Электрическая энергия, при передаче по проводам на расстояние от источника к потребителю, всегда по пути расходуется. Будь то передача энергии от электростанции до подстанции, или от электрораспределительного щитка в нашем подъезде — до розетки и до потребителя (до того или иного электрического прибора, подключенного к розетке).

Любого обывателя больше всего беспокоит тот отрезок цепи, который расположен между счетчиком и потребителем, ведь именно за насчитанные счетчиком ватты нам и приходится платить. И лучше бы, чтобы бесполезных потерь энергии было бы как можно меньше.

Но уже здесь за бесполезные потери энергии отвечают как проводка, так и соединительные провода (шнуры), идущие от приборов к вилкам (и в конце концов — к розеткам). Дело в том, что провода эти, по закону Джоуля-Ленца, нагреваются, особенно если потребитель достаточно мощный. В общем и целом, нагрев проводов — это следствие падения напряжения на них, поскольку провода наши вполне реальны и обладают конечным электрическим сопротивлением R.

Для наглядной демонстрации предлагается устроить следующий эксперимент. Включите в сеть водонагреватель мощностью 2 кВт, и через минуту потрогайте провод, соединяющий его с розеткой. Провод ощутимо теплый, не так ли? Еще бы, ведь через него идет ток около 9 ампер.

Если сечение провода 1,5 кв. мм, то сопротивление двух жил метра такого провода составляет 0,024 Ом, а значит при токе в 9 ампер на нем постоянно, пока водонагреватель работает, в форме тепла рассеивается мощность примерно 2 Вт! А если взять электрический чайник с его метром двухжильного провода, а утюг, а масляный обогреватель… Да еще и попробовать подключить их к розетке через обычный дешевый удлинитель «для телевизора». Провод ощутимо разогреется, а это — явные потери.

В конце концов каждый провод, соединяющий какой бы то ни было прибор с розеткой, сам по себе всегда расходует определенную активную мощность, которую безжалостно учитывает счетчик. Мы уже и не говорим о сечении электропроводки, на меди в которой порой желают сэкономить бережливые хозяева. Начнем с того, что сопротивление любого реального проводника можно легко вычислить по следующей формуле:

Итак, в чем же суть потерь энергии на проводах, как эти расходы прикинуть, и как их в конце концов уменьшить? Начнем с того, что в проводах, шнурах, кабелях, принято использовать медь.

Медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,018 Ом*м/кв.мм. Это значит, что сопротивление одной жилы медного провода сечением 1 кв.мм, длиной 1 км составит 18 Ом. А если провод двухжильный, то сопротивление окажется 36 Ом. А один метр ДВУХЖИЛЬНОГО провода сечением 1 кв.мм даст сопротивление 0,036 Ом.

Падение напряжения на проводе зависит от электрического тока, который по нему в данный момент течет. Зная ток (поделив мощность прибора на напряжение в сети), из Закона Ома для участка цепи можно найти это падение напряжения:

Умножив падение напряжения на номинальный ток прибора, находим мощность, рассеиваемую на проводе. Вывод напрашивается сам собой: чем меньше сечение соединительного провода и чем он длиннее — тем больше падение напряжения на данном проводе, и, соответственно, — больше электрические потери, получаемые в форме тепла.

Вредные последствия неадекватно большого падения напряжения на проводах давно известны электрикам.

Во-первых, перегревается проводка, что практически повышает вероятность возгорания и возникновения пожара в помещении.

Во-вторых, расход энергии на бесполезный нагрев проводки ведет к лишним материальным расходам на оплату счетов за электричество.

В-третьих, падение напряжения на проводах отнимается по сути у прибора, который должен получить все напряжение полностью.

В-четвертых, ресурс проводов из-за их перегрева тратится быстрее, как и ресурс импульсных блоков питания потребителей, получающих напряжение меньше номинала, и поэтому вынужденных потреблять больше тока.

В заключении хотелось бы отметить, что никогда не стоит экономить на площади сечения медных проводов при выполнения проводки в помещении. К примеру: двухжильный медный провод сечением 2,5 кв.мм на 5 метрах даст 7,2 Вт тепла уже при токе в 10 А. Насколько это экономично? Лучше выбирать сечение провода таким образом, чтобы при максимальной нагрузке на сеть плотность тока была бы не более 4 А на кв.мм жилы.

Источник

Что такое потери напряжения и причины образования потерь напряжения

Для понимания, что такое потеря напряжения , рассмотрим векторную диаграмму напряжения трехфазной линии переменного тока (рис. 1) с одной нагрузкой в конце линии ( I ).

Предположим, что вектор тока разложен на составляющие I а и I р. На рис. 2 в масштабе построены векторы фазного напряжения в конце линии U 3ф и тока I , отстающего от него по фазе на угол φ2 .

Для получения вектора напряжения в начале линии U1 ф следует у конца вектора U 2ф построить в масштабе напряжения треугольник падений напряжения в линии (abc). Для этого вектор а b , равный произведению тока на активное сопротивление линии ( I R), отложен параллельно току, а вектор b c , равный произведению тока на индуктивное сопротивление линии ( I Х), — перпендикулярно вектору тока. При этих условиях прямая, соединяющая точки О и с, соответствует величине и положению в пространстве вектора напряжения в начале линии ( U1 ф) относительно вектора напряжения в конце линии ( U2 ф). Соединив концы векторов U1 ф и U2 ф, получим вектор падения напряжения на полном сопротивлении линии ac=IZ.

Рис. 1. Схема с одной нагрузкой на конце линии

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений для линии с одной нагрузкой. Потери напряжения в линии.

Условились называть потерей напряжения алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии, т. е. отрезок ad или почти равный ему отрезок ас’.

Векторная диаграмма и выведенные из нее соотношения показывают, что потеря напряжения зависит от параметров сети, а также от активной и реактивной составляющих тока или мощности нагрузки.

При расчете величины потери напряжений в сети активное сопротивление необходимо учитывать всегда, а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осветительных сетях и в сетях, выполненных сечениями проводов до 6 мм2 и кабелей до 35 мм2.

Определение потери напряжения в линии

Потерю напряжения для трехфазной системы принято обозначать для линейных величин определять по формуле

где l — протяженность соответствующего участка сети, км.

Если заменить ток мощностью, то формула примет вид:

где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность, кВар; l — протяженность участка, км; Uн — номинальное напряжение сети, кВ.

Изменение напряжения в линии

Допустимые потери напряжения

Для каждого приемника электроэнергии допускаются определенные потери напряжения . Например, асинхронные двигатели в нормальных условиях допускают отклонение напряжения ±5%. Это значит, что если номинальное напряжение данного электродвигателя составляет 380 В, то напряжения U ‘доп = 1,05 U н = 380 х1,05 = 399 В и U «доп = 0,95 U н = 380 х 0,95 = 361 В следует считать его предельно допустимыми значениями напряжения. Естественно, что все промежуточные напряжения, заключенные между значениями 361 и 399 В, также будут удовлетворять потребителя и составят некоторую зону, которую можно назвать зоной желаемых напряжений.

Так как при работе предприятия имеет место постоянное изменение нагрузки (мощность или ток, протекающий по проводам в данное время суток), то в сети будут иметь место и различные потери напряжения, изменяющиеся от наибольших значений, соответствующих режиму максимальной нагрузки dUma х, до наименьших dUmin , соответствующих минимальной нагрузке потребителя.

Для подсчета величины этих потерь напряжения следует воспользоваться формулой:

Из векторной диаграммы напряжений (рис. 2) следует, что действительное напряжение у приемника U2ф можно получить, если из напряжения в начале линии U1 ф вычесть величину dU ф, или, переходя к линейным, т. е. междуфазным напряжениям, получим U2 = U1 — dU

Пример. Потребитель, состоящий из асинхронных двигателей, подключен к шинам трансформаторной подстанции предприятия, на которых поддерживается постоянное в течение суток напряжение U1 = 400 В.

Наибольшая нагрузка потребителя отмечена в 11 ч утра, при этом потеря напряжения dUмакс = 57 В, или dUмакс % = 15%. Наименьшая нагрузка потребителя соответствует обеденному перерыву, при этом dUмин — 15,2 В, или dUмин % = 4%.

Необходимо определить действительное напряжение у потребителя в режимах наибольшей и наименьшей нагрузок и проверить лежи г ли оно в зоне желаемых напряжений.

Решение. Определяем действительные значения напряжений:

U2 макс = U1 — dUмакс = 400 — 57 = 343 В

U2 мин = U1 — dUмин = 400 — 15,2 = 384,8 В

Желаемые напряжения для асинхронных двигателей с Uн = 380 В должны удовлетворять условию:

Подставив в неравенство вычисленные значения напряжений, убеждаемся, что для режима наибольших нагрузок соотношение 399 > 343 > 361 не удовлетворяется, а для наименьших нагрузок 399 > 384,8 > 361 удовлетворяется.

Вывод. В режиме наибольших нагрузок потеря напряжения настолько велика, что напряжение у потребителя выходит за пределы зоны желаемых напряжений (снижается) и не удовлетворяет потребителя.

Этот пример можно проиллюстрировать графически потенциальной диаграммой рис. 3. При отсутствии тока напряжение у потребителя будет численно равно напряжению на питающих шинах. Так как потеря напряжения пропорциональна длине питающей линии, то напряжение при наличии нагрузки изменяется вдоль линии по наклонной прямой от величины U1 = 400 В до величины U2 макс = 343 В и величины U2 мин = 384,8 В.

Как видно из диаграммы, напряжение в режиме наибольшей нагрузки вышло из зоны желаемых напряжений (точка Б графика).

Таким образом, даже при постоянной величине напряжения на шинах питающего трансформатора, резкие изменения нагрузки могут создать у приемника недопустимую величину напряжения.

Кроме того, может оказаться, что при изменениях нагрузки в сети от наибольшей нагрузки в дневное время до наименьшей нагрузки в ночное время сама энергетическая система не сможет обеспечить должной величины напряжения на выводах трансформатора. В обоих этих случаях следует прибегнуть к средствам местного, главным образом, ступенчатого изменения напряжения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Потери напряжения в проводах

При передаче электрической энергии по коротким проводам сопротивлением их можно пренебречь. При большой длине их (L>10 М) сопротивлениемпроводов пренебрегать нельзя, так как электрический ток вызовет в них заметное падение напряжение.

Разность напряжений в начале и в конце линии равна

падению напряжению в проводах и называется

потерей напряжения ΔU .

При неизменном напряжении в начале линии

напряжение в конце линии, т. е. на приёмнике,

Чтобы линия была экономичной, необходимо выбирать сечение проводов S в зависимости от:

I – тока — определяется потребителем (приемником энергии);

ρ — удельного сопротивления материала жилы: медь или алюминий;

l – длины линии, определяется удалённостью потребителя от источника тока.

Взаимосвязь параметров определяется формулой:

При заданной допустимой потери напряжения определяют необходимо сечение проводов линии

по формуле:

Найденное по формуле сечение, округляют до ближайшего большего стандартного. Это сечение должно быть проверено на допустимое нагревание проводов.

При передаче электроэнергии нужно выбрать так сечение проводов линии передачи, чтобы обеспечить нормальное рабочее напряжение U_ном (номинальное напряжение) на зажимах приемников электроэнергии. В особенности это важно для осветительных установок, так как при повышении напряжения только на 5% по отношению к номинальному, длительность горения нормальной лампы уменьшается на 50%; при понижении напряжения на те же 5% световой поток этой лампы уменьшается на 18%.

Согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок):

– на зажимах приборов рабочего освещения производственных помещений и общественных зданий, а так же в прожекторных установках наружного освещения допускается отклонения напряжения (потеря напряжения):

— на зажимах электродвигателей:

Мощность потерь в линии электропередач (ЛЭП) определяется

Коэффициент полезного действия линии (КПД)

с увеличением нагрузки уменьшается

Основным метод снижения потерь напряжения – увеличение напряжения ЛЭП.

В нашей стране существует стандартная шкала переменных напряжений, при которых производится передача энергии на дальние расстояния: 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Например – при повышении напряжения в два раза, если сохранить процент потерь мощности неизменным, можно или уменьшить сечение проводов линии в четыре раза или удлинить линию электропередач в четыре раза.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник