Pierderi și căderi de tensiune - care sunt diferențele

În viața umană obișnuită, cuvintele „pierdere” și „cădere” sunt folosite pentru a desemna faptul scăderii anumitor realizări, dar ele înseamnă o valoare diferită.

În acest caz, „pierderi” înseamnă pierderea unei piese, deteriorarea, reducerea dimensiunii nivelului atins anterior. Pierderile sunt nedorite, dar le puteți tolera.

Cuvântul „cădere” este înțeles ca o vătămare mai gravă asociată cu o privare completă de drepturi. Astfel, chiar și pierderile care apar ocazional (să zicem, un portofoliu) în timp pot duce la o scădere (de exemplu, nivelul de viață material).

În acest sens, vom lua în considerare această întrebare în raport cu tensiunea rețelei electrice.

Cum se formează pierderile și căderile de tensiune

Electricitatea este transportată pe distanțe mari de linii aeriene de la o substație la alta.

Liniile aeriene sunt proiectate pentru a transmite puterea admisă și sunt realizate din fire metalice dintr-un anumit material și secțiune. Ele creează o sarcină rezistivă cu o valoare a rezistenței de R și o sarcină reactivă de X.

Pe partea de primire stă transformatorconversia energiei electrice.Bobinele sale au o rezistență inductivă activă și pronunțată XL. Partea secundară a transformatorului scade tensiunea și o transmite mai departe consumatorilor, a căror sarcină este exprimată prin valoarea lui Z și este de natură activă, capacitivă și inductivă. Acest lucru afectează și parametrii electrici ai rețelei.

Tensiunea aplicată firelor suportului liniei aeriene, cea mai apropiată de stația de transmisie a puterii, depășește rezistența reactivă și activă a circuitului în fiecare fază și creează un curent în acesta, al cărui vector se abate de la vectorul tensiune aplicată cu un unghi φ.

Natura distribuției tensiunilor și a fluxului de curenți de-a lungul liniei pentru un mod de sarcină simetric este prezentată în fotografie.

Deoarece fiecare fază a liniei alimentează un număr diferit de consumatori care sunt, de asemenea, deconectați aleatoriu sau conectați la lucru, este foarte dificil din punct de vedere tehnic să echilibrați perfect sarcina de fază. Există întotdeauna un dezechilibru în el, care este determinat de adăugarea vectorială a curenților de fază și scris ca 3I0. În majoritatea calculelor, este pur și simplu ignorat.

Energia consumată de stația de transmisie este parțial cheltuită în depășirea rezistenței liniei și ajunge în partea de recepție cu puține modificări. Această fracție se caracterizează prin pierderi și cădere de tensiune, al căror vector scade ușor în amplitudine și este deplasat cu un unghi în fiecare fază.

Cum se calculează pierderile și căderea de tensiune

Pentru a înțelege procesele care au loc în timpul transportului de energie electrică, forma vectorială este convenabilă pentru reprezentarea principalelor caracteristici. Pe această metodă se bazează și diverse metode de calcul matematic.

Pentru a simplifica calculele în sistem trifazat este reprezentat de trei circuite echivalente monofazate. Această metodă funcționează bine cu o sarcină simetrică și vă permite să analizați procesele atunci când este întreruptă.

În diagramele de mai sus, R activ și reactanța X ale fiecărui conductor al liniei sunt conectate în serie cu rezistența complexă de sarcină Zn caracterizată prin unghiul φ.

În plus, se efectuează calculul pierderii de tensiune și căderii de tensiune într-o fază. Pentru a face acest lucru, trebuie să specificați datele. În acest scop, este selectată o substație care primește energie, unde sarcina admisă trebuie deja determinată.

Valoarea tensiunii oricărui sistem de înaltă tensiune este deja indicată în cărțile de referință, iar rezistențele firelor sunt determinate de lungimea, secțiunea transversală, materialul și configurația rețelei. Curentul maxim din circuit este stabilit și limitat de proprietățile firelor.

Prin urmare, pentru a începe calculele, avem: U2, R, X, Z, I, φ.

Luăm o fază, de exemplu, «A» și separăm pentru aceasta în plan complex vectorii U2 și I, deplasați cu un unghi φ, așa cum se arată în figura 1. Diferența de potențial în rezistența activă a conductorului coincide în direcție cu curentul și în mărime se determină din expresia I ∙ R. Amânăm acest vector de la sfârșitul lui U2 (Fig. 2).

Diferența de potențial în reactanța conductorului diferă de direcția curentului printr-un unghi φ1 și se calculează din produsul I ∙ X. O amânăm din vectorul I ∙ R (Fig. 3).

Memento: pentru direcția pozitivă de rotație a vectorilor în plan complex, se ia mișcarea în sens invers acelor de ceasornic. Curentul care circulă prin sarcina inductivă întârzie tensiunea aplicată cu un unghi.

Figura 4 prezintă reprezentarea vectorilor diferenței de potențial pe rezistența totală a firului I ∙ Z și tensiunea la intrarea circuitului U1.

Acum puteți compara vectorii de intrare cu circuitul echivalent și peste sarcină. Pentru a face acest lucru, puneți diagrama rezultată pe orizontală (Fig. 5) și trasați un arc de la început cu raza modulului U1 până când acesta se intersectează cu direcția vectorului U2 (Fig. 6).

Figura 7 prezintă o mărire a triunghiului pentru o mai mare claritate și trasarea liniilor auxiliare, indicând punctele caracteristice de intersecție cu litere.

În partea de jos a imaginii se arată că vectorul rezultat ac se numește cădere de tensiune și ab se numește pierdere. Ele diferă în dimensiune și direcție. Dacă revenim la scara inițială, vom vedea că ac se obține ca urmare a scăderii geometrice a vectorilor (U2 din U1), iar ab este aritmetică. Acest proces este prezentat în imaginea de mai jos (Fig. 8).

Derivarea formulelor de calcul a pierderilor de tensiune

Acum să ne întoarcem la Figura 7 și să observăm că segmentul bd este foarte mic. Din acest motiv, se neglijează în calcule și se calculează pierderea de tensiune din lungimea segmentului ad. Este format din două segmente de linie ae și ed.

Deoarece ae = I ∙ R ∙ cosφ și ed = I ∙ x ∙ sinφ, atunci pierderea de tensiune pentru o fază poate fi calculată prin formula:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Dacă presupunem că sarcina este simetrică în toate fazele (neglijând condiționat 3I0), putem folosi metode matematice pentru a calcula pierderea de tensiune în linie.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Dacă partea dreaptă a acestei formule este înmulțită și împărțită la tensiunea rețelei Un, atunci obținem o formulă care ne permite să efectuăm pCalculul pierderilor de tensiune prin sursa de alimentare.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Valorile puterii active P și Q reactive pot fi luate din citirile contorului de linie.

Astfel, pierderea de tensiune într-un circuit electric depinde de:

• activ și reactanța circuitului;

• componente ale puterii aplicate;

• mărimea tensiunii aplicate.

Derivarea formulelor de calcul al componentei transversale a căderii de tensiune

Să revenim la Figura 7. Valoarea vectorului ac poate fi reprezentată prin ipotenuza unui triunghi dreptunghic acd. Am calculat deja piciorul publicitar. Să determinăm componenta transversală cd.

Figura arată că cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Folosind modelele obținute, efectuăm mici transformări matematice și obținem componenta transversală a căderii de tensiune.

δU = √3I ∙ (x ∙ cosφ-r ∙ sinφ) = (P ∙ x-Q ∙ r) / Un.

Determinarea formulei de calcul a tensiunii U1 la începutul liniei de alimentare

Cunoscând valoarea tensiunii de la capătul liniei U2, pierderea ∆Ul și componenta transversală a căderii δU, putem calcula valoarea vectorului U1 prin teorema lui Pitagora. În formă extinsă, are următoarea formă.

U1 = √ [(U2 + (Pr + Qx) / Un)2+ ((Px-Qr) / Un)2].

Uz practic

Calculul pierderilor de tensiune este efectuat de ingineri în etapa creării unui proiect de circuit electric pentru selectarea optimă a configurației rețelei și a elementelor sale constitutive.

În timpul funcționării instalațiilor electrice, dacă este necesar, se pot efectua periodic măsurători simultane ale vectorilor de tensiune la capetele liniilor și se pot compara rezultatele obținute prin metoda calculelor simple.Această metodă este potrivită pentru dispozitivele care au crescut cerințe datorită necesității unei precizii ridicate a muncii.

Pierderi de tensiune în circuitele secundare

Un exemplu sunt circuitele secundare ale transformatoarelor de tensiune de măsurare, care ating uneori câteva sute de metri lungime și sunt transmise printr-un cablu de alimentare special cu o secțiune transversală crescută.

Caracteristicile electrice ale unui astfel de cablu sunt supuse unor cerințe sporite pentru calitatea transmisiei tensiunii.

Protecția modernă a echipamentelor electrice necesită funcționarea unor sisteme de măsurare cu indicatori metrologici înalți și o clasă de precizie de 0,5 sau chiar 0,2. Prin urmare, pierderile de tensiune aplicate acestora trebuie monitorizate și luate în considerare. În caz contrar, eroarea introdusă de aceștia în funcționarea echipamentului poate afecta semnificativ toate caracteristicile operaționale.

Pierderi de tensiune în liniile de cablu lungi

Caracteristica designului cablului lung este că are o rezistență capacitivă datorită aranjamentului destul de apropiat al miezurilor conductoare și a unui strat subțire de izolație între ele. Acesta deviază în continuare vectorul curent care trece prin cablu și își schimbă magnitudinea.

Efectul căderii de tensiune asupra rezistenței capacitive trebuie luat în considerare în calcul pentru a modifica valoarea lui I ∙ z. În caz contrar, tehnologia descrisă mai sus nu se schimbă.

Articolul oferă exemple de pierderi și căderi de tensiune pe liniile electrice și cablurile aeriene. Cu toate acestea, ele se găsesc la toți consumatorii de energie electrică, inclusiv la motoare electrice, transformatoare, inductori, bănci de condensatoare și alte dispozitive.

Valoarea pierderilor de tensiune pentru fiecare tip de echipament electric este reglementată legal din punct de vedere al condițiilor de funcționare, iar principiul determinării lor în toate circuitele electrice este același.