Häviöt ja jännitehäviöt - mitkä ovat erot

Tavallisessa ihmiselämässä sanoja "menetys" ja "putoaminen" käytetään osoittamaan tiettyjen saavutusten vähenemistä, mutta ne tarkoittavat eri arvoa.

Tässä tapauksessa "häviöt" tarkoittaa osan menetystä, vauriota, aiemmin saavutetun tason koon pienentämistä. Tappiot eivät ole toivottavia, mutta voit sietää ne.

Sana "putoaminen" ymmärretään vakavammaksi vahingoksi, joka liittyy täydelliseen oikeuksien menettämiseen. Näin ollen jopa satunnaiset tappiot (esimerkiksi salkku) ajan myötä voivat johtaa laskuun (esimerkiksi aineellisen käyttöiän tasoon).

Tässä suhteessa tarkastelemme tätä kysymystä sähköverkon jännitteen suhteen.

Kuinka häviöt ja jännitehäviöt muodostuvat

Sähkö kulkee pitkiä etäisyyksiä ilmajohtoja pitkin sähköasemalta toiselle.

Ilmajohdot on suunniteltu siirtämään sallittua tehoa ja ne on valmistettu tietyn materiaalin ja poikkileikkauksen metallilangoista. Ne luovat resistiivisen kuorman, jonka resistanssiarvo on R ja reaktiivinen kuorma X.

Vastaanottopuolella se seisoo muuntajasähkön muuntaminen.Sen käämeissä on aktiivinen ja selkeä induktiivinen vastus XL. Muuntajan toisiopuoli alentaa jännitettä ja välittää sen edelleen kuluttajille, joiden kuormitus ilmaistaan ​​Z:n arvolla ja on luonteeltaan aktiivinen, kapasitiivinen ja induktiivinen. Tämä vaikuttaa myös verkon sähköisiin parametreihin.

Ilmajohdon tuen johtimiin, lähinnä voimansiirto-asemaa, syötetty jännite voittaa piirin reaktiivisen ja aktiivisen vastuksen kussakin vaiheessa ja muodostaa siihen virran, jonka vektori poikkeaa sähköaseman vektorista. syötetty jännite kulman φ verran.

Jännitteiden jakautumisen luonne ja virtojen virtaus linjaa pitkin symmetriselle kuormitusmoodille on esitetty valokuvassa.

Koska linjan jokainen vaihe syöttää eri määrän kuluttajia, jotka ovat myös satunnaisesti irrotettuja tai kytkettyinä työhön, on teknisesti erittäin vaikeaa tasapainottaa vaihekuormitusta täydellisesti. Siinä on aina epätasapaino, joka määräytyy vaihevirtojen vektorilisäyksenä ja kirjoitetaan 3I0. Useimmissa laskelmissa se yksinkertaisesti jätetään huomiotta.

Lähettävän sähköaseman kuluttama energia kuluu osittain johdon vastuksen voittamiseksi ja saavuttaa vastaanottopuolen pienellä muutoksella. Tälle osalle on ominaista häviö ja jännitehäviö, jonka vektori pienenee hieman amplitudissa ja siirtyy kulman verran kussakin vaiheessa.

Kuinka häviöt ja jännitehäviöt lasketaan

Sähkön siirron aikana tapahtuvien prosessien ymmärtämiseksi vektorimuoto on kätevä esittämään pääominaisuudet. Myös erilaiset matemaattiset laskentamenetelmät perustuvat tähän menetelmään.

Laskelmien yksinkertaistamiseksi kolmivaiheinen järjestelmä sitä edustaa kolme yksivaiheista vastaavaa piiriä. Tämä menetelmä toimii hyvin symmetrisen kuorman kanssa ja antaa sinun analysoida prosesseja, kun se on rikki.

Yllä olevissa kaavioissa linjan kunkin johtimen aktiivinen R ja reaktanssi X on kytketty sarjaan kulmalla φ luonnehtivan kompleksisen kuormitusvastuksen Zn kanssa.

Lisäksi lasketaan jännitehäviö ja jännitehäviö yhdessä vaiheessa. Tätä varten sinun on määritettävä tiedot. Tätä tarkoitusta varten valitaan energiaa vastaanottava sähköasema, jolle on jo määritettävä sallittu kuorma.

Minkä tahansa suurjännitejärjestelmän jännitearvo on jo ilmoitettu viitekirjoissa, ja johtojen resistanssit määräytyvät niiden pituuden, poikkileikkauksen, materiaalin ja verkon konfiguraation mukaan. Piirin maksimivirta asetetaan ja rajoitetaan johtimien ominaisuuksien mukaan.

Siksi laskelmien aloittamiseksi meillä on: U2, R, X, Z, I, φ.

Otetaan yksi vaihe, esimerkiksi «A» ja erotetaan sille kompleksitasossa vektorit U2 ja I, jotka on siirretty kulmalla φ, kuten kuvassa 1. Potentiaaliero johtimen aktiivisessa resistanssissa osuu yhteen suuntaan Virralla ja suuruus määräytyy lausekkeesta I ∙ R. Siirrämme tätä vektoria U2:n lopusta (kuva 2).

Potentiaaliero johtimen reaktanssissa poikkeaa virran suunnasta kulman φ1 verran ja lasketaan tulosta I ∙ X. Siirrämme sen vektorista I ∙ R (kuva 3).

Muistutukset: vektorien positiiviselle pyörimissuunnalle kompleksitasossa otetaan vastapäivään liike. Induktiivisen kuorman läpi kulkeva virta on kulman verran jäljessä syötetystä jännitteestä.

Kuvassa 4 on esitetty potentiaalierovektorit johtojen kokonaisresistanssille I∙ Z ja jännitteelle piirin U1 tulossa.

Nyt voit verrata tulovektoreita vastaavaan piiriin ja kuorman poikki. Tätä varten asettamalla tuloksena oleva kaavio vaakasuoraan (kuva 5) ja piirtämällä kaari alusta moduulin U1 säteellä, kunnes se leikkaa vektorin U2 suunnan (kuva 6).

Kuvassa 7 on kolmion suurennus selkeyden vuoksi ja apuviivojen piirustus, jotka osoittavat tunnusomaiset leikkauspisteet kirjaimien kanssa.

Kuvan alaosassa näkyy, että tuloksena olevaa vektoria ac kutsutaan jännitehäviöksi ja ab häviöksi. Ne eroavat koosta ja suunnasta. Jos palaamme alkuperäiseen mittakaavaan, näemme, että ac saadaan vektorien geometrisen vähennyksen tuloksena (U2 U1:stä), ja ab on aritmeettinen. Tämä prosessi näkyy alla olevassa kuvassa (kuva 8).

Kaavojen johtaminen jännitehäviöiden laskemiseen

Palataan nyt takaisin kuvioon 7 ja huomataan, että bd-segmentti on hyvin pieni. Tästä syystä se jätetään huomiotta laskelmissa ja jännitehäviö lasketaan segmentin pituudesta ad. Se koostuu kahdesta viivasegmentistä ae ja ed.

Koska ae = I ∙ R ∙ cosφ ja ed = I ∙ x ∙ sinφ, niin yhden vaiheen jännitehäviö voidaan laskea kaavalla:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Jos oletetaan, että kuorma on symmetrinen kaikissa vaiheissa (ehdollisesti huomiotta 3I0), voidaan laskea linjan jännitehäviö matemaattisilla menetelmillä.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Jos tämän kaavan oikea puoli kerrotaan ja jaetaan verkkojännitteellä Un, niin saadaan kaava, jonka avulla voimme suorittaa p-laskennan jännitehäviöistä virtalähteen kautta.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Aktiivisen P- ja loistehon arvot voidaan ottaa linjamittarin lukemista.

Näin ollen sähköpiirin jännitehäviö riippuu:

• piirin aktiivisuus ja reaktanssi;

• käytetyn tehon komponentit;

• käytetyn jännitteen suuruus.

Kaavojen johtaminen jännitehäviön poikittaiskomponentin laskemiseksi

Palataan takaisin kuvaan 7. Vektorin ac arvo voidaan esittää suorakulmaisen kolmion acd hypotenuusalla. Olemme jo laskeneet mainosjalan. Määritetään poikittaiskomponentti cd.

Kuvasta näkyy, että cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Saatujen mallien avulla suoritamme pieniä matemaattisia muunnoksia ja saamme jännitehäviön poikittaiskomponentin.

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

Kaavan määritys jännitteen U1 laskemiseksi voimajohdon alussa

Kun tiedämme jännitteen arvon linjan U2 päässä, häviön ∆Ul ja pudotuksen poikittaiskomponentin δU, voimme laskea vektorin U1 arvon Pythagoraan lauseella. Laajennetussa muodossa sillä on seuraava muoto.

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

Käytännöllinen käyttö

Insinöörit suorittavat jännitehäviöiden laskennan sähköpiiriprojektin luomisvaiheessa verkon ja sen rakenneosien optimaalisen konfiguraation valitsemiseksi.

Sähköasennusten käytön aikana voidaan tarvittaessa tehdä jaksoittain samanaikaisia ​​mittauksia johtojen päiden jännitevektoreista ja verrata yksinkertaisten laskelmien menetelmällä saatuja tuloksia Tämä menetelmä soveltuu laitteille, jotka ovat kasvaneet vaatimukset korkean työtarkkuuden vaatimuksen vuoksi.

Jännitehäviöt toisiopiireissä

Esimerkkinä ovat mittausjännitemuuntajien toisiopiirit, joiden pituus on joskus useita satoja metrejä ja jotka lähetetään erityisellä tehokaapelilla, jonka poikkipinta on kasvanut.

Tällaisen kaapelin sähköisille ominaisuuksille asetetaan korkeammat vaatimukset jännitteensiirron laadulle.

Nykyaikainen sähkölaitteiden suojaus edellyttää mittausjärjestelmien toimintaa, joilla on korkeat metrologiset indikaattorit ja tarkkuusluokka 0,5 tai jopa 0,2. Siksi niihin syötetyn jännitteen häviöitä on tarkkailtava ja otettava huomioon. Muuten niiden laitteiden toimintaan aiheuttama virhe voi vaikuttaa merkittävästi kaikkiin toimintaominaisuuksiin.

Jännitehäviöt pitkissä kaapelilinjoissa

Pitkän kaapelin suunnittelun ominaisuus on, että sillä on kapasitiivinen vastus johtuen johtavien johtimien melko läheisestä järjestelystä ja niiden välisestä ohuesta eristekerroksesta. Se poikkeuttaa edelleen kaapelin läpi kulkevaa virtavektoria ja muuttaa sen suuruutta.

Jännitehäviön vaikutus kapasitiiviseen resistanssiin on otettava huomioon laskelmassa I ∙ z:n arvon muuttamiseksi. Muuten yllä kuvattu tekniikka ei muutu.

Artikkelissa on esimerkkejä häviöistä ja jännitehäviöistä ilmajohtoissa ja kaapeleissa. Niitä löytyy kuitenkin kaikista sähkön kuluttajista, mukaan lukien sähkömoottorit, muuntajat, induktorit, kondensaattoripankit ja muut laitteet.

Kunkin sähkölaitteen tyyppisten jännitehäviöiden määrä on laillisesti säännelty käyttöolosuhteiden suhteen, ja niiden määritysperiaate kaikissa sähköpiireissä on sama.