Téma 3.2 Ztráty a poklesy napětí.

Elektrická energie, když je přenášena dráty na vzdálenost od zdroje ke spotřebiteli, je vždy spotřebována na cestě. Ať už se jedná o přenos energie z elektrárny do rozvodny, nebo z elektrického rozvodného panelu v našem vstupu – do zásuvky a ke spotřebiteli (do toho či onoho elektrického zařízení připojeného do zásuvky).

Každého průměrného člověka nejvíce znepokojuje úsek obvodu, který se nachází mezi elektroměrem a spotřebitelem, protože za watty počítané elektroměrem musíme platit. A bylo by lepší, kdyby docházelo k co nejmenším ztrátám zbytečné energie.

Ale již zde platí, že jak elektroinstalace, tak propojovací vodiče (šňůry) vedoucí od zařízení k zástrčkám (a nakonec i zásuvkám) jsou zodpovědné za zbytečné energetické ztráty. Faktem je, že tyto dráty se podle zákona Joule-Lenz zahřívají, zejména pokud je spotřebič dostatečně výkonný. Obecně je zahřívání vodičů důsledkem poklesu napětí na nich, protože naše vodiče jsou zcela reálné a mají konečný elektrický odpor R.

Pro jasnou demonstraci se navrhuje uspořádat následující experiment. Zapojte ohřívač vody o výkonu 2 kW a po minutě se dotkněte vodiče, který jej připojuje k zásuvce. Drát je znatelně teplý, že? Samozřejmě, protože jím protéká proud asi 9 ampér.

Pokud je průřez drátu 1,5 m0,024. mm, pak je odpor dvou jader metru takového drátu 9 Ohm, což znamená, že při konstantním proudu 2 ampérů, zatímco je ohřívač vody v provozu, se energie rozptýlí ve formě tepla přibližně XNUMX W! A když si vezmete rychlovarnou konvici s metrem dvoužilového drátu, žehličku a olejový ohřívač. A dokonce je zkuste připojit k zásuvce pomocí běžné levné prodlužovací šňůry „k televizi“. Drát se znatelně zahřeje a to je zřejmá ztráta.

Každý vodič spojující jakékoli zařízení se zásuvkou nakonec vždy spotřebuje určitý činný výkon, který elektroměr nemilosrdně zohledňuje. O průřezu elektroinstalace, kde chtějí spořiví majitelé občas ušetřit na mědi, ani nemluvíme. Začněme tím, že odpor jakéhokoli skutečného vodiče lze snadno vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Jaká je tedy podstata energetických ztrát na vodičích, jak tyto náklady odhadnout a jak je nakonec snížit? Začněme tím, že je obvyklé používat měď v drátech, šňůrách a kabelech.

Měď má specifický elektrický odpor 0,018 Ohm*m/sq.mm. To znamená, že odpor jednoho pramene měděného drátu o průřezu 1 mm1 a délce 18 km bude 36 Ohmů. A pokud je drát dvouvodičový, pak bude odpor 1 Ohmů. A jeden metr DVOUJÁDROVÉHO drátu o průřezu 0,036 mmXNUMX dá odpor XNUMX Ohm.

Pokles napětí na vodiči závisí na elektrickém proudu, který jím aktuálně protéká. Když znáte proud (vydělením výkonu zařízení napětím v síti), z Ohmova zákona pro část obvodu můžete zjistit tento pokles napětí:

Vynásobením úbytku napětí jmenovitým proudem zařízení zjistíme výkon rozptýlený na vodiči. Závěr se nabízí: čím menší je průřez spojovacího vodiče a čím je delší, tím větší je úbytek napětí na tomto vodiči, a tím větší jsou elektrické ztráty přijaté ve formě tepla.

Škodlivé důsledky neadekvátně velkého úbytku napětí na vodičích jsou elektrikářům již dlouho známy.

Za prvé, elektroinstalace se přehřívá, což prakticky zvyšuje pravděpodobnost požáru v místnosti.

Za druhé, spotřeba energie na zbytečné zahřívání elektroinstalace vede ke zbytečným nákladům na materiál na placení účtů za elektřinu.

Za třetí, úbytek napětí na vodičích je v podstatě odebírán ze zařízení, které musí přijímat veškeré napětí v plném rozsahu.

Za čtvrté, zdroj vodičů se vynakládá rychleji kvůli jejich přehřátí, stejně jako zdroj spínaných zdrojů energie pro spotřebitele, kteří dostávají napětí nižší než jmenovitá hodnota, a jsou proto nuceni spotřebovávat více proudu.

Na závěr bych rád poznamenal, že byste nikdy neměli šetřit na ploše průřezu měděných vodičů při zapojování uvnitř. Například: dvoužilový měděný drát o průřezu 2,5 mm5 na 7,2 metrů vyprodukuje 10 W tepla při proudu 4 A. Jak je to ekonomické? Průřez vodiče je lepší volit tak, aby při maximálním zatížení sítě nebyla proudová hustota větší než XNUMX A na mmXNUMX jádra.

• Co je součástí moderního elektrického panelu. Základní komponenty pro domácí elektrické panely
• Proč je systém TN-S považován za nejbezpečnější
• Typy a velikosti kabelových kanálů pro elektrické rozvody

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Elektřina v domě

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli:

Uvažujme nejjednodušší schéma elektrické sítě (obrázek 3.1) [5]. Ke zdroji napětí U₁ linie vyznačující se odporem Z_л spotřebitel je připojen. Proud Iproudění vedením je určeno zatížením. Pokles síťového napětí ΔU bude určeno Ohmovým zákonem:

Pak napětí na konci vedení U₂ se bude rovnat rozdílu napětí na začátku vedení a úbytku napětí

Tento výraz platí pro fázové i síťové napětí.

Pokles napětí je geometrický (vektorový) rozdíl mezi komplexy napětí na začátku a na konci čáry.

Obrázek 3.1 Schéma elektrické sítě

Obecně je ve výpočtech nutné použít ekvivalentní obvod ve tvaru U, to znamená vzít v úvahu nejen odpor, ale také příčnou vodivost. V tomto případě se vedení nahradí čtyřpóly s vlastními konstantami a provedou se výpočty. Při uvažování místních sítí tvořených krátkými elektrickými přenosovými vedeními se jmenovitým napětím do 110 kV se však příčné vodivosti obvykle zanedbávají.

Sestrojme vektorový diagram fázových napětí a proudu pro síť zobrazenou na obrázku 3.1.

Nasměrujme vektor U₂ podél reálné osy (obrázek 3.2). Aktuální vektor Iproudění podél linie bude za vektorem zaostávat U₂ pod určitým úhlem φ, určeným účiníkem spotřebiče. Od konce vektoru U₂ vynesme vektor poklesu napětí na aktivním odporu vedení I∙R_л (směr vektoru se shoduje se směrem aktuálního vektoru). Vektor poklesu napětí přes indukční reaktanci vedení I∙X_л směřuje kolmo vzhůru vzhledem k aktuálnímu vektoru. Vektorový součet těchto vektorů dá vektor poklesu napětí na přímce ΔU. V souladu s výrazem (3.16) je vektor napětí na začátku vedení roven součtu vektorů napětí na konci vedení a úbytku napětí na vedení. U₁ = U₂ +AU.

Obrázek 3.2. Vektorový diagram fázových napětí a proudu

3.2.2. Podélné a příčné složky úbytku napětí. Ztráta napětí

Pokud od konce vektoru U₁ (Obrázek 3.2) udělejte zářez na skutečné ose pomocí kompasu, pak dostaneme segment tn‘ rovný

Algebraický rozdíl napětí na začátku a konci vedení se nazývá ztráta napětí [5].

Vektor poklesu napětí ΔU lze rozložit na dvě složky. Průmět tohoto vektoru na reálnou osu (úsek tp) se nazývá podélná složka úbytku napětí ΔU_pd, a průmět na pomyslnou osu (úsek kn) je příčná složka úbytku napětí δU_str. To znamená, že

Složky poklesu napětí jsou určeny následujícími vzorci:

kde P и Q – činný a jalový výkon protékající vedením, R_л, X_л – aktivní a indukční odpor vedení.

Pro přesné výpočty musí napětí odpovídat napětí v bodě, do kterého je přiváděn výkon. V řadě případů, kdy napětí na přijímači není známo, lze výpočet provést s dostatečnou přesností pomocí jmenovitého napětí U_noma ne ve skutečnosti.

Když znáte hodnoty složek poklesu napětí, můžete najít absolutní hodnotu napětí na začátku řádku:

Druhý člen pod kořenem je výrazně menší než první. Proto vliv příčné složky δU_str lze zanedbat, protože tato složka často mění absolutní hodnotu jen málo U₁. Výraz (3.21) má tvar

Ztrátu napětí lze tedy přirovnat k podélné složce úbytku napětí

Při několika zátěžích je celkový úbytek napětí (ztráta) určen součtem úbytků (ztrátek) napětí v každém úseku sítě.

3.2.3. Stanovení stresového režimu

Určíme graficky napětí na začátku čáry U_А s přihlédnutím k podélné a příčné složce úbytku napětí, je-li napětí na konci vedení U₂ daný (obrázek 3.3a). Vodivé proudy lze zanedbat [5]. Odpor vedení a výkon zátěže jsou známy.

Obrázek 3.3. Schéma vedení se dvěma zatíženími (a);

vektorový diagram napětí (b)

1. Nasměrujte vektor napětí U₂ podél reálné osy (obrázek 3.3, b).

Pojďme najít hodnoty ΔU_{PD 12} a 5U_{str. 12} v oblasti 12 a vložte je do diagramu. Získáme napětí U₁ v bodě 1.

Znát U₁, najdeme hodnoty ΔU_{PD A1} a 5U_{pp A1} na sekci A1 a dejte je stranou od konce vektoru U₁. Navíc ΔU_{PD A1} musí být pokračováním vektoru U₁ od ΔU_{PD A1} se s ním ve fázi shoduje. Dostaneme napětí v bodě A.

U mnoha zátěží se vše dělá stejným způsobem. Počínaje koncem vektoru daného napětí na konci vedení se pohybují postupně od zátěže k zátěži až k napětí na začátku vedení.

Obrázek 3.4. Vektorové diagramy síťového napětí

Pokud je například známé počáteční napětí U přenosu₁ a je nutné určit napětí na konci přenosu (obrázek 3.4, a), pak absolutní hodnota napětí na konci přenosu, podobná (3.21), bude mít tvar

Pokud je známé koncové napětí U přenosu₂, pak vektorový diagram odpovídá obrázku 4.4, b.

Ve většině případů jsou specifikovaná napětí vysílacích konců U₂. Výpočet se tedy provádí podle (3.24) od vysílacího konce sítě k jejímu přijímacímu konci.

Chcete-li zjistit napětí U₂ podle daného U₁ je nutné:

– postupným pohybem po každé větvi obvodu (od předchozí k následující zátěži) určete složky úbytku napětí podle (3.19) a (3.20) nebo ztráty napětí podle (3.23);

— odečtením zjištěných ztrát (poklesu) napětí od hodnot napětí nejbližšího vysílacího konce každé větve zjistěte napětí koncového uzlu příslušné větve, který pro další výpočet již bude vysílacím koncem větve další pobočka atd.

V sítích 110 kV a méně vliv příčné složky δU_str se často nebere v úvahu, protože má relativně malý vliv na výsledek výrazů (3.21), (3.24).

3.2.4. Výpočet přenosového vedení pomocí čtyřpólů

Výpočet přenosového vedení pomocí čtyřkoncových sítí (s uvážením příčných vodivostí) [5].

Ve složitých sítích, kde je nutné počítat s příčnými vodivostmi, jsou všechny síťové prvky nahrazeny čtyřsvorkovými sítěmi a výpočet všech proudů a napětí se provádí s přihlédnutím k parametrům těchto čtyřsvorkových sítí. Pokud například potřebujete vypočítat přenos energie (obrázek 5, a) s daným proudem I_с a napětí U_c, je každý prvek tohoto přenosu nahrazen čtyřterminálovou sítí. Linka A je nahrazena čtyřportovou sítí se zobecněnými konstantami A₁, В₁, С₁,a D₁, a transformátor Tr – s A₂, В₂, С₂a D₂ (Obrázek 5, b). Protože zatížení v bodě b se rovná I_b = I„_b – I‚‘_b, pak budou rovnice čtyřpólů

Při použití čtyřsvorkových sítí je výhodnější provádět výpočty pro jednu fázi vedení, tj. do rovnic se dosadí hodnoty fázového napětí.

Tedy pohyb od konce přenosu na začátek podle daného I_c и U_cф, Může být nalezeno I_bи U_bф podle rovnic (3.25) v bodě b. Podobně (3.26), vědět I_bи U_bф, jsou určeny I_A и U_Aф na začátku řádku.

Datum přidání: 2018-02-28 ; zobrazení: 1610 ; Pomůžeme vám napsat vaši práci!