Как уменьшить падение напряжения в кабельной линии

Компенсация падения напряжения

При передаче электроэнергии по воздушным линиям (ВЛ) возможно падение напряжения в линии, которое, естественно, необходимо компенсировать.

ЗАО «Инновационная Энергетика» предлагает эффективный способ компенсации падения напряжения в ВЛ класса 6 -10 кВ путем применения пункта автоматического регулирования напряжения (ПАРН) типа ВДТVR32. Основу ПАРН составляют вольтодобавочный трансформатор (ВДТ), переключающее устройство и шкаф управления (ШУ). ПАРН предназначен для эксплуатации при наружной установке и имеет исполнение У1 по ГОСТ 15150 с температурой окружающей среды от 45 до +55 oС, то есть пригоден для работы в достаточно суровых климатических условиях.

Принцип действия ВДТ аналогичен принципу действия автотрансформатора (рис. 1). ВДТ имеет две обмотки (общую и последовательную), которые намотаны на одном общем сердечнике и гальванически отделены друг от друга. Такое исполнение ВДТ позволяет обмотки включать встречно или согласно.

Для режима с уменьшением выходного напряжения обмотки включаются согласно. В режиме повышения выходного напряжения происходит смена полярности на последовательной обмотке (встречное включение обмоток). Переключение последовательной обмотки с согласного на встречное производится реверсивным переключателем (рис. 2). Для «плавного» регулирования выходного напряжения в последовательной обмотке имеется несколько отпаек и переключающее устройство, которые позволяют получить 32 ступени регулирования (16 вверх и 16 вниз) для изменения напряжения. Максимально возможное увеличение/снижение напряжения составляет 10 % от входного.

Управление переключающим устройством осуществляется от ШУ. Использование в ШУ современной микропроцессорной элементной базы обеспечивает высокую точность измерений и постоянство характеристик. ВДТ типа VR-32 выполняются в однофазном исполнении. Для трехфазных распредсетей необходимо использовать несколько однофазных ВДТ. Возможны два варианта с использованием двух и трех ВДТ. При использовании двух ВДТ производится их включение в сеть по схеме неполного треугольника. В этом случае для трехфазной системы обеспечивается регулирование напряжения в пределах ±10 % от входного. При включении в сеть по схеме полного треугольника с использованием трех ВДТ обеспечивается регулирование напряжения в пределах ±15% от входного. Работа трехфазной сети с двумя ВДТ поясняется векторной диаграммой, приведенной на рис. 3, а. Как видно из векторной диаграммы, увеличение двух сторон треугольника напряжений приводит к автоматическому увеличению третьей стороны. Увеличение выходного напряжения этой фазы также равно 0,1U. Таким образом, произошло увеличение всех трех фаз на одинаковую величину 10 % от входного напряжения.

Работа трехфазной сети с тремя ВДТ и соответствующая векторная диаграмма приведены на рис. 3, б. Как видно из векторной диаграммы, в данном случае каждое линейное входное напряжение увеличивается на 0,1 U, а результирующие линейные напряжения на выходе системы оказываются равными 1,15 U.

Несколько модификаций ПАРН позволяют регулировать напряжение на ВЛ в диапазоне номинальных токов от 50 до 600 А. ПАРН с номинальными токами до 200 А могут устанавливаться непосредственно на опоры ВЛ (столбовое исполнение).

Для облегчения условий и сроков ввода ВДТ в эксплуатацию обеспечивается комплексная поставка оборудования, включая ОПН, разъединители, монтажные комплекты для крепления всех элементов ВДТ на опоре. Простота монтажа и демонтажа оборудования позволяет сделать его мобильным. При необходимости (при изменении условий работы ВЛ) ПАРН можно демонтировать и смонтировать на новом месте.

Пункты автоматического регулирования напряжения используются в ОАО «Смоленскэнерго» и ОАО «Тюменьэнерго». В ОАО «Тюменьэнерго» ПАРН используется на ВЛ для электроснабжения комплекса «Больница восстановительного лечения Ахманка» (рис. 4).

К существующей ПС 110/10 и существующей ВЛ длиной 35 км требовалось подключить вновь вводимый комплекс. С учетом возрастания нагрузки даже замена провода на ВЛ с АС 50 на АС 120 не позволяла уменьшить падение напряжения в ВЛ до допустимых пределов. Специалисты ЗАО «Инновационная Энергетика» совместно со специалистами ЗАО «СИП-центр» решили использовать ВДТ для реконструкции линии. В результате технико-экономического анализа исходных данных и на основании расчетов выбраны место установки ВДТ и алгоритм функционирования, рассчитаны падения напряжения в основных точках ВЛ. Результаты годовой эксплуатации ПАРН выявили его дополнительное преимущество: в несимметричных режимах работы при возможном перекосе питающего напряжения устраняется асимметрия напряжений у потребителя. В заключение следует отметить, что применение ПАРН позволяет повысить качество электроснабжения потребителей без существенного увеличения стоимости строительства, сократить расходы и сроки реконструкции для более эффективного использования существующих ВЛ.

Потери при передаче электроэнергии

При передаче электроэнергии происходят довольно большие потери, которые бьют по карману не только поставщику, но и потребителю. В условиях кризиса это особенно ощутимо. Есть ли решение у этой проблемы? Как устранить ее и возможно ли это сделать?

Электрическая сеть состоит минимум из 3-х ключевых компонентов:

• Генератор;
• Потребитель;
• Сеть проводов или линия электропередачи.

Это идеальная схема, но на самом деле она состоит их многотысячных проводов длиной в несколько километров, оборудования и многочисленных подстанций. Все они связывают участников сети между собой. При этом на каждом звене происходят потери электроэнергии. Потребитель в результате получает электроэнергию не в отпущенном количестве, а в фактически переданном. Чтобы эти потери не достигали больших значений, поставщики ищут постоянно решения, используют разные способы и методы. Но для их подбора необходимо определить причину потери электроэнергии.

Условно делят их на:

• Производственные;
• Технологические;
• Коммерческие.

Разберемся подробнее с каждым из них.

Коммерческие потери происходят по следующим причинам:

• Погрешности расчетов и показаний;
• Незаконное использование электроэнергии;
• Неправильно подобранные тарифы.

Уменьшить нецелевые затраты позволяют специальные расчеты, определение категории потери. Например, технологические — это задача потребителя электроэнергии. Сократить потери возможно корректировкой тарифов или модернизацией оборудования.

Коммерческие потери влияют на прибыль поставщика, поэтому ведется особый контроль за незаконными подключениями, работают контролирующие отделы, внедряются системы сбора данных в автоматическом режиме.

Технологические потери возникают при передаче электроэнергии ЛЭП.

Причины возникновения электропотерь:

• Постоянные расходы. К ним можно отнести работу оборудования вхолостую.
• Высокие токи нагрузочные.
• Климатические особенности. Это затраты на устранение льда и других последствий погоды.

Производственные потери — расходы для питания оборудования. Замеряют его специальными приборами.

Как уменьшить потери электропередачи?

Есть 2 варианта: уменьшить сопротивление проводов или силу тока в линии электропередач. Для первого варианта используют провода из меди, алюминия, увеличивают их поперечное сечение. При этом важно, чтобы провода были небольшого веса и рекомендуется применение перфорированных кабельных лотков. Также для уменьшения потерь используют шинопровод. Его применение позволяет сэкономить немалую сумму.

С целью уменьшения силы тока в линии электропередач используется трансформатор или станция.

Снизить затраты также можно следующими эффективными методами:

• Оптимизация схемы и работы электросети;
• Модернизация оборудования.;
• Уменьшение суммарной мощности;
• Оптимизация нагрузки трансформаторов.

Подбор метода осуществляется специалистами индивидуально для каждого конкретного случая.

Заключение

Снижение потерь электроэнергии при передаче – комплексная работа. Безусловно, процесс этот очень непростой и часто финансово затратный, но, если добиться желаемого результата, все старания быстро окупятся. Главное — делать правильно, грамотно, учесть все детали и особенности. В этом вопросе должны быть заинтересованы 2 стороны, так, как только при таком подходе можно сократить потери и при этом существенно снизить затраты. Избежать потерь — нельзя, но минимизировать — можно. Для этого стоит использовать современное оборудование, инновационный подход и опыт ведущих специалистов.

Расчёт потерь напряжения в кабеле

Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.

Рис.1	Рис.2

При равенстве сопротивлений Zп 1 =Zп 2 =Zп 3 и Zн 1 =Zн 2 =Zн 3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.

В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп 1 =Zп 2 ).

Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения

Пояснения к расчёту

Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:

или (если известен ток)

где

Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:

или (если известен ток)

где

Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.

Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.

P — активная мощность передаваемая по линии, Вт;
Q — реактивная мощность передаваемая по линии, ВАр;
R — удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
X — удельное индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
L — длина кабельной линии, м;
Uл — линейное напряжение сети, В;
Uф — фазное напряжение сети, В.

Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте support@ivtechno.ru

Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.

Потери в проводах, подбор сечения кабеля. Падение напряжения.

Любой провод, как известно обладает электрическим сопротивлением. У медных проводов сопротивление меньше, чем у алюминиевых, но все равно оно есть. Оно будет зависеть от длины и толщины провода, а также от материала провода. Рассчитать сопротивление можно по следующей формуле:

Рисунок 2 — Формула рассчета сопротивления.

Где р – это удельное сопротивление материала, из которого изготовлен провод. Для меди это 0,178 Ом*мм2/м, l – длина провода, а S – его площадь сечения.

Мощность, рассеиваемая в проводах. Нагрев проводов

Так как абсолютно любой провод имеет сопротивление, то в любой цепи, он тоже будетвыступать в качестве нагрузки. А значит, будет рассеивать и определенную мощность, которая будет зависеть от сопротивления провода и величины протекающего через него тока. В данном случае, рассеиваемую мощность можно рассчитать так:

Рисунок 3 — Формула рассчета рассеиваемой мощности.

Куда же девается эта мощность, раз она не доходит до потребителя? Она превращается в тепло, то есть наши провода нагреваются. Если нагрев слишком сильный, то это может даже привести к расплавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Подбор сечения кабеля

Сечение кабеля мм2

0,5

0,75

1,0

1,5

2,0

2,5

4,0

6,0

10,0

16,0

25,0

35,0

Таблица 1 — Сечение кабеля.

Чтобы этого не произошло, нужно правильно подобрать сечение кабеля. Кабели выпускаются нескольких стандартных сечений, а для подбора медного провода можно пользоваться простым соотношением:

на каждые 10А протекающего тока должно приходиться не менее 1 мм2 сечения провода.

Таким образом, при токе 18А, нужно использовать кабель 2мм2, а при 0,6А – 0,75мм2.

На рынке вы можете найти огромное разнообразие проводов, шнуров и кабелей, различающихся материалом, толщиной, количеством и расположением жил, материалом, толщиной и количеством слоев изоляции. Здесь надо смотреть в первую очередь на материал кабеля, лучше использовать медный. Второй по значимости параметр – это условия производства. Если кабель изготовлен по ГОСТ (государственный стандарт), то его сечение будет соответствовать заявленному. Если же он произведен согласно ТУ (технические условия), то его сечение может быть аж в полтора раза меньше. Если по такому проводу пустить ток, на который вы его рассчитали, то он может перегреться со всеми вытекающими последствиями. Поэтому, всегда лучше выбрать ГОСТированный кабель.

Потери в проводах

Теперь мы понимаем, что любые соединительные провода от источника до потребителя – это тоже своего рода потребители, подключенные последовательно, а значит, напряжение будет распределяться между потребителем и проводами. То есть, если напряжение источника питания – 12В, то на проводах мы можем потерять несколько вольт, и чем длиннее провода и больше ток, тем меньше достанется нашему потребителю (например светодиодной ленте). Простейший способ рассчитать эти потери – по закону Ома. Нам известен ток, который потребляет нагрузка (либо мы можем его посчитать, исходя из ее мощности и напряжения), и нам известно сопротивление провода (которое мы можем посчитать по формуле выше). Отсюда легко находим напряжение, которое «скушают» провода. Только не забывайте при расчете, что учитывать нужно длину обоих проводов между источником и потребителем.

1. Чем тоньше и длиннее провода, тем больше в них потери. По возможности, провода нужно делать толстыми и короткими.
2. С увеличением тока, квадратично растут потери. А так как при одинаковой мощности, чем выше напряжение, тем меньше ток (см урок 1а), то для уменьшения потерь можно использовать систему, рассчитанную на большее напряжение (например вместо 12В использовать 24). Этим активно пользуются энергетики, передавая электричество от электростанций на большие расстояния с помощью высоковольтных линий, а уже на месте понижая их до привычных 220В.

Вопросы для самопроверки:

1. Подберите сечение провода для подключения прибора на 24В, мощностью 300Вт.
2. У вас есть медный провод длиной 10 метров и сечением 1мм2, по которому течет ток 8А. Какое напряжение окажется на конце провода, если его начало подключено кблоку питания на 12 Вольт? Какая мощность выделится на этом проводе?