Руководство по устройству электроустановок - Определение падения напряжения

Сопротивление проводов цепей низкое, но им нельзя пренебрегать. При передаче тока нагрузки происходит падение напряжения между началом цепи и местом подключения нагрузки. Правильная работа нагрузки (двигатель, цепь освещения и т.д.) зависит от того, что напряжение на его зажимах поддерживается на уровне, близкому к номинальному значению. Таким образом, необходимо рассчитать провода цепи так, чтобы при токе полной нагрузки напряжение на зажимах нагрузки оставалось в пределах, которые необходимо соблюдать для правильной работы оборудования.
В данном разделе рассматриваются методы определения падений напряжения, с целью обеспечения:
Соответствия действующим стандартам и правилам;
Требований со стороны нагрузки;
Существенных требований к работе оборудования.
3.1 Максимальное падение напряжения
Максимально допустимые пределы падения напряжения различны в разных странах. Типовые значения для электроустановок низкого напряжении даны ниже на Рис. G26.

Рис. G26: Максимальное падение напряжения между точкой подключения к сети и точкой потребления мощности
Данные пределы падения напряжения относятся к нормальному установившемуся рабочему режиму и не применяются к моментам запуска двигателей; одновременного включения (случайно) нескольких нагрузок, и т.д., как это было описано в главе В, раздел 4.3 (коэффициент одновременности и т.д.). Если падение напряжения превышает значения, данные на Рис. G26, используйте провода с большим сечением, чтобы исправить эту ситуацию. Если разрешить падение напряжения 8%, это может привести к проблемам в работе двигателей, например: Обычно, для удовлетворительной работы двигателя необходимо, чтобы напряжение было в пределах +5% от номинального значения в установившемся режиме работы.
Пусковой ток двигателя может в 5 - 7 раз превышать значение тока полной нагрузки (или даже более).
Если позволить 8% падения напряжения при полной нагрузке, то во время запуска двигателя может произойти снижение напряжения до 40%. При таких условиях двигатель либо:
Не запустится (то есть, останется неподвижным из-за недостаточного вращающего момента, неспособного преодолеть момент нагрузки), что приведет к перегреву двигателя и к его отключению;
Или будет ускоряться очень медленно, так что высокое потребление тока нагрузкой (с возможными нежелательными воздействиями пониженного напряжения на другое оборудование) будет продолжаться дольше, чем нормальный период разгона двигателя.
И наконец, 8%-ое падение напряжения представляет собой постоянную потерю мощности, что при продолжительной нагрузке приведет к значительным потерям (учитываемой) энергии. По этим причинам рекомендуется, чтобы максимальное значение падения напряжения 8% в установившемся рабочем режиме не достигалось в цепях, чувствительных к проблемам пониженного напряжения (См. Рис. G27).

Рис. G2: Максимальное падение напряжения
3.2 Расчет падения напряжения при постоянной нагрузке Формулы
На Рис. G28 ниже даны формулы, обычно используемые для расчета падения напряжения в цепи
на километр длины.
Если:
Ib: Ток полной нагрузки, в амперах
L: Длина кабеля - в километрах
R: Сопротивление кабеля - в Ом/км, то:
для меди, S (c.s.a) - площадь поперечного сечения проводника (жилы кабеля) в мм2, Q - Ом
для алюминия
Примечание: R можно пренебречь, если сечение проводника свыше 500 мм2
X: индуктивное реактивное сопротивление кабеля в Ом/км.
Примечание: Х можно пренебречь для проводов сечением меньше 50мм2. При отсутствии любой другой информации, примите Х = 0,08 Ом/км.
ф: фазовый угол между напряжением и током рассчитываемой цепи, обычно:
Цепь освещения лампами накаливания: cos ф = 1
Питание двигателя:
при запуске: cos ф = 0.35
в режиме нормальной работы: cos ф = 0.8
Un: напряжение между фазами
Vn: напряжение фаза - нейтраль
Для кабелепроводов и шинопроводов завдского изготовления, значения активного и реактивного сопротивлений даются производителем.

Рис. G21: Формулы расчета падения напряжения
Упрощенная таблица
Вычислений можно избежать, используя таблицу Рис^29 на следующей странице, которая дает, с адекватным приближением, значение падения межфазного напряжения на 1 км кабеля на 1 ампер, в зависимости от:
Типа цепи: цепь питания двигателя, где значение cos ф близко к 0.8, или цепь освещения, где cos ф близок к единице.
Типа кабеля: одножильный и трехжильный. Падение напряжения в кабеле можно вычислить, как: К x Ib x L
К - дано в таблице,
Ib - ток полной нагрузки в амперах,
L - длина кабеля в км.
Колонку «Питание двигателя», «cos ф = 0.35» на Рис. G29 можно использовать для вычисления падения напряжения во время запуска двигателя (см. пример 1 после Рис. G29).
Примеры
Пример 1 (см. Рис. G30)
Трехжильный медный кабель сечением 35 мм2 длиной 50 м подает питание 400 В к двигателю, потребляющему:
I 100 A при cos ф = 0.8 при нормальной постоянной нагрузке I 500 A (5 In) при cos ф = 0.35 во время запуска
Падение напряжения в начале кабеля, подсоединяющего двигатель в нормальных обстоятельствах
(то есть, на распределительном щите (Рис G30), который распределяет ток в 1000А), составляет
10 В линейного напряжения.
Каково падение напряжения на зажимах двигателя:
I В режиме нормальной работы
I Во время запуска?
Решение:
I Падение напряжения в режиме нормальной работы будет равно:

В таблице G29 дано соотношение 1 В/А/км, и согласно этому: AU для кабеля = 1 x 100 x 0.05 = 5 В AU общее = 10 + 5 = 15 В , то есть.

Это значение меньше, чем разрешенное (8%) и является приемлемым. I Падение напряжения во время запуска двигателя: Аикабеля = 0.52 x 500 x 0.05 = 13 В
Из-за дополнительного тока, потребляемого во время запуска двигателя, падение напряжения на распределительном щите превысит 10 вольт.
Предположим, что ток, подаваемый на распределительный щит во время запуска двигателя, равен 900+500=1 400 А, тогда падение напряжения на распределительном щите пропорционально увеличится, то есть:

AU для распределительного щита = 14 В AU для кабеля двигателя = 13 В AU общее = 13+ 14 = 27 В, то есть:


Рис. в3{: Пример 1

Рис. G2S: Падение напряжения между фазами Ди для цепи, в вольтах на 1 ампер, на 1 км.
- значение, приемлемое во время запуска двигателя.
3 Определение падения напряжения
Пример 2 (см. Рис. G31)
3-х фазная 4-х проводная линия с медными проводниками сечением 70 мм2 и длиной 50 м проводит ток 150 A. Линия питает, кроме прочих нагрузок, 3 однофазных цепи освещения, каждая из которых состоит из медного провода сечением 2.5 мм2, длиной 20 м, и проводит ток 20 A.
Предполагается, что токи в кабельной линии сечением 70 мм2 являются сбалансированными и три цепи освещения подсоединены к линии в одной и той же точке. Каково падение напряжения в конечных точках цепей освещения? Решение:
Падение напряжения в 4-жильной линии:

На Рис. G29 показано значение 0.55 В/А/км AU линии = 0.55 x 150 x 0.05 = 4.125 В между фазами
Где:= 2.38 В между фазой и нейтралью.
Падение напряжения в каждой из однофазных цепей освещения: AU для однофазной цепи = 18 x 20 x 0.02 = 7.2 В
Таким образом, общее падение напряжения будет равно: 7.2 + 2.38 = 9.6 В

G - Защита цепей

Рис. G3 : Пример 2, Си - медь
Это значение является удовлетворительным, так как оно меньше, чем максимальное допустимое падение напряжения величиной 6%.