ – это главный документ, подсчитывающий запросы к разнообразным формам электрического оборудования. Точность реализации запросов ПУЭ гарантирует безошибочность и защищенность работы электрических установок.

Запросы ПУЭ непременны для всех учреждений безотносительно от формальной собственности и организационно правовых форм, равно как для частных предпринимателей и физических лиц, работающими проектировщиками, сборкой, настройкой и использования электрических установок.

ПУЭ 7-го издания

Уровни и контроль вольтажа, возмещения реактивной мощи:

• Пункт 1.2.22. Для электросетей надлежит оговорить инженерные процедуры по гарантии свойств электроэнергии в соотношении с запросом ГОСТ 13109
• Пункт 1.2.23. Установка корректировки вольтажа обязана создать стабилизацию вольтажа на шинах вольтажом 3-20 кВ подстанций и электростанций, где тот или иной подключены электрораспределительный сети, в диапазоне не менее 105 %, обозначенного в промежуток максимальных нагрузок и не более 100%, обозначенного в промежуток минимальных нагрузок этих же сетей. Неточность от упомянутого уровней вольтажа обязана быть оправданной
• Пункт 1.2.24. Альтернативность и позиционирование аппаратов возмещения реактивной мощности в электросетях делается от безысходности снабжения нужной пропускной возможности сети в нормальных и после аварийных порядках при удержании нужных уровней вольтажа и резервов выносливости.

В распределительных сетях 0,4 кВ существует проблема, связанная со значительными перекосами напряжений по фазам: на нагруженных фазах напряжение падает до 200…208 В, а на менее нагруженных за счет смещения «нуля» может возрастать до 240 В и более. Повышенное напряжение может привести к выходу из строя электрических приборов и оборудования потребителей. Асимметрия напряжений возникает из-за разного падения напряжения в проводах линии при перекосах фазных токов, вызванных неравномерным распределением однофазных нагрузок. При этом в нулевом проводе четырехпроводной линии появляется ток, равный геометрической сумме фазных токов. В некоторых случаях (например, при отключении нагрузки одной или двух фаз) по нулевому проводу может протекать ток, равный фазному току нагрузки. Это приводит к дополнительным потерям в ЛЭП (линии электропередач) 0,4 кВ, распределительных трансформаторах 10/0,4 кВ и, соответственно, в высоковольтных сетях.

Подобная ситуация характерна для многих сельских районов и может возникнуть в жилых многоквартирных домах, где практически не реально равномерно распределить нагрузку по фазам питания, в результате чего в нулевом проводе появляются достаточно большие токи, что приводит к дополнительным потерям в проводниках групповых и питающих линий и вызывает необходимость увеличения сечение нулевого рабочего провода до уровня фазных.

Перекосы напряжений сильно сказываются на работе оборудования [Л.1]. Так небольшая асиметрия напряжения (например, до 2%) на зажимах асинхронного двигателя приводит к значительному увеличению потерь мощности (до 33% в статоре и 12% в роторе), что в свою очередь, вызывает дополнительный нагрев обмоток и снижает срок службы их изоляции (на 10,8%), а при перекосах в 5% общие потери возрастают в 1,5 раза и, соответственно, растет потребляемый ток. Причем, дополнительные потери, обусловленные несиметрией напряжений, не зависят от нагрузки двигателя.

При увеличении напряжения на лампах накаливания до 5% световой поток увеличивается на 20%, а срок службы сокращается в два раза.

На трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ, как правило, установлены трансформаторы со схемой соединений У/У н. Уменьшить потери и симметрировать напряжение в ЛЭП 10 кВ возможно, применив со схемой соединений Y/Zjj или A/Zjj, или (выпускаемый УП МЭТЗ им. В.И. Козлова), но такая замена связана с большими финансовыми затратами и не компенсирует дополнительные потери в ЛЭП 0,4 кВ.

Для компенсации перекоса напряжений целесообразно перераспределить токи нагрузки по фазам, выровняв их значения.

Необходимость ограничения тока нулевого провода вызвана еще и тем, что в распределительных сетях 0,4 кВ, выполненных кабелем, сечение нулевого провода обычно принимается на ступень меньше сечения фазного провода.

В целях уменьшения потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ за счет перераспределения токов по фазам, ограничения тока в нулевом проводе и снижения перекосов напряжений, предлагается использовать трехфазный симметрирующий автотрансформатор, устанавливая его в конце ЛЭП, в узлах нагрузки. При этом, если на линии 0,4 кВ до узла нагрузки произойдет короткое замыкание одной из фаз на нулевой провод (что в сожалению не редко бывает на воздушных ЛЭП в сельских районах), потребители за установленным автотрансформатором будут защищены от больших перенапряжений.

Автотрансформатор трехфазный, сухой, симметрирующий (сокращенно — АТС-С) содержит трехстержневой магнитопровод, первичные обмотки W 1 размещенные на всех трех стержнях, соединенные в звезду с нейтралью и подключаются к сетевому напряжению, компенсационная обмотка W K выполнена в виде открытого треугольника (некоторые авторы называют его разомкнутым [Л.3]) и включена последовательно с нагрузкой.

Основные электрические схемы автотрансформатора представлены на рис.1…4.

На рис.1 представлена электрическая схема автотрансформатора с компенсационной обмоткой, когда секции этой обмотки, выполненные на каждой фазе, соединены в классический открытый треугольник и подключены к нейтрали сети, и к нагрузке.

На рис.2 представлена электрическая схема автотрансформатора с компенсационной обмоткой, выполненной в виде витков из проводникового материала, лежащих поверх обмоток всех трех фаз автотрансформатора, образуя открытый треугольник. Применение этой схемы, по сравнению с предыдущей, позволяет не только уменьшить расход обмоточного провода дополнительной обмотки, но и габаритную мощность автотрансформатора за счет освобождения окна магнитопровода и уменьшения межосевого расстояния между первичными обмотками.

Эти схемы применимы в тех случаях, когда нулевой провод нагрузки не имеет жесткой связи с заземлением и во всех случаях в пятипроводной системе с РЕ- и N-проводниками.

На рис.3 представлена электрическая схема автотрансформатора с компенсационными обмотками, выполненными в виде фазных обмоток соединенных в открытые треугольники, включенные согласно к фазным обмоткам автотрансформатора.

Конструктивно схема, представленная на рис.4, может быть выполнена аналогично схеме рис.2, т.е. фазные компенсационные обмотки выполнены поверх обмоток всех трех фаз автотрансформатора и включены в разрыв фазных проводов сети со стороны нагрузки.

Данные схемы могут использоваться, в том числе, когда нейтраль нагрузки глухо заземлена, т. е. когда нет возможности включить компенсационную обмотку автотрансформатора в разрыв нулевого провода между нагрузкой и сетью, или когда нулевой провод нагрузки по требованиям безопасности должен быть «жестко» заземлен.

При асимметрии токов нагрузки и, соответственно, токов в компенсационных обмотках, магнитные потоки, создаваемые этими обмотками в магнитопроводе автотрансформатора, будут геометрически складываться. В стержнях магнитопровода будут возникать направленные в одну сторону во всех фазах автотрансформатора потоки нулевой последовательности. Эти магнитные потоки, создают э.д.с. нулевой последовательности и, соответственно, токи I 01 в первичной обмотке пропорционально коэффициенту трансформации к тр (обратно пропорционально соотношению числа витков W1/Wk).

Подключение обмотки W K выбрано таким образом, чтобы фазные токи автотрансформатора векторно вычитались из фазного тока линии наиболее нагруженной фазы и добавлялись к токам менее нагруженных фаз. Такое перераспределение приводит к более симметричному распределению токов по фазам в ЛЭП, выравниванию падений напряжения в проводах линии и, следовательно, к симметрированию напряжения на нагрузке, а так же к уменьшению тока нулевого провода и потерь в линии электропередач, и силовых распределительных трансформаторах, обеспечивая экономию электроэнергии. ). Потери в фазных проводах, соответственно, составят -40 2 -0,34=544 Вт, 30 2 -0,34=3 06 Вт, 10 2 -0,34=34 Вт, в нулевом проводе -26,5 -0,54=379 Вт, суммарные потери в линии — 1263 Вт.

Применение АТС-С позволит перераспределить токи в линии. При коэффициенте трансформации 1/3 одна треть тока нулевого провода векторно вычитается из токов нагруженных фаз и прибавляется к току менее нагруженной фазы. Токи, соответственно, станут

Равными 33,8, 29,6 и 18,6 А, при этом ток нулевого провода (учитывая некоторую асимметрию магнитной системы автотрансформатора) может составлять до 10% среднего фазного тока т.е. 2,7 А.

При таком перераспределении токов суммарные потери в линии составят (33,82+29,62+18,62)·0,34+2,72·0,54 = 805Вт.

Таким образом, установка автотрансформатора АТС-С позволяет снизить потери в ЛЭП-0,4 кВ на 36 %.

Очевидно, что уменьшение падения напряжения в проводах линии пропорционально изменению тока по фазам, существенно выравнивает напряжение в узле нагрузки, в первую очередь за счет смещения «нуля».

Увеличение коэффициента трансформации выше 1/3 для трехфазных нагрузок не целесообразно и, несмотря на более равномерное перераспределение токов по фазам, приводит к увеличению потерь в ЛЭП за счет более существенного увеличения тока нулевого провода, а так же потребует больших затрат на материалы.

Относительное значение мощности автотрансформатора АТС-С составит – S*ат= k·Sн, где: Sн – мощность нагрузки; k – коэффициент в зависимости от схемы автотрансформатора и коэффициента трансформации (kтр), представленный в таблице 1.

Таблица 1 значения коэффициента
к

Если гарантированно известен максимальный ток, протекающий в нулевом проводе нагрузки, то габаритная мощность автотрансформатора по схеме рис. 1 может быть рассчитана, исходя из этого тока — Б ат = 1 02 -и л /л/3, а по схеме рис.2 — Б ат = 1 02 -и л /3 и для выше приведенного примера трехфазной несимметричной нагрузки составит, соответственно, 8,3 и 4,8 кВ-А.

Наиболее эффективным является установка автотрансформатора непосредственно у потребителя, в точке разветвления трехфазной линии в однофазные, например на вводе дачного кооператива, где практически невозможно выровнять нагрузку по фазам. В жилых многоквартирных домах установка АТС-С на ответвлениях к каждому стояку, питающему квартиры жилых домов, позволяет симметрировать напряжение, и снизить потери в трехфазных групповых и питающих линиях распределительной сети. На малых промышленных предприятиях он может применяться для питания однофазных нагрузок большой мощности: сварочных трансформаторов, выпрямителей, водонагревателей и т. д.

В настоящее время все большее применение находят статические преобразователи (выпрямители, тиристорные регуляторы, высокочастотные преобразователи), газоразрядные осветительные устройства с электромагнитными и электронными балластами, электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью вращения и т.д. Указанные устройства, а также сварочные трансформаторы, специальные медицинские и другие приборы могут генерировать высшие гармоники тока в системе электропитания. Например, однофазные выпрямители могут генерировать все нечетные гармоники, а трехфазные все, не кратные трем, что отражено на рис. 6 [Л.2].

Гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками, могут представлять собой серьезные проблемы для систем электропитания. Гармонические составляющие представляют собой токи с частотами, кратными основной частоте источника питания. Высшие гармоники тока, накладываемые на основную гармонику, приводят к искажению формы тока. В свою очередь, искажения тока влияют на форму напряжения в системе электропитания, вызывая недопустимые воздействия на нагрузки системы. Увеличение общего действующего значения тока при наличии высших гармонических составляющих в системе может привести к перегреву всего оборудования распределенной сети. При несинусоидальных токах возрастают потери в трансформаторах, главным образом за счет потерь на вихревые токи, что требует увеличения их установочной мощности. Как правило, для ограничения гармоник в этих случаях устанавливаются высокочастотные фильтры, состоящие из сетевых реакторов и конденсаторов.

К достоинствам АТС-С следует отнести то, что они обладают способностью фильтрации токов высших гармоник, кратных трем (т.е. 3, 9, 15 и т.д.), ограничивая их протекание как из сети к нагрузке, так и наоборот. Этим самым повышается качество сети и снижаются колебания напряжения.

Как уже указывалось выше, электромагнитные балластные пускорегулирующие аппараты (ПРА) газоразрядных ламп генерируют высшие гармоники. Так, в токах натриевых ламп ДНаТ, широко используемых для целей уличного освещения, третья гармоника является превалирующей и, в зависимости от мощности лампы и типа ПРА, составляет до 5% и более (по [Л.4] третья гармоника допускается до 17,5%). Токи третьих гармоник совпадают по фазе и арифметически складываются в нулевом проводе трехфазной сети, создавая ощутимые добавочные потери, что вынуждает выполнять сечение нулевых рабочих проводников трехфазных питающих и групповых линий, равным фазному.

В этой ситуации применение АТС-С позволяет уменьшить сечение нулевых проводников, как минимум, в два раза и решить три задачи: компенсировать потери от третьей гармоники, обеспечить перевод системы освещения на «ночной режим» (одна или две фазы распределительной сети отключаются в ночные часы), перераспределяя нагрузку на три фазы; и выйти на энергосберегающий режим, выполнив отводы на автотрансформаторе для понижения напряжения. Для решения только первой задачи можно применить автотрансформатор минимальной мощности, рассчитанный на ток нулевого провода (суммарный ток третьей гармоники).

При необходимости компенсировать 5, 7 или 11 гармоники можно воспользоваться схемами рис.3 или 4. В этом случае затраты на сетевые реакторы могут быть уменьшены, т. к. компенсационные обмотки, обладая повышенным индуктивным сопротивлением для высокочастотных гармоник, могут выполнять роль сетевого реактора и, в совокупности с конденсаторами, образовывать фильтр высших гармоник. Конденсаторы подключаются между точками соединения в открытые треугольники секций компенсационных обмоток и нулевым проводом, и могу образовывать одно (см. рис.7), двух или трехступенчатый фильтр для разных частот. Величину индуктивности
секции компенсационной обмотки с достаточной достоверностью можно определить из номинальных параметров — номинального тока и коэффициента трансформации. Например, при номинальном токе I н =25А и коэффициенте трансформации kтр=1/3 напряжение секции
будет U сек =Uф к тр =220/3=73В, сопротивление Z сек =Uсек/Iном=73/25=2,9Ом (пренебрегая малым активным сопротивлением обмотки) считаем индуктивным, и тогда индуктивность секции

Lсек =Z сек /w=2,9/314-10 =9,2мГн. При этом надо учитывать нелинейный характер сопротивления: с уменьшением нагрузки сопротивление возрастает.

При заказе автотрансформатора возможность подключения конденсаторов должна быть оговорена в заявке на изготовление.

Частным случаем является симметрирующий автотрансформатор, целенаправленно предназначенный для питания однофазной нагрузки (см. рис.8 и 9). Для большей симметрии токов по фазам коэффициент трансформации можно сделать больше, чем 1/3, с некоторым увеличением тока нулевого провода.

Рассмотрим это на примере. На вводе трехфазной сети установлен автоматический выключатель, рассчитанный на длительно допустимый ток 25 А. Требуется подключить сварочный трансформатор мощностью 10 кВА (напряжение сети 220 В, ток сварки 160 А, напряжение холостого хода 60 В, ПВ 60%). Потребляемый сварочным трансформатором ток составит 10-1000/220=45,5 А, а с учетом ПВ эквивалентный ток будет 45,5-//0,6=35,2 А, что в 1,4 раза превышает допустимый. Конечно, можно применить обычный автотрансформатор 380/220 В, выполненный на базе трансформатора ОСМР-6,3 (мощностью 6,3 кВА), в этом случае нагрузка будет перераспределена только на две фазы (линейный ток — 20,3 А), но можно применить симметрирующий автотрансформатор (см. схему рис.9) с коэффициентом трансформации 1/2, преобразующий однофазную нагрузку в трехфазную и выровнять нагрузку по всем фазам, снизив ток в сети до 17,6 А, при этом ток в нейтрали, при отсутствии других нагрузок так же будет 17,6 А.

В этом случае автотрансформатор можно изготовить на базе трансформатора ТСР-6,3. Можно также использовать симметрирующий автотрансформатор с коэффициентом трансформации 1/3, ограничив ток в рабочей фазе длительно допустимым для автоматических выключателей — током 23,4А, при этом в двух других фазах будет протекать ток 11,8А при отсутствии тока в нулевом проводе.

Автотрансформатор может быть сделан на базе трансформатора ТСР-2,5.

Снижение потерь в сети по сравнению с прямым включением приведено в таблице 2.

Таблица 2

Учитывая, что сварочный трансформатор генерирует высокочастотные гармоники, в том числе кратные трем, предпочтение следует отдавать симметрирующему автотрансформатору.

Проведенные испытания автотрансформаторов АТС-С в лаборатории УП МЭТЗ им. В.И. Козлова показали положительные результаты и полностью подтвердили свою эффективность (см. Приложение 1 «Результаты испытаний автотрансформатора АТС-С-25»).

Планируется разработка серии автотрансформаторов от 25 до 100 кВА как в открытом исполнении IP00, так и в защитных кожухах исполнений IP21 для установки под навесом и IP54 для установки на открытом воздухе, в том числе непосредственно на опорах ЛЭП 0,4кВ. В автотрансформаторах, при необходимости, в целях повышения или понижения напряжения, может быть предусмотрена возможность переключений регулировочных отводов при его монтаже.

В настоящее время заводом принимаются индивидуальные заказы на автотрансформаторы АТС-С мощностью до 100 кВА.

Приложение 1

Результаты испытаний автотрансформатора АТС-С-25

На примере четырехпроводной ЛЭП-0,4кВ

Лекция № 10

Расчет
местных сетей (сетей напряжением
)
по потере

напряжения

Допустимые потери
напряжения в линиях местных сетей.

Допущения,
положенные в основу расчета местных
сетей.

Определение
наибольшей потери напряжения.

Частные случаи
расчета местных сетей.

Потеря напряжения
в ЛЭП с равномерно распределенной
нагрузкой.

К местным сетям
относятся сети номинальным напряжение
6 – 35 кВ. Местные сети по протяженности
значительно превосходят протяженность
сетей районного значения. Расход
проводникового материала и изоляционных
материалов значительно превосходят их
потребность в сетях районного значения.
Это обстоятельство требует ответственно
подходить к проектированию сетей
местного значения.

Передача
электроэнергии от источников питания
к электроприемникам сопровождается
потерей напряжения в линиях и
трансформаторах. Поэтому напряжение у
потребителей не сохраняет постоянного
значения.

Различают
отклонения

и колебания

напряжения.

Отклонения
напряжения
обусловлены медленно протекающими
процессами изменения нагрузок в отдельных
элементах сети, изменением режимов
напряжения на источниках питания. В
результате таких изменений напряжения
в отдельных точках сети меняется по
величине, отклоняясь от номинального
значения.

Колебания
напряжения
– это быстро протекающие (со скоростью
не менее 1% в минуту) кратковременные
изменения напряжения. Возникают при
резких нарушениях нормального режима
работы при резких включениях или
отключениях мощных потребителей,
коротких замыканиях.

Отклонения
напряжения выражаются в процентах по
отношению к номинальному напряжению
сети

Колебания напряжения
рассчитываются следующим образом:

где

наибольшее
и наименьшее значения напряжения в
одной и той же точке сети.

Чтобы
обеспечить нормальную работу
электроприемников, на их шинах необходимо
поддерживать напряжение, близкое к
номинальному.

ГОСТ
устанавливает следующие допустимые
отклонения в нормальном режиме работы:

В послеаварийных
режимах допускается дополнительное
понижение напряжения на 5% к указанным
величинам.

Чтобы
обеспечить должный уровень напряжения
на шинах электроприемников, применяют
следующие меры:

При коэффициенте
трансформации

фактическое напряжение на шинах низкого
напряжения будет ближе к номинальному:

Обмотки
трансформаторов снабжаются ответвлениями,
которые позволяют менять коэффициент
трансформации в некоторых пределах.
Напряжение, в узлах схемы, расположенных
ближе к источнику питания обычно выше
номинального, а в удаленных – ниже
номинального. Чтобы на вторичной стороне
трансформаторов, включенных в этих
узлах, получить напряжение требуемого
уровня, необходимо подобрать ответвления
в обмотках трансформаторов. В узлах с
повышенным уровнем напряжения
устанавливаются коэффициенты
трансформации выше номинального, а в
узлах с пониженным уровнем напряжения
коэффициенты трансформации трансформаторов
устанавливаются ниже номинальных.

Схему сети,
номинальное напряжения, сечения проводов
выбирают таким образом, чтобы потеря
напряжения не превышала допустимого
значения.

Допустимая потеря
напряжения устанавливается с некоторой
степенью точности, исходя из нормированных
значений отклонений напряжения на шинах
электроприемников:

для
сетей напряжением 220 – 380 В на всем
протяжении от источника питания до
последнего электроприемника от 5 –
6,5%;

для
питающей сети напряжением 6 – 35 кВ –
от 6 до 8% в нормальном режиме; от 10 до 12
% в послеаварийном режиме;

для
сельских сетей напряжением 6 – 35 кВ –до
10 % в нормальном режиме.

Эти
значения допустимой потери напряжения
подобраны таким образом, чтобы при
надлежащем регулировании напряжения
в сети удовлетворялись требования ПУЭ
в отношении отклонений напряжений на
шинах электроприемников.

Допущения, положенные
в основу расчета местных сетей

При расчете сетей
напряжением до 35 кВ включительно
принимаются следующие допущения:

не учитывается
зарядная мощность ЛЭП;

не учитывается
индуктивное сопротивление кабельных
ЛЭП;

не
учитываются потери мощности в стали
трансформаторов. Потери мощности в
стали трансформаторов учитываются
лишь при подсчете потерь активной
мощности и электроэнергии во всей сети;

при расчете потоков
мощности не учитываются потери мощности,
т.е. мощность в начале участка равна
мощности в конце участка;

не
учитывается поперечная составляющая
падения напряжения. Это значит, что не
учитывается сдвиг напряжения по фазе
между узлами схемы;

расчет потерь
напряжения ведется по номинальному
напряжению, а не по реальному напряжению
в узлах сети.

Определение наибольшей
потери напряжения

С учетом допущений,
принятых при расчете местных сетей,
напряжение в любом i
-м
узле сети рассчитывается по упрощенной
формуле:

где

соответственно
активная и реактивная мощности,
протекающие по участкуj
;

соответственно
активное и индуктивное сопротивления
участка j
.

Неучет потери
мощности в местных сетях позволяет
рассчитывать потери напряжения либо
по мощностям участков, либо по мощностям
нагрузок.

Если расчет ведется
по мощностям участков, то учитываются
активное и реактивное сопротивления
этих же участков. Если расчет ведется
по мощности нагрузок, то необходимо
учитывать суммарные активные и реактивные
сопротивления от ИП до узла подключения
нагрузки. Применительно к рис. 10.2 имеем:

.

В неразветвленной
сети наибольшая потеря напряжения –
это потеря напряжения от ИП до конечной
точки сети.

В
разветвленной сети наибольшая потеря
напряжения определяется следующим
образом:

рассчитывается
потеря напряжения от ИП до каждой
конечной точки;

среди этих потерь
выбирается наибольшая. Ее величина не
должна превышать допустимую потерю
напряжения для данной сети.

Частные случаи расчета
местных сетей

На практике
встречаются следующие частные случаи
расчета местных сетей (формулы приведены
для расчета по мощностям участков):

ЛЭП по всей длине
выполнена проводами одного сечения
одинаково рас-положенными

ЛЭП по всей длине
выполнена проводами одного сечения
одинаково рас-положенными. Нагрузки
имеют одинаковый cosφ

ЛЭП,
питающие чисто активные нагрузки (Q

= 0, cosφ

=1), или
кабельные
ЛЭП напряжением до 10 кВ (Х

=0)

Потери

— Почему мы используем кабели с низким сопротивлением, чтобы минимизировать потери мощности?

Попробуем практический пример

Предположим, мы хотим привести в действие гирлянду столбовых фонарей в конце очень долгой поездки, скажем, 2000 футов. Для работы нам нужно 60 000 люмен. Для этого потребуется 600 Вт энергии.

Источник постоянного напряжения 120Вт, североамериканский.

Уже есть параметры? 600 Вт. 2000 футов (600 м) с допустимым отклонением 10%, поэтому 540-660 Вт.

Я сумасшедший, поэтому использую провод №14 (2,0 мм2). Это 0,0025 Ом на фут (0,008 Ом / м). Итак, посчитайте цифры для нашего 4000-минутного пути туда и обратно, я получаю 10 Ом. Угу .

P = EI. 600 = 120 * I. I = ток 5А.

E = ИК. E = 5 * 10. E = 50 = падение напряжения в проводах.

полезное напряжение при 5 А составляет 70 В. Дает 350 Вт. Это не соответствует спецификации.

Если мы потянем 6 А, мы получим падение напряжения 60 В и полезную мощность 360 Вт. При 7А мы имеем падение 70 В и возвращаемся к полезной мощности 350 ватт; ясно, что 6А — это пик.Провод №14 не может обеспечить мощность 600 Вт.

Как насчет большего размера 12 AWG (3,3 мм2, 0,0016 Ом на фут)? Он также не может нести 600 Вт. Я подсчитал, и при 8 А он имеет падение 51,2 В, что дает полезные 68,8 В, что дает полезные 550,4 Вт. Это в спецификации, назовем его хорошим . Однако при этом потребляется 960 Вт для выработки 550,4 Вт. Потраченные впустую 410 ватт будут стоить 5 центов в час, а этот расходуется вдвое меньше, так что 215 долларов в год .

Как насчет еще большего размера 10 AWG (3.86 мм2, 0,000995 Ом / фут)? Здесь при 6,33 ампера мы падаем на 25 вольт и можем обеспечить полную мощность 600 Вт. Мы тратим 159 ватт за 2 цента в час или 83 доллара в год.

Как насчет того, чтобы перестать валять дурака и выбрать толстый алюминий 1 AWG (42 мм2) (медь таких размеров никто не использует). Это 0,000207 Ом / фут. Здесь при 5,2 ампера мы понижаем 4,3 вольта и получаем целевые 600 Вт. Мы тратим 22 Вт на 0,3 цента в час или 12 долларов в год.

Итак, вы можете видеть, где , когда у вас действительно есть работа, прореживание проволоки ничего не спасает

Более реалистичным в этом случае является вставка его в прерыватель на 240 В, простой в североамериканской системе и используемый по умолчанию в Европе.

Теперь с проводом № 14, 600 Вт происходит при 2,84 А, падение 28,4 В (при 240 В дает 211,6), тратя 80 Вт / 42 доллара.

С проводом №12 600 Вт получается при 2,7 А (падение 17,2 В, потеря 46 Вт или 25 долларов в год).

Снижение затрат на электроэнергию: понимание потерь в кабеле.

Потеря мощности требует затрат энергии. Энергия стоит денег. Таким образом, потеря мощности в кабелях стоит денег.
Кто платит?

Как потребитель электроэнергии вы платите за то, что проходит через ваш счетчик. (Вы также можете заплатить за
пиковое потребление, или когда вы берете мощность, но в основном это общая мощность).
если есть убытки до вашего счетчика, вы не платите, это проблема поставщика электроэнергии.

Точно так же, если вы пользуетесь водомером, вы не платите за утечку воды в
дорога (во всяком случае, не напрямую). Это потеря водной доски. Но вы платите за любые утечки на вашем
сторона счетчика.Вы оплачиваете потери в кабеле собственной проводкой.

В небольших объектах, таких как дома, магазины и небольшие фабрики, кабели проходят между
источники питания и приборы или «электрические нагрузки» короткие, поэтому потери в кабеле обычно невелики.
Но на крупных заводах и особенно фермах электрические нагрузки могут достигать сотен метров.
вдали от входящей электросети и счетчика электроэнергии. Потери мощности могут быть весьма значительными.

Производители обычно не понимают, что платят за это дважды.Во-первых, падение напряжения означает
это оборудование работает хуже. Вентиляторы не дают такой большой пропускной способности, а светильники — нет.
дать как можно больше света. Но во-вторых, они платят за потери в кабеле и более высокими
счета за электричество.

В следующей таблице приведена стоимость обеспечения 1000 единиц энергии (кВтч) для нагрузки на
конец кабелей разного диаметра с разной степенью падения напряжения.

Например, если падение напряжения составляет 2,5% (потеря 6 В от источника питания 240 В) по сравнению с 1%
падение напряжения, то счет за электроэнергию на 2,10 фунта выше. Эти 2,10 фунта стерлингов электроэнергии — 4% от суммы счета — просто тратятся на кабель.

Причина того, что дополнительные расходы превышают падение напряжения, заключается в том, что падение напряжения пропорционально
нагрузки, но потери мощности пропорциональны квадрату падения напряжения.

Нормы электромонтажа допускают до 2.Падение напряжения в установке 5% — 6 вольт. Тем не мение,
многие свинофермы имеют гораздо более высокое падение напряжения, в основном потому, что они были добавлены и
доработанный с годами. Падение напряжения 5% является обычным явлением, а 10% (при максимальной нагрузке) — нет.
неслыханно. При падении напряжения на 10% колоссальные £ 11,70 тратятся на кабели.

При некоторых типах нагрузки производительность снижается, но не обязательно увеличивается
Стоимость. Например, если у вас номинальная мощность освещения 1000 Вт, а падение напряжения составляет 5 В, вы все равно
используйте около 1000 Вт, но вы получите меньше света за свои деньги.

Однако с электрическими нагрузками, которые «выполняют свою работу» — где требуется определенное количество энергии.
доставлен в нагрузку — есть значительный эффект.
Например, чтобы вскипятить чайник (довести определенное количество воды до точки кипения), требуется очень много
джоулей нагрева. Если уровень мощности на нагрузке снижается (потому что он теряется в кабелях),
тогда требуется больше времени, чтобы доставить столько джоулей тепла в воду.
При падении напряжения на 1% потребуется на 2% больше времени; при падении на 2,5% потребуется на 5% больше времени.(С
чайник, это немного хуже, потому что чайник тоже теряет тепло.)

Проверка падения напряжения

Если вы не знаете падение напряжения, вы действительно не знаете, стоит ли платить за это.
внимание или нет.
Это делается на удивление редко, но сделать это очень просто. Это займет всего несколько минут и потребует
просто дешевый цифровой вольтметр.

Сначала проверьте основную схему проводки питания. Может быть несколько основных питающих кабелей.
идущие от основного источника питания и отдельных зданий или групп зданий.Это
падение напряжения в каждом интересующем ответвлении главной проводки.

• На этом главном ответвлении включите все — или столько, сколько может быть включено одновременно. Если у вас есть автоматические регуляторы, настройте их так, чтобы нагрузки включались и работали.

• Измерьте напряжение вблизи входящего источника питания, например, в розетке на 13 ампер рядом со счетчиком входящего источника питания.
  Теперь измерьте напряжение на конце ответвления — например, в розетке на самом дальнем конце.
  строительство.Это разница в напряжении, которая вас интересует. См. Таблицу на предыдущей странице.
  Теперь верните все ваши элементы управления и настройки в нормальное состояние!

Входящее напряжение питания может быть намного ниже, чем вы ожидаете, и вполне может сделать оборудование
работать хуже или менее эффективно. Но, по крайней мере, поставщик электроэнергии оплачивает убытки.
на вашу ферму. Вы платите за убытки на ферме. Следует иметь в виду, что это падение напряжения
пропорционально исходному напряжению. 6В в 240В равно 2.5%; 6В в 220В составляет 2,7%.

Как минимизировать падение напряжения

• Используйте кабели большего диаметра
• Распределите нагрузку
• Разделите нагрузку
• Уменьшите нагрузку там, где это не влияет на производительность
• Улучшить контроль
• Управление спросом

Самый простой и очевидный способ — использовать кабели большего диаметра. Падение напряжения может оправдывать или не оправдывать
замена существующих кабелей, но, безусловно, стоит подумать о том, чтобы увеличить размер кабеля, когда
у вас установлены новые расходные материалы.

Когда вы спрашиваете электрического подрядчика о его «лучшей цене» за работу, вы не можете ожидать его
для подключения кабелей большего диаметра, чем требуется по правилам. Падение на 2,5% может быть «приемлемым», но
это не обязательно лучший выбор для фермы.

Чем длиннее кабель, тем больше разница в стоимости и тем больше соблазн купить
минимальный размер. Если разница составляет 2 фунта стерлингов за метр, это не большие деньги на электромонтаж с 10
метрового кабеля, но тогда на 10-метровом участке не будет большого падения напряжения.Но стоимость 400 фунтов стерлингов
разница выглядит стоящей экономией на работе с бегом на 200 метров. Не ждите электрического
подрядчик должен рассчитать размер кабеля, чтобы минимизировать потери мощности и снизить стоимость работы.

Как видно из таблицы на предыдущей странице, кабель большего размера не займет много времени.
окупить себя. Или, наоборот, «наименьший размер кабеля» быстро окупит все деньги, сэкономленные на установке.

На самом деле, по всей стране есть много установок, на которых даже не было падения напряжения.
обдуманный.Кабели рассчитаны на основе номинального максимального тока. (Вот почему
на многих свинофермах падение напряжения намного больше, чем следовало бы.)
Максимальный номинальный ток кабеля зависит от его способности терять тепло. То есть, если кабель
при работе с максимальным номинальным током он будет теплым, поэтому будет терять много энергии.

Распределение больших нагрузок по разным фазам также приносит дивиденды. Это означает, что ток
переносится несколькими проводниками, поэтому при любой данной электрической нагрузке падение напряжения уменьшается.

Разделение больших нагрузок на несколько ступеней является полезным, поскольку в большинстве случаев полная мощность не является допустимой.
требуется большую часть времени. Например, в отдельной комнате может быть 10 кВт отопления.
мощность (для максимального потребления), но в большинстве случаев требуется 5 кВт или меньше. Разделение
двухступенчатый нагрев (по 5 кВт) не снижает необходимого нагрева — чтобы обеспечить то же самое
количества тепла, он будет включен в два раза дольше, но это означает меньшее падение напряжения, когда
оно включено.

Снижение электрической нагрузки там, где это возможно — за счет использования оборудования с более высоким КПД — снижает
падение напряжения на другом оборудовании, где, возможно, нельзя снизить потребление энергии.Низкий
энергетические лампы производят больше света на единицу электроэнергии, чем вольфрамовые лампы. Они больше
эффективны, поэтому они экономят энергию. Но резистивные нагреватели невозможно сделать намного более эффективными. Это
Независимо от того, как вы это делаете, для производства 1 кВт тепла требуется кВтч электроэнергии. Тем не мение,
если вы устанавливаете лампы с низким энергопотреблением, это снижает общую электрическую нагрузку, что снижает падение напряжения,
Таким образом, к нагревателю поступает больше электроэнергии и меньше потерь в кабеле. Так что экономия в одном месте
помогает с экономией в другом.

При рассмотрении такого рода изменений вы должны учитывать, влияет ли оно на
производство. Скажем, установка нагревателей меньшего размера не означает снижение потребления электроэнергии, если это означает
что свиньям сложно набрать вес.

Очевидно, что необходимо учитывать вышеуказанные методы, особенно в новых установках, но
переналадка или обширная замена оборудования может быть дорогостоящим и окупаемым — хотя
стоящее — надолго. Более быстрое и экономичное снижение падения напряжения может
часто достигается улучшенными методами контроля.

Большинство тяжелых электрических нагрузок в большей или меньшей степени регулируются автоматически, и
большинство из них не используются или используются не полностью большую часть времени. Улучшенные методы контроля могут быть
используется, чтобы сократить время, в течение которого одновременно находятся тяжелые нагрузки.

Проведя аналогию — если вам нужно вскипятить два чайника, вы получите меньше падения напряжения, и, следовательно,
платите за меньшее количество электроэнергии, если вы вскипятите одну, а затем закипятите другую (так что
раз), а не варить их вместе.

Для некоторого оборудования это может быть довольно просто. Например, большинство систем произвольного кормления работают
на таймерах — им разрешено работать в определенное время дня. Вместо того, чтобы иметь все
системы кормления, работающие в 10 утра, вы можете настроить одну на 10 утра, другую в 10:15,
другой в 10:30 и так далее. Или вместо того, чтобы настраивать их так, чтобы они запускались один или два раза в день,
запускайте их чаще. Это означает, что они бегают в течение более короткого времени, поэтому они с меньшей вероятностью
совпадают с другими электрическими нагрузками.

На большинстве свиноферм крупнейшими потребителями электроэнергии являются вентиляторы и обогреватели. Большинство марок
Управление вентиляцией и отоплением предлагает очень ограниченные возможности для влияния на то,
одновременно. Фактически, производители часто гордятся тем, что «делают все просто».

Настолько просто, что они тратят энергию. Например, они предлагают только двухпозиционное регулирование отопления (часто
крупнейший потребитель электроэнергии). Это может быть «просто», но это означает, что нагрузки переключаются на
намного дольше за один раз и повышает вероятность одновременного включения больших электрических нагрузок.
время.(Управление включением-выключением также дает менее стабильные температуры и, как правило, приводит к более высокому электрическому
также используйте — как показано в более раннем исследовании — но это уже другая проблема.)

Управление спросом

Более сложный подход — «Управление спросом». Это означает, что производство
сайт активно управляет спросом на электроэнергию, а не просто полагается на «пассивные» методы
например, большего диаметра кабеля.

Это означает «объединенный» подход к ресурсам. Вместо того, чтобы брать какое-либо оборудование за
много энергии, сколько он хочет, когда он этого хочет, мощность распределяется в соответствии с потребностями, доступностью
или приоритет.

«Автономные» системы управления не могут этого сделать. Они действуют как индивидуальные потребители. Они только
осознают, чего хотят сами. Вот почему наблюдается всплеск спроса на электроэнергию на
конец особого события на улице Коронации и почему дороги забиты в праздничный день
выходные дни. Резкий скачок спроса со стороны многих потребителей — проблема для электроснабжения.
компании, но не для индивидуальных потребителей, если только сбытовые компании не могут поставлять
достаточно. Потребителю это больше не стоит, потому что он платит только за то, что идет.
через метр.Потери счетчика потребителя или проблемы с поставкой достаточного количества отсутствуют
поставщику электроэнергии.

Но это проблема на ферме, где поставщик одновременно является потребителем. Потери в пути (в
собственные кабели фермы) или нехватка поставок — проблема потребителя и проблема потребителя
Стоимость.

Энергоснабжающие компании не могут в значительной степени контролировать спрос, но у них есть
команды людей, реагирующих на это. Люди, которые регулируют выходы генератора, включают и направляют
мощность по мере необходимости.

Фермы не могут позволить себе, чтобы люди занимались этим 24 часа в сутки, но у них могут быть автоматические
оборудование, которое делает это за них. Сетевые системы управления могут иметь дополнительное программное обеспечение, которое
лучше выясняет, какое оборудование может быть включено и когда. Например, если есть номер
нагрузки, которые должны быть включены в течение некоторого времени, программное обеспечение находит способ дать им
все сколько угодно, но не использовать его одновременно.

Это то, что мы, как потребители, делаем сами — и стараемся делать, если есть возможность.У всех нас есть
добраться из пункта А в пункт Б, но нам всем не нужно находиться в одной и той же точке на
автомагистраль заодно. Многие из нас пытаются делать это сами, избегая пиковых периодов, но это
не так эффективно изолированно. Если бы мы знали, что есть слот именно в таком и
такое время, и если бы мы использовали его, мы бы добирались туда быстрее, эффективнее, и мы бы не
придется платить за строительство большего количества автомагистралей, я думаю, мы все ухватимся за этот шанс.

Как говорится, нужно работать умнее, а не работать усерднее.Вместо того, чтобы вставлять
кабели большего размера или трансформатор большего размера, мы организуем использование так, чтобы все оборудование
столько, сколько ему нужно, но мы избегаем того, чтобы все одновременно нуждалось в энергии.

Управление спросом на основе программного обеспечения все еще находится в зачаточном состоянии в области контроля свиноводства и
стало возможным только за счет более широкого использования сетевых систем, но предлагает значительный потенциал
преимущества как в снижении капитальных затрат, так и в повышении эффективности работы и сокращении времени эксплуатации
расходы.

Источник: FarmEx — апрель 2004 г.

Физика повседневных вещей

Фото любезно предоставлено AEM.

Все современные страны пронизаны высоковольтными
линии электропередачи, которые
транспортировать электроэнергию от генераторов на электростанциях к подстанциям и
в конечном итоге потребители. Почему используются высокие напряжения? В чем преимущества
переменный ток (AC) в сравнении с постоянным током (DC)? Сколько энергии теряется
в передаче электроэнергии на большие расстояния? Главный физический принцип
Этот раздел посвящен электрическому сопротивлению .

Электрическое сопротивление

Электрический ток, поток заряда, имеет своего рода трение.
связанные с этим,
что называется сопротивлением. Хорошие проводники, как и большинство металлов,
позволить току течь
без особых потерь. Плохие проводники, как и большинство неметаллов, препятствуют прохождению
тока в значительной степени. Сверхпроводники вроде очень холодные
ниобий-олово, особые вещества, позволяющие
ток течет с практически нулевыми потерями; полупроводники ,
как и кремний, в зависимости от определенных условий являются либо хорошими, либо плохими проводниками.

Вы заставляете ток течь через проводник, прикладывая напряжение к
Это. Количество протекающего тока измеряется в
ампер , или ампер,
назван в честь французского физика 19 века и сокращенно
А. Ампер — это довольно большая величина тока: 0,1 А, протекающего между
твои руки на сердце убьют тебя. (К счастью, ваше тело
имеет довольно высокое сопротивление, поэтому для привода требуется значительное напряжение
так много тока.) Напряжение или электрический потенциал измеряется
в вольтах, названный в честь
физик по имени Вольта, сокращенно В.
Большинство маленьких батареек (размер AAA, AA, C, D) — 1,5 В; Здесь
знакомый коробчатый транзистор 9 В
аккумулятор, а автомобильные аккумуляторы — 12 В. Напротив, высоковольтные линии
между ними много тысяч вольт.

Сопротивление количественно определяет, какой ток вы проходите через что-то на
приложен вольт.А именно, если вы подаете напряжение В на
Проведите и измерьте ток I , сопротивление R равно
определяется

R = V / I

Следовательно, сопротивление имеет единицы В / А, которые получили другое название, Ом,
представлен греческой буквой.

Электроэнергетика

Все мы знаем, что электрический ток может переносить энергию из
из одного места в другое: энергия, излучаемая 100-ваттным светом
лампочка в вашей спальне возникла из-за сжигания угля или замедления
падающая вода или выброс ядерной энергии на электростанции, для
пример.Выражение для электроэнергии происходит от
определения электрического потенциала (вольт) и электрического
ток (амперы).

Единицей энергии MKS является джоуль (Дж), а
Единицей электрического заряда МКС является кулон (Кл),
количество заряда, которое проходит за одну секунду, если ток
один ампер. Следовательно, вольт определяется следующим образом: если
заряд 1 C перемещается через падение потенциала 1 В, которое он поднимает
энергия 1 Дж:

1 В = 1 Дж / Кл

В общем то заряд Q забирает энергию

U = QV

когда он движется через
падение потенциала В .

Электрическая мощность — частота , при которой энергия
перевезен. Поскольку ток — это скорость переноса заряда,
электрическая мощность определяется приведенным выше выражением, но с использованием
ток I вместо заряда Q :

P = IV

Это очень удобная формула. Например, вы можете увидеть написанное
на вашем фене, что он потребляет ток 10 А в горячем режиме
от стандартной розетки 110 В.Это означает, что мощность
потянутая феном составляет 10×110 = 1100 Вт, или 1,1 кВт. Это
примерно такой же мощности, как у бытовой техники,
и это не так уж и далеко от отключения 15 А
автоматический выключатель, стандартный в современных домах США. Для очень высоких
электрические приборы, такие как стиральная машина или сушилка, вам могут понадобиться специальные
розетка и специальный автоматический выключатель. (Примечание: хотя дом
переменный ток или переменный ток, 60 циклов / сек (50 в Европе),
эта формула работает, потому что
среднее значение или среднеквадратичное значение тока и напряжения, и вы
поэтому получаем среднюю мощность.)

Еще одна удобная версия формулы мощности заменяет напряжение
В с сопротивлением и током: В = IR :

P = I²R

Линии передачи высокого напряжения

Итак, мы наконец подошли к теме этой страницы: транспорт
большого количества электроэнергии на большие расстояния.Этот
делается с высоковольтными линиями электропередачи, и вопрос
есть: почему высокое напряжение? Это, безусловно, имеет негативный аспект безопасности,
так как линия низкого напряжения не будет вредна (вы можете положить
руки на автомобильный аккумулятор на 12 В, например, вы даже не почувствуете
Это; но убедитесь, что вы не кладете металлический на
клеммы, вы получите сильный ток и неприятную искру!).
Электроэнергия транспортируется по сельской местности с
высоковольтные линии, потому что потери в линии значительно
меньше, чем с низковольтными линиями.

Все используемые в настоящее время провода имеют некоторое сопротивление (разработка
высокотемпературных сверхпроводников, вероятно, изменит это
когда-нибудь). Назовем полное сопротивление трансмиссии
линия, ведущая от электростанции к вашей местной подстанции
R . Допустим, местное сообщество требует
мощность P = IV от этой подстанции. Это означает
ток, потребляемый подстанцией, составляет I = P / V , а
чем выше напряжение в линии передачи, тем меньше ток.Потери в линии равны P _потери = I²R ,
или, заменив I ,

P _потери = P²R / V²

Поскольку P фиксируется по требованию сообщества, и
R настолько мал, насколько вы можете его сделать (используя большой жир
медный кабель, например),
Потери в линии сильно уменьшаются с увеличением напряжения .Причина в том, что вам нужно наименьшее количество
ток, который можно использовать для подачи питания P .
Еще одно важное замечание: доля потерь

P _потери / P = PR / V²

увеличивается с увеличением нагрузки
P : передача энергии менее эффективна
более высокий спрос. Опять же, это потому, что мощность пропорциональна
ток, но потери в линии пропорциональны текущему квадрату.Линия
потери могут быть довольно большими на больших расстояниях, до 30% или около того.
Кстати, потеря мощности в линии идет на нагрев трансмиссии.
линейный кабель, который на метр длины не сильно нагревается.

Переменный (AC) в сравнении с постоянным (DC)

Учитывая, что мы хотим уменьшить потери в линии за счет использования высокого напряжения,
выбор между переменным и постоянным током становится очевидным. это
довольно сложно снизить высокое напряжение постоянного тока до низкого напряжения
без дополнительных потерь; легко снизить высокое напряжение переменного тока
на низкое напряжение с помощью понижающего трансформатора .Понимаете
много из них, когда вы проходите мимо подстанции. Идеальный
трансформатор уменьшает В и увеличивает I , поэтому
что мощность IV постоянна. Район
подстанция обычно снижает напряжение до разумного значения
для уличных линий скажем 330 В, а потом небольшой трансформатор
снаружи и / или внутри вашего дома снижает его до 110 В (220 в
Европа). Поскольку ток и напряжение чередуются с
синусоидальные волны, мощность, подаваемая, скажем, на тостер, также
колеблется.Частота колебаний тока или напряжения 60
циклов / сек (60 Гц) в США и 50 Гц в Европе. Фигура
ниже показано, как ток, напряжение и мощность выглядят как
функция времени вместе со средними значениями (RMS) для нагрузки
рисунок 10 А в США.

Напряжение, ток и мощность резистивного прибора, потребляющего
10 ампер (как тостер). Показаны средние (RMS) значения.
пунктирными линиями.Этот прибор потребляет 1100 Вт RMS.

Уравнения

• электрическое сопротивление: R = V / I
• электрическая мощность: P = IV = I²R

Сводка

• Сопротивление определяет количество тока, который
  будет течь по проводу на вольт.
• Потери мощности из-за сопротивления провода возрастают по мере увеличения
  в квадрате тока и, следовательно, уменьшается как квадрат
  напряжение при фиксированной общей мощности.Доля потерь в
  линия передачи увеличивается с увеличением спроса.

Схема проводов и потери напряжения в Ом на фут (без покрытия)

Используйте эту таблицу, чтобы получить точную цифру. Используйте таблицы напряжения для быстрой справки.

Чтобы найти падение напряжения: Ом на фут X Длина провода X Гидроампер

Пример: 200 футов 6 калибра. Медный провод (передача 100 футов) на 8 А

200 Х 0,000491 Х 8 = 0.Падение 786 вольт

Чтобы найти напряжение гидросистемы: прибавьте падение напряжения к напряжению батареи

12,6 +0,786 = 13,346 В

Чтобы найти% потерь в проводе сверху: Падение напряжения сверху / гидро напряжение

0,786 / 13,346 = 0,0589

5,89% от общей протяженности проводов, две жилы, каждая жилка — половина.

Инспекторы по электротехнике хотели бы видеть потерю напряжения 2% или меньше на каждый проводник.Гидроэлектростанция с постоянным магнитом — это динамический источник энергии, который работает не только для двигателей и других типов генерирующего оборудования. Правило 2% не имеет отношения к оборудованию. Большинство доступных проводников рассчитаны на повышение температуры от 2000 вольт до 75 C. Мы можем легко потратить 20% энергии, генерируемой в каждом проводе, на некоторые из этих длинных проводов и все равно не обнаружить никакого повышения температуры при таких низких напряжениях. Это приведет к падению КПД на 36%, что явно неприемлемо, за исключением самых длинных участков провода.Иногда речь идет о том, что возможно, а не о том, что было бы правильно. Как правило, я редко проектирую систему с потерями более 10% на провод, потому что обычно есть другой вариант. Вы можете либо нагреть провод, либо зарядить аккумулятор. Изучите производство при более высоком напряжении и используйте понижающий трансформатор / выпрямитель, чтобы снизить затраты на провод.

Пример потерь 10%: Hydro 12 А при 13,86 В = 166,32 Вт

Аккумулятор 12 А при 12,6 В = 151,2 Вт

Пример потери 2%: Hydro 12.94 А при 12,853… В = 166,32 Вт

Аккумулятор 12,94 А при 12,6 В = 163 Вт

Довольно часто эффективность гидроагрегата также увеличивается, обеспечивая еще один небольшой выигрыш.

12 В постоянного тока

В следующей таблице показано максимальное расстояние передачи с использованием медного провода с учетом общего падения напряжения 2 В. Это дает чуть менее 7% потерь на проводник или чуть менее 14% общих потерь напряжения на расстоянии передачи. Это мой личный предел для 12-вольтовой системы, которая, естественно, неэффективна из-за низкого напряжения.В таблице также предполагается, что напряжение аккумуляторной батареи составляет примерно 12,6, а гидравлическое напряжение будет примерно 14,6 при указанном уровне мощности. Для 2% потерь на проводник расстояние передачи будет 30% от числа в столбце.

24 В постоянного тока

В следующей таблице показано максимальное расстояние передачи с использованием медного провода с учетом общего падения напряжения 2,8 В. Это дает 5% потерь на проводник или 10% общих потерь на расстоянии передачи. В таблице также предполагается, что напряжение аккумулятора составляет прибл.25,2, а гидравлическое напряжение 28,0 на указанном уровне мощности. 2% потерь в проводнике — это 40% от числа в столбике.

32 В постоянного тока

До сих пор используется в ограниченных количествах, используемое оборудование в основном представляет собой остатки морской промышленности. Это также был старый стандарт для сельской электрификации и телеграфа до 1950-х годов и военных приложений до Второй мировой войны в США. Эта диаграмма показана для размещения никель-железных батарей в системе 24 В для более точного определения размеров проводки гидросистемы, которая становится все более востребованной. популярность.Лично меня не волнует эффективность никель-железных аккумуляторов, и я рекомендую вам разобраться в проблеме, прежде чем внедрять их. Прочтите раздел «Никель-железные батареи» для получения дополнительной информации. В следующей таблице показано максимальное расстояние передачи при использовании медного провода при общем падении напряжения 3,32 В. Это дает 5% потерь на проводник или 10% потерь на расстоянии передачи. В таблице также предполагается, что напряжение аккумуляторной батареи составляет приблизительно 33,2, а гидравлическое напряжение составляет 36,52 при указанном уровне мощности.2% потерь в проводнике — это 40% от числа в столбике.

48 В постоянного тока

В следующей таблице показано максимальное расстояние передачи при использовании медного провода с учетом общего падения напряжения 5,6 В. Это дает 5% потерь на проводник или 10% общих потерь напряжения на расстоянии передачи. В таблице также предполагается, что напряжение аккумулятора составляет приблизительно 50,4, а напряжение гидросистемы составляет 56,0 при указанном уровне мощности. Потери в проводе 2% составляют 40% указанного расстояния.

62 В постоянного тока

Эта таблица предназначена для определения максимального расстояния прокладки гидропровода в системе никель-железных аккумуляторов с номинальным напряжением 48 В с использованием медного провода, предполагая 6.Общее падение 2 вольт. Это дает 5% потерь на проводник или 10% общих потерь напряжения на расстоянии передачи. В таблице также предполагается, что напряжение аккумулятора составляет прибл. 62,0, а гидравлическое напряжение 68,2 на указанном уровне мощности. Потери в проводе 2% составляют 40% указанного расстояния. Прочтите раздел «Никель-железные батареи» для получения дополнительной информации. Таблица также полезна как одно из напряжений, обычно обнаруживаемых контроллерами MPPT.

75 В постоянного тока

Эта таблица предназначена исключительно для расчета максимального расстояния, на которое проложен гидропровод при напряжении, обычно обнаруживаемом некоторыми контроллерами MPPT, использующими медный провод, при условии 7.Общее падение 5 вольт. Это дает 5% потерь на проводник или 10% общих потерь напряжения на расстоянии передачи. Таблица построена так, чтобы отображать 75 вольт на контроллере и 82,5 на гидросистеме. Эту таблицу можно использовать при любом напряжении, если масштабировать числа в процентах. Это также включает в себя количество ватт. Увеличение напряжения на 10% приведет к увеличению расстояния на 10% и наоборот. Падение напряжения также изменяется пропорционально. Потери 2% на проводник составляют 40% расстояния в колонне. Прочтите раздел о контроллерах MPPT

120 В постоянного тока

В следующей таблице показано максимальное расстояние передачи с использованием медного провода при условии 9.Общее падение 6 вольт. Система на 120 В постоянного тока широко используется во всем мире, но фактически запрещена в США. Страх и непонимание со стороны людей, которым доверено чрезмерно защищать нас? Довольно глупая идея, учитывая, что они позволяют солнечным системам работать с напряжением около 1000 В постоянного тока. В таблице предполагаются потери 4% на проводник или 8% общих потерь напряжения. 2% — это 50% от указанного расстояния. В этой таблице также показано наивысшее напряжение MPPT, которое обычно встречается у Midnight 250. Мы также можем построить понижающее значение TR / rect. от более высокого напряжения до 120 В постоянного тока, чтобы снизить затраты на провод.

Передача постоянного тока по сравнению с передачей переменного тока

Самым большим преувеличением, когда-либо сказанным в мире электротехники и повторяемым до тех пор, пока не будет принято как факт, может быть: «Переменный ток движется дальше, чем постоянный ток» ……… ну…. Реактивная емкость может изменить эффективные потери в проводе в некоторых трехфазных цепях переменного тока, что применимо к некоторым из наших трехфазных блоков с диким постоянным током, но в остальном…

НЕТ

По правде говоря, должно быть примерно следующее: при определенных обстоятельствах переменный ток проходит немного дальше, чем постоянный ток, и его проще и экономичнее преобразовать в полезную мощность переменного и постоянного тока в точке использования.Переменный ток чаще встречается на более высоких уровнях напряжения, и его легче производить на этих уровнях напряжения.

Расчет однофазного переменного тока на проводник

Вт / Вольт = Амперы, а затем, Амперы / Коэффициент мощности = ток на проводник

1400 Вт / 200 В = 7 А, 7 А / 0,85 PF = 0,824 А

Однако в большинстве случаев коэффициент мощности равен или близок к 1,0.

Однофазный переменный ток 120 В

Для использования с нашим PM 1032 Hydro мощностью до 800 Вт, либо с прямым резистивным нагревом нагрузки, либо с лампами накаливания при фиксированной нагрузке и объеме воды, либо с выпрямительным блоком понижающего трансформатора для зарядки аккумулятора.Они менее эффективны, чем наши трехфазные модели, но делают возможной двухпроводную передачу. Эту таблицу также можно использовать для определения размеров обычных гидропроводов переменного тока при 120 В 60 Гц. В таблице предполагается, что проводники выполнены из меди, и допускаются потери 4% на проводник или 8% потерь на расстояние передачи. 2% потери составляют 50% от указанного расстояния. Для правильной работы генераторы переменного тока с внутренним регулированием должны находиться в пределах 2% диапазона.

Однофазный 240 В переменного тока

То же, что и выше, за исключением 240 вольт.4X расстояние или 4X мощность 120 вольт

480 В, однофазный

То же, что и выше, за исключением 480 вольт. 4X расстояние или 4X мощность 240 вольт

Расчет трехфазного переменного тока на проводник
Вт / линейное напряжение X 0,667 = ток на проводник. Диапазон составляет от 0,61 до 0,71 в зависимости от напора и объема источника воды и результирующей рабочей частоты (PF). Существует так много переменных, связанных с дикой частотой, а математика не проста, поэтому это руководство предназначено для того, чтобы показать только наиболее вероятные расстояния.Площадки с напором менее 50 футов должны быть уменьшены примерно на 3%.

—– Осторожно—-

Высоковольтные турбины следует устанавливать внутри подходящих сухих и надежных конструкций из соображений безопасности. Мы не несем ответственности за ненадлежащее использование наших продуктов.

3 фазы, 120 В, 3 провода

Эта таблица предназначена для использования с нашими не исправленными версиями моделей PM 1800 и PM 2500 для передачи на большие расстояния, которые являются трехфазными. Частотный диапазон определяется напором и громкостью, но обычно составляет от 50 до 150 Гц.Напряжение также будет зависеть от состояния заряда аккумулятора после TR / rect. единица. Диапазон напряжения обычно составляет от 80 до 120 В переменного тока между фазами. Большинство из них будут иметь линейный ток около 100 В переменного тока, и эта таблица построена на этом предположении. Трехфазное напряжение 120 В — это необычно, но на некоторых объектах не соблюдаются минимальные значения вращения для получения более высокого напряжения. В таблице предполагается, что проводники выполнены из меди и из ПВХ. В таблице также предполагаются потери 4% на проводник или 8% общих потерь напряжения для расстояния передачи при указанном уровне мощности.При выборе кабеля для обычных генераторов переменного тока расстояния могут быть увеличены на 20% в зависимости от типа генератора, чтобы обеспечить более высокое рабочее напряжение. Потери в проводе 2% составляют 50% указанного расстояния.

, 3 фазы, 240 В переменного тока, 3 провода

Аналогично приведенному выше напряжению 120 В, за исключением 240 В переменного тока. Диапазон напряжения обычно составляет от 160 до 240 В переменного тока между фазами. Большинство из них будут иметь межфазное напряжение около 200 В переменного тока. Все остальные предположения такие же. Обрыв цепи на этих турбинах может составлять 350-400 В переменного тока.Потери 2% на проводник составляют 50% расстояния стола.

4X расстояние или 4X мощность 120 вольт

, 3 фазы, 480 В переменного тока, 3 провода

Подобно 240 единицам выше, за исключением 480 вольт. Диапазон напряжения обычно составляет от 320 до 480 В переменного тока между фазами. Большинство из них будет около 400 В переменного тока. Все остальные предположения такие же. Обрыв цепи на этих турбинах может составлять 700-800 В переменного тока и может потребоваться специальный провод. 2% — это 50% расстояния стола

В 4 раза больше расстояния или в 4 раза больше мощности, как 240 вольт.

Передача и распределение электроэнергии в Гонконге

Когда вы подключаете и включаете электроприбор, вы фактически потребляете электроэнергию от электростанций, которые могут находиться очень далеко. Электроэнергия от электростанций поступает в ваш дом благодаря разветвленной сети проводящих кабелей, которые образуют системы передачи электроэнергии , и , распределения в Гонконге.Система передает электроэнергию от нескольких электростанций почти в каждый дом в Гонконге, от центра города до отдаленных районов.

В Гонконге электроэнергия передается в основном по воздушным линиям или подземным кабелям. Из-за сопротивления проводов передачи всегда есть некоторая потеря мощности из-за нагревающего эффекта тока. Системы передачи электроэнергии должны быть спроектированы таким образом, чтобы максимально снизить эти потери.

Высокое напряжение передачи

Чтобы уменьшить потери энергии, электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, повышается до очень высокого напряжения для передачи.Высокое напряжение передачи означает, что через кабели передачи протекает относительно небольшой ток. Как известно, ток вызывает нагревание при протекании по кабелям с сопротивлением. Когда ток, используемый для передачи, невелик, потери энергии из-за воздействия нагрева на кабели снижаются, что позволяет передавать больше электроэнергии пользователям.

Провода передачи низкого сопротивления

Поскольку эффект нагрева возникает при протекании тока через кабели с сопротивлением, уменьшение сопротивления кабелей передачи снижает потери энергии.Как инженеры проектируют передающий провод с низким сопротивлением и в то же время экономичным?

Первое, что нужно учитывать — это выбор материала. Металлы — хорошие проводники с низким сопротивлением. Медь и алюминий — наиболее часто используемые металлы в проводах передачи. Это очень хорошие проводники, дешевые, устойчивые к коррозии и прочные. Сопротивление передающего провода снижается за счет увеличения толщины провода. Более толстые провода имеют большую площадь поперечного сечения и, следовательно, меньшее сопротивление.

Даже несмотря на то, что кабели тщательно спроектированы для уменьшения сопротивления, поскольку длина кабелей, необходимых в системе передачи, очень велика, общее сопротивление кабелей все еще довольно велико. В следующем упражнении вы увидите, как длинные резистивные провода влияют на передачу электричества.

Воздушный провод и подземная кабельная система

Электропередача по проводам

Воздушные линии удерживаются высоко над землей с помощью металлических башен, называемых пилонами. Но металлическая башня очень хорошо проводит электричество. Итак, как инженеры могут предотвратить утечку электричества на землю (то есть на землю) через башню?

Если вы внимательно посмотрите на пилон, вы увидите, что воздушные тросы удерживаются стопкой дисков, свисающих с пилона. Этот пакет дисков представляет собой серию подвешенных фарфоровых изоляторов, которые предотвращают электрическое соединение линии с опорой и ее заземление.Конструкция каждого изолирующего диска показана на рис. 6.

Длинная стопка дисков обеспечит лучшую изоляцию для предотвращения проводимости через фарфоровые диски и обеспечит более толстый слой воздуха между пилоном и проводами для предотвращения электрического разряда через воздух.Зонтичная форма изолирующего диска также имеет специальное назначение: она не позволяет воде образовывать токопроводящий путь вдоль стопки в дождливые дни.

Меры безопасности при передаче высокого напряжения

Технически поддержание передачи высокого напряжения не является проблемой. Однако высокое напряжение означает более строгие меры безопасности, поскольку прямой контакт с проводом будет чрезвычайно опасен, и даже приближение к проводу может вызвать электрический разряд от провода к телу через воздух, как и молния.Вот почему при установке высоковольтной передачи необходимо внимательно относиться к безопасности.

Энергетические компании в Гонконге (HEC и CLP Power) имеют инструкции по технике безопасности для рабочих на стройплощадках, которым необходимо работать рядом с воздушными проводами. Зоны безопасности определены таким образом, чтобы обеспечить минимальное расстояние между работающим человеком / оборудованием и проводами передачи. Запрещается работать в плохую погоду, например, во время грозы и тайфуна.

Передача электроэнергии по подземным кабелям

В хорошо развитых городских районах, где невозможно выделить земельное пространство для строительных опор, для передачи электроэнергии используются подземные кабели.Как следует из названия, эти кабели проложены под землей, что позволяет избежать опасности контакта во время работы и воздействия плохих погодных условий, таких как гроза. Хотя подземные кабели имеют много преимуществ, для проектирования, строительства и прокладки подземных кабелей требуются более совершенные технологии. Это объясняет, почему они в 10 раз дороже воздушных проводов.

В отличие от воздушных проводов, подземные кабели должны иметь очень хорошую электрическую изоляцию, поскольку они находятся в непосредственном контакте с почвой.Их прямой контакт с почвой может привести к механическим повреждениям и проблемам с охлаждением. Сложная конструкция современных подземных кабелей включает в себя металлическую оболочку кабеля для защиты кабеля от любых механических повреждений, достаточную изоляцию для предотвращения утечки тока и упрочняющие материалы, позволяющие кабелю выдерживать высокие нагрузки из-за тепла, выделяемого при передаче высокого напряжения.

Традиционная прокладка подземных кабелей включает рытье траншей (рытье земли).Это требует детального планирования, чтобы свести к минимуму влияние на дорожное движение и неудобства для населения. Для городской территории, такой как остров Гонконг, преобладание узких дорог и существующих подземных коммуникаций затрудняет установку такого типа. Использование кабельного туннеля — одно из возможных решений для преодоления этих ограничений. Во всех случаях во время прокладки кабелей требуется специальный надзор и защитные меры.

Повышение и понижение напряжения

Как уже упоминалось, передача очень высокого напряжения может минимизировать потери мощности в проводах из-за эффекта нагрева.Тем не менее, электричество, вырабатываемое электростанциями, не имеет такого высокого напряжения, поэтому требуется способ изменить напряжение электричества. Для изменения напряжения используются устройства, называемые трансформаторами. Они работают по принципу электромагнитной индукции. Процесс повышения напряжения трансформатором называется повышением , , а процесс понижения напряжения трансформатором называется понижением , .

Современные трансформаторы, используемые в системах передачи и распределения, имеют очень высокий КПД до 90% -99%.Это означает, что они могут передавать до 90% -99% потребляемой электроэнергии при повышении или понижении напряжения.

После выработки электроэнергии на электростанции ее повышают до очень высоких напряжений (максимум 400 кВ для CLP Power и максимум 275 кВ для HEC) для передачи на большие расстояния.Ближе к пользователям, напряжение впоследствии понижается трансформаторами внутри подстанций, чтобы обеспечить безопасное потребление потребителями. Внутренняя электросеть в Гонконге имеет напряжение 220 В.

Чтобы увидеть обзор передачи и распределения электроэнергии в Гонконге, взгляните на эту анимацию.

Список литературы

Ток 12 В и максимальная длина провода

Калькулятор максимальной длины провода

Калькулятор можно использовать для расчета максимальной длины медных проводов.Обратите внимание, что

• для типичной электрической цепи с двумя проводами — один назад и один вперед — это длина двух проводов вместе. Максимальное расстояние между источником и оборудованием составляет половину расчетного расстояния
• в автомобиле, где оборудование может быть заземлено на шасси — корпус автомобиля действует как отрицательный провод. Электрическим сопротивлением в шасси обычно можно пренебречь, и максимальное расстояние равно расчетному расстоянию

Напряжение (вольт)

Ток (амперы)

Площадь поперечного сечения (мм ² ) — Калибр провода AWG vs.мм ²

Падение напряжения (%)

Максимальные длины медных проводов от источника питания до нагрузки в системах 12 В с падением напряжения 2% указаны ниже:

Длина провода — футы

Загрузите и распечатайте схему электрических цепей 12 В

Длина провода — метр

Загрузите и распечатайте схему электрических цепей 12 В

• удвойте расстояние, если потеря 4% допустима
• умножьте расстояние на 2 для 24 вольт
• умножьте расстояние на 4 для 48 вольт

Пример — максимальная длина провода

Ток в лампочке мощностью 50 Вт можно рассчитать по закону Ома

I = P / U (1)

где

I = ток (амперы)

P = мощность (Вт)

U = напряжение (вольт)

(1) со значениями

I = (50 Вт) / (12 В)

= 4.2 A

Из приведенной выше диаграммы максимальная длина всего провода взад и вперед не должна превышать примерно 8 м для калибра # 10 (5,26 мм ² ) . Увеличивая размер провода до калибра # 2 (33,6 мм ² ) , максимальная длина ограничивается примерно 32 м .

Пример — расчет максимальной длины провода

Электрическое сопротивление в медном проводнике с площадью поперечного сечения 6 мм ² составляет 2.9 10 ^-3 Ом / м . Это близко к калибру провода 9.

В системе 12 В с максимальным падением напряжения 2% — и током 10 ампер — максимальная общая длина провода вперед и назад может быть рассчитана по закону Ома

U = RLI (2)

, где

R = электрическое сопротивление (Ом / м)

L = длина провода (м)

(2) преобразовано для L

L = U / (RI) (2b)

(2b) со значениями

L = (12 В) 0.02 / [( 2,9 10 ^-3 Ом / м ) (10 ампер)]

= 8,3 м

Производство электроэнергии: Передача электроэнергии

Потери мощности пропорциональны квадрату тока, поэтому небольшой ток значительно снижает тепловые потери. Как видно из уравнения (2), небольшой ток может быть достигнут при использовании высокого напряжения. Например, если мы удвоим (× 2) напряжение передачи, ток уменьшится вдвое (× 1/2), а потери мощности уменьшатся до четверти, (1/2) ² = 1/4, я.е. 25% от первоначальной стоимости.

В следующем упражнении вы можете систематически измерять потери мощности в цепи для различных напряжений передачи, проверяя, что потери меньше для более высоких напряжений передачи.

Провода передачи низкого сопротивления

Из уравнения (3) видно, что потери мощности в проводе передачи P _потери прямо пропорциональны сопротивлению R провода. Чем меньше сопротивление, тем меньше будут потери мощности.Как инженеры проектируют передающий провод с минимально возможным сопротивлением, но при этом экономичным?

Первое, что нужно учитывать — это выбор материала. Металлы — хорошие проводники с низким сопротивлением. Медь и алюминий — наиболее часто используемые металлы в проводах передачи. Это очень хорошие проводники, дешевые, устойчивые к коррозии и прочные. Сопротивление передающего провода снижается за счет увеличения толщины провода. Более толстые провода имеют большее поперечное сечение и, следовательно, меньшее сопротивление.

Низкое сопротивление воздушных линий можно «увидеть». Вы можете видеть птиц, стоящих на высоковольтных проводах, и не пострадать. Теоретически птица, стоящая на проводе с обеими ногами , заставит ток течь через свои ноги в свое тело. Так почему же птица не пострадает?

Чтобы ответить на этот интересный вопрос, представим ситуацию как два резистора, соединенных параллельно: один резистор — это тело самой птицы (сопротивление между двумя ногами), а другой резистор — небольшой отрезок провода. на котором стоит птица (рис.5). Поскольку сегмент провода очень короткий, толстый и сделан из хорошо проводящего материала, его сопротивление должно быть очень и очень маленьким. С другой стороны, тело птицы — это почти изолятор с очень высоким сопротивлением. Когда разность потенциалов В приложена к сопротивлению R , ток I будет равен

.

Поскольку и птица, и этот сегмент провода подвержены одинаковой разности потенциалов (резисторы включены параллельно), ток, который проходит через птицу (очень большое сопротивление R ), должен быть намного меньше, чем ток, проходящий через провод (очень маленькое сопротивление R ).Другими словами, птица не пострадает, потому что ток, протекающий по ее телу, очень мал!

Воздушный провод и подземная кабельная система

Электропередача по проводам

Воздушные линии удерживаются высоко над землей с помощью металлических башен, называемых пилонами.Поскольку металлическая башня очень хорошо проводит электричество, как инженеры могут предотвратить утечку электричества на землю (то есть землю) через башню?

Если вы внимательно посмотрите на пилон, вы увидите, что воздушные тросы удерживаются стопкой дисков, свисающих с пилона. Этот пакет дисков представляет собой серию подвешенных изоляторов, которые предотвращают электрическое соединение линии с пилоном. Без подключения к линии опора не заземлена. Конструкция каждого изолирующего диска показана на рис.8.

[наверх] [назад] [вперед]

.