Απώλειες και πτώσεις τάσης - ποιες είναι οι διαφορές

Στη συνηθισμένη ανθρώπινη ζωή, οι λέξεις "απώλεια" και "πτώση" χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν το γεγονός της μείωσης ορισμένων επιτευγμάτων, αλλά σημαίνουν διαφορετική αξία.

Στην περίπτωση αυτή, «απώλειες» σημαίνει απώλεια εξαρτήματος, ζημιά, μείωση του μεγέθους του προηγουμένως επιτυγχανόμενου επιπέδου. Οι απώλειες είναι ανεπιθύμητες, αλλά μπορείτε να τις ανεχτείτε.

Η λέξη «πτώση» νοείται ως μια πιο σοβαρή βλάβη που σχετίζεται με πλήρη στέρηση δικαιωμάτων. Έτσι, ακόμη και οι περιστασιακές ζημίες (ας πούμε, ένα χαρτοφυλάκιο) με την πάροδο του χρόνου μπορεί να οδηγήσουν σε πτώση (για παράδειγμα, το επίπεδο της υλικής ζωής).

Από αυτή την άποψη, θα εξετάσουμε αυτό το ερώτημα σε σχέση με την τάση του ηλεκτρικού δικτύου.

Πώς σχηματίζονται οι απώλειες και οι πτώσεις τάσης

Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις με εναέριες γραμμές από τον έναν υποσταθμό στον άλλο.

Οι εναέριες γραμμές έχουν σχεδιαστεί για να μεταδίδουν την επιτρεπόμενη ισχύ και είναι κατασκευασμένες από μεταλλικά σύρματα συγκεκριμένου υλικού και τμήματος. Δημιουργούν ένα ωμικό φορτίο με τιμή αντίστασης R και αντιδραστικό φορτίο X.

Στην πλευρά λήψης στέκεται μετασχηματιστήςμετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας.Τα πηνία του έχουν ενεργή και έντονη επαγωγική αντίσταση XL. Η δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή μειώνει την τάση και τη μεταδίδει περαιτέρω στους καταναλωτές, το φορτίο των οποίων εκφράζεται με την τιμή του Z και είναι ενεργό, χωρητικό και επαγωγικό. Αυτό επηρεάζει επίσης τις ηλεκτρικές παραμέτρους του δικτύου.

Η τάση που εφαρμόζεται στα καλώδια της υποστήριξης της εναέριας γραμμής, πλησιέστερα στον υποσταθμό μεταφοράς ισχύος, υπερνικά την αντιδραστική και ενεργή αντίσταση του κυκλώματος σε κάθε φάση και δημιουργεί ένα ρεύμα σε αυτό, το διάνυσμα του οποίου αποκλίνει από το διάνυσμα του εφαρμοζόμενη τάση κατά γωνία φ.

Η φύση της κατανομής των τάσεων και η ροή των ρευμάτων κατά μήκος της γραμμής για μια λειτουργία συμμετρικού φορτίου φαίνεται στη φωτογραφία.

Δεδομένου ότι κάθε φάση της γραμμής τροφοδοτεί διαφορετικό αριθμό καταναλωτών που επίσης αποσυνδέονται τυχαία ή συνδέονται με την εργασία, είναι τεχνικά πολύ δύσκολο να εξισορροπηθεί τέλεια το φορτίο φάσης. Υπάρχει πάντα μια ανισορροπία σε αυτό, η οποία καθορίζεται από τη διανυσματική προσθήκη των ρευμάτων φάσης και γράφεται ως 3I0. Στους περισσότερους υπολογισμούς, απλώς αγνοείται.

Η ενέργεια που καταναλώνεται από τον υποσταθμό μετάδοσης δαπανάται εν μέρει για την υπέρβαση της αντίστασης της γραμμής και φτάνει στην πλευρά λήψης με μικρή αλλαγή. Αυτό το κλάσμα χαρακτηρίζεται από απώλεια και πτώση τάσης, το διάνυσμα των οποίων μειώνεται ελαφρώς σε πλάτος και μετατοπίζεται κατά μια γωνία σε κάθε φάση.

Πώς υπολογίζονται οι απώλειες και η πτώση τάσης

Προκειμένου να κατανοηθούν οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη μετάδοση της ηλεκτρικής ενέργειας, η διανυσματική μορφή είναι βολική για την αναπαράσταση των κύριων χαρακτηριστικών. Σε αυτή τη μέθοδο βασίζονται επίσης διάφορες μαθηματικές μέθοδοι υπολογισμού.

Για απλοποίηση των υπολογισμών στο τριφασικό σύστημα αντιπροσωπεύεται από τρία μονοφασικά ισοδύναμα κυκλώματα. Αυτή η μέθοδος λειτουργεί καλά με ένα συμμετρικό φορτίο και σας επιτρέπει να αναλύετε τις διαδικασίες όταν σπάσει.

Στα παραπάνω διαγράμματα, το ενεργό R και η αντίδραση X κάθε αγωγού της γραμμής συνδέονται σε σειρά με τη μιγαδική αντίσταση φορτίου Zn που χαρακτηρίζεται από τη γωνία φ.

Επιπλέον, πραγματοποιείται υπολογισμός απώλειας τάσης και πτώσης τάσης σε μία φάση. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να καθορίσετε τα δεδομένα. Για το σκοπό αυτό επιλέγεται ένας υποσταθμός που λαμβάνει ενέργεια, όπου πρέπει ήδη να καθοριστεί το επιτρεπόμενο φορτίο.

Η τιμή τάσης οποιουδήποτε συστήματος υψηλής τάσης αναφέρεται ήδη στα βιβλία αναφοράς και οι αντιστάσεις των καλωδίων καθορίζονται από το μήκος, τη διατομή, το υλικό και τη διαμόρφωση του δικτύου τους. Το μέγιστο ρεύμα στο κύκλωμα ρυθμίζεται και περιορίζεται από τις ιδιότητες των καλωδίων.

Επομένως, για να ξεκινήσουμε τους υπολογισμούς, έχουμε: U2, R, X, Z, I, φ.

Παίρνουμε μια φάση, για παράδειγμα, «Α» και διαχωρίζουμε γι' αυτήν στο μιγαδικό επίπεδο τα διανύσματα U2 και I, μετατοπισμένα κατά γωνία φ, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Η διαφορά δυναμικού στην ενεργή αντίσταση του αγωγού συμπίπτει ως προς την κατεύθυνση με το ρεύμα και σε μέγεθος προσδιορίζεται από την έκφραση I ∙ R. Αναβάλλουμε αυτό το διάνυσμα από το τέλος του U2 (Εικ. 2).

Η διαφορά δυναμικού στην αντίδραση του αγωγού διαφέρει από την κατεύθυνση του ρεύματος κατά γωνία φ1 και υπολογίζεται από το γινόμενο I ∙ X. Την αναβάλλουμε από το διάνυσμα I ∙ R (Εικ. 3).

Υπενθυμίσεις: για τη θετική φορά περιστροφής των διανυσμάτων στο μιγαδικό επίπεδο, λαμβάνεται η αριστερόστροφη κίνηση. Το ρεύμα που διαρρέει το επαγωγικό φορτίο υστερεί κατά μια γωνία στην εφαρμοζόμενη τάση.

Το σχήμα 4 δείχνει την γραφική παράσταση των διανυσμάτων διαφοράς δυναμικού στη συνολική αντίσταση του καλωδίου I ∙ Z και την τάση στην είσοδο του κυκλώματος U1.

Τώρα μπορείτε να συγκρίνετε τα διανύσματα εισόδου με το ισοδύναμο κύκλωμα και σε όλο το φορτίο. Για να το κάνετε αυτό, βάλτε το διάγραμμα που προκύπτει οριζόντια (Εικ. 5) και σχεδιάστε ένα τόξο από την αρχή με την ακτίνα της μονάδας U1 μέχρι να τέμνεται με την κατεύθυνση του διανύσματος U2 (Εικ. 6).

Το σχήμα 7 δείχνει μια μεγέθυνση του τριγώνου για μεγαλύτερη ευκρίνεια και τη χάραξη βοηθητικών γραμμών, υποδεικνύοντας τα χαρακτηριστικά σημεία τομής με γράμματα.

Στο κάτω μέρος της εικόνας φαίνεται ότι το διάνυσμα ac που προκύπτει ονομάζεται πτώση τάσης και το ab ονομάζεται απώλεια. Διαφέρουν ως προς το μέγεθος και την κατεύθυνση. Αν επιστρέψουμε στην αρχική κλίμακα, θα δούμε ότι το ac λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της γεωμετρικής αφαίρεσης των διανυσμάτων (U2 από το U1), και το ab είναι αριθμητικό. Αυτή η διαδικασία φαίνεται στην παρακάτω εικόνα (Εικ. 8).

Παραγωγή τύπων για τον υπολογισμό των απωλειών τάσης

Τώρα ας επιστρέψουμε στο Σχήμα 7 και θα παρατηρήσουμε ότι το τμήμα bd είναι πολύ μικρό. Για το λόγο αυτό, αγνοείται στους υπολογισμούς και η απώλεια τάσης υπολογίζεται από το μήκος τμήματος ad. Αποτελείται από δύο ευθύγραμμα τμήματα ae και ed.

Εφόσον ae = I ∙ R ∙ cosφ και ed = I ∙ x ∙ sinφ, τότε η απώλεια τάσης για μία φάση μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Εάν υποθέσουμε ότι το φορτίο είναι συμμετρικό σε όλες τις φάσεις (παραμελώντας υπό όρους το 3I0), μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μαθηματικές μεθόδους για τον υπολογισμό της απώλειας τάσης στη γραμμή.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Εάν η δεξιά πλευρά αυτού του τύπου πολλαπλασιαστεί και διαιρεθεί με την τάση δικτύου Un, τότε παίρνουμε έναν τύπο που μας επιτρέπει να εκτελέσουμε pΥπολογισμό των απωλειών τάσης μέσω του τροφοδοτικού.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Οι τιμές της ενεργού P και της άεργου ισχύος Q μπορούν να ληφθούν από τις ενδείξεις του μετρητή γραμμής.

Έτσι, η απώλεια τάσης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα εξαρτάται από:

• ενεργό και αντίσταση του κυκλώματος.

• εξαρτήματα εφαρμοζόμενης ισχύος.

• το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης.

Παραγωγή τύπων για τον υπολογισμό της εγκάρσιας συνιστώσας της πτώσης τάσης

Ας επιστρέψουμε στο σχήμα 7. Η τιμή του διανύσματος ac μπορεί να αναπαρασταθεί από την υποτείνουσα ενός ορθογωνίου τριγώνου acd. Έχουμε ήδη υπολογίσει το διαφημιστικό πόδι. Ας προσδιορίσουμε την εγκάρσια συνιστώσα cd.

Το σχήμα δείχνει ότι cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Χρησιμοποιώντας τα ληφθέντα μοντέλα, εκτελούμε μικρούς μαθηματικούς μετασχηματισμούς και λαμβάνουμε την εγκάρσια συνιστώσα της πτώσης τάσης.

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

Προσδιορισμός του τύπου για τον υπολογισμό της τάσης U1 στην αρχή της γραμμής ισχύος

Γνωρίζοντας την τιμή της τάσης στο τέλος της γραμμής U2, την απώλεια ∆Ul και την εγκάρσια συνιστώσα της πτώσης δU, μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή του διανύσματος U1 με το Πυθαγόρειο θεώρημα. Σε διευρυμένη μορφή, έχει την ακόλουθη μορφή.

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

Πρακτική χρήση

Ο υπολογισμός των απωλειών τάσης πραγματοποιείται από μηχανικούς στο στάδιο της δημιουργίας ενός έργου ηλεκτρικού κυκλώματος για τη βέλτιστη επιλογή της διαμόρφωσης του δικτύου και των στοιχείων που το αποτελούν.

Κατά τη λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, εάν είναι απαραίτητο, μπορούν να πραγματοποιούνται περιοδικά ταυτόχρονες μετρήσεις των διανυσμάτων τάσης στα άκρα των γραμμών και να συγκρίνονται τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με τη μέθοδο των απλών υπολογισμών.Η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη για συσκευές που έχουν αυξηθεί απαιτήσεις λόγω της ανάγκης για υψηλή ακρίβεια εργασίας.

Απώλειες τάσης σε δευτερεύοντα κυκλώματα

Ένα παράδειγμα είναι τα δευτερεύοντα κυκλώματα μετασχηματιστών μέτρησης τάσης, τα οποία μερικές φορές φτάνουν σε μήκος αρκετές εκατοντάδες μέτρα και μεταδίδονται από ένα ειδικό καλώδιο τροφοδοσίας με αυξημένη διατομή.

Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ενός τέτοιου καλωδίου υπόκεινται σε αυξημένες απαιτήσεις για την ποιότητα μετάδοσης τάσης.

Η σύγχρονη προστασία του ηλεκτρικού εξοπλισμού απαιτεί τη λειτουργία συστημάτων μέτρησης με υψηλούς μετρολογικούς δείκτες και τάξη ακρίβειας 0,5 ή και 0,2. Επομένως, οι απώλειες της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτά πρέπει να παρακολουθούνται και να λαμβάνονται υπόψη. Διαφορετικά, το σφάλμα που εισάγουν στη λειτουργία του εξοπλισμού μπορεί να επηρεάσει σημαντικά όλα τα λειτουργικά χαρακτηριστικά.

Απώλειες τάσης σε μεγάλες γραμμές καλωδίων

Το χαρακτηριστικό του σχεδιασμού του μακριού καλωδίου είναι ότι έχει χωρητική αντίσταση λόγω της αρκετά στενής διάταξης των αγώγιμων πυρήνων και ενός λεπτού στρώματος μόνωσης μεταξύ τους. Εκτρέπει περαιτέρω το διάνυσμα ρεύματος που διέρχεται από το καλώδιο και αλλάζει το μέγεθός του.

Η επίδραση της πτώσης τάσης στη χωρητική αντίσταση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στον υπολογισμό για την αλλαγή της τιμής του I ∙ z. Διαφορετικά, η τεχνολογία που περιγράφεται παραπάνω δεν αλλάζει.

Το άρθρο παρέχει παραδείγματα απωλειών και πτώσεων τάσης σε εναέριες γραμμές και καλώδια ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, βρίσκονται σε όλους τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτροκινητήρων, των μετασχηματιστών, των πηνίων, των συστοιχιών πυκνωτών και άλλων συσκευών.

Το ποσό των απωλειών τάσης για κάθε τύπο ηλεκτρικού εξοπλισμού ρυθμίζεται νομικά ως προς τις συνθήκες λειτουργίας και η αρχή του προσδιορισμού τους σε όλα τα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι η ίδια.