Выбор сечения проводников по потере напряжения.

Выбранные по длительно допустимому току и согласованные с током защиты аппаратов сечения проводников должны быть проверены на потерю напряжения. При эксплуатации электрических сетей, зная уровень напряжения на выводах у наиболее удалённого электроприёмника и рассчитав потерю напряжения, можно определить напряжение на вторичной стороне питающего трансформатора и выбрать устройства для регулировки напряжения.

На рис. 8.2 изображена схема сети с равномерно распределённой нагрузкой по её длине и график распределения напряжения по линии. У питающего трансформатора номинальное напряжение выбрано на 5% выше номинального для компенсации падения напряжения в сети. При этом электроприёмники 1-4 будут получать питание на напряжении выше номинального, а приёмники 6-10 – ниже номинального.

Разность между напряжением источника питания и напряжением у приёмника называется потерей напряжения, а падением напряжения называется геометрическая разность векторов напряжений в начале U_ф1 и конце U_ф2 участка сети:

U_ф1-U_ф2=IZ=I(r+jx) (8.6)

Рассмотрим схему одной фазы линии трёхфазного тока с симметричной нагрузкой на конце, заданным током нагрузки I и коэффициентом мощности cosφ₂. Напряжение в конце линии U_ф2 известно. Следует определить напряжение в начале линии U_ф1 и cosφ₁ с помощью векторной диаграммы.

Рис. 8.2 Изменение уровня напряжения вдоль линии.

Поскольку нагрузка на предприятии является, в большинстве случаев, индуктивной, то вектор тока будет находиться под углом φ₂ к вектору напряжения в сторону отставания.

Чтобы определить напряжение в начале линии нужно от конца вектора U_ф2 отложить параллельно вектору тока I вектор падения напряжения на активном сопротивлении линии Ir, и под углом 90^○ к нему в сторону опережения - вектор падения напряжения на реактивном сопротивлении jIx (треугольник ABC). Соединив полученную точку С с началом координат 0, получим искомый вектор напряжения в начале линии U_ф1.

Рис. 8.3 Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) одной фазы трёхфазной линии переменного тока с нагрузкой на конце.

Отрезок АС, численно равный модулю вектора IZ представляет собой величину полного падения напряжения. Это падение напряжения можно разделить на продольную составляющую ∆U_ф=U₁-U₂ (отрезок AD) и поперечную δU_ф (отрезок DC). Тогда можно записать:

IZ=∆U_ф+j δU_ф (8.7)

Отсюда продольная составляющая:

∆U_ф=Ircos φ₂+Ixsin φ₂ (8.8)

Зная, что

(8.9)

получаем:

(8.10)

и (8.11)

Следовательно, напряжение в начале линии:

(8.12)

Для двухпроводной линии однофазного тока получим падение напряжения:

(8.13)

Здесь Р – активная мощность, l – длина линии.

Для трёхфазной линии переменного тока , тогда

(8.14)

Потеря напряжения в линии с несколькими нагрузками определяется как сумма потерь напряжения на отдельных участках сети. Тогда для n присоединённых нагрузок:

(8.15)

Если потери напряжения для различных сетей приводят к отклонениям напряжения на выводах электроприёмников более допустимых значений, то выбирают проводники большего на одну ступень сечения и повторяют проверочный расчёт.

В эксплуатации производят измерения полного сопротивления «фаза-ноль», включающее в себя сопротивление проводов (прямого и обратного, сопротивления контактных соединений, а также сопротивление вторичной обмотки питающего трансформатора, для контроля контактных соединений, а также для проверки выбора защитных аппаратов. При протяжённой длине линии и небольшом сечении проводов происходит значительное падение напряжения, поэтому измерение сопротивления «фаза-ноль» может служить оценочным показателем для проверки падения напряжения в конце линии.