حاسبة فقدان الجهد. حساب المقطع العرضي للكابل المطلوب
كيف يتم حساب المقطع العرضي للكابل بشكل صحيح ودقيق بناءً على فقدان الجهد؟ في كثير من الأحيان، عند تصميم شبكات إمدادات الطاقة، يلزم إجراء حساب مختص لفقد الكابلات. تعتبر النتيجة الدقيقة مهمة لاختيار مادة ذات مساحة المقطع العرضي المطلوبة للنواة. إذا تم اختيار الكابل بشكل غير صحيح، فسوف يستلزم ذلك تكاليف مادية متعددة، لأن النظام سوف يفشل بسرعة ويتوقف عن العمل. بفضل المواقع المساعدة، حيث يوجد بالفعل برنامج جاهزلحساب المقطع العرضي للكابل والخسائر عليه، يمكن القيام بذلك بسهولة وبسرعة.
كيفية استخدام الآلة الحاسبة على الانترنت؟
في الجدول النهائي، تحتاج إلى إدخال البيانات وفقًا لمادة الكابل المحددة وطاقة تحميل النظام وجهد الشبكة ودرجة حرارة الكابل وطريقة وضعه. ثم انقر فوق الزر "حساب" واحصل على النتيجة النهائية.
يمكن استخدام هذا الحساب لفقد الجهد في الخط بأمان في العمل، إذا كنت لا تأخذ في الاعتبار مقاومة خط الكابل في ظل ظروف معينة:
- عند تحديد عامل القدرة، يكون جيب تمام التمام phi مساويًا لواحد.
- خطوط الشبكة العاصمة.
- شبكة تكييفبتردد 50 هرتز، مصنوع من موصلات ذات مقاطع عرضية تصل إلى 25.0-95.0.
يجب استخدام النتائج التي تم الحصول عليها وفقًا لكل حالة على حدة، مع الأخذ في الاعتبار جميع أخطاء منتجات الكابلات والأسلاك.
تأكد من ملء كافة القيم!
حساب فقدان الطاقة في الكابل باستخدام صيغة المدرسة
يمكنك الحصول على البيانات اللازمة على النحو التالي، وذلك باستخدام مجموعة المؤشرات التالية للحسابات: ΔU = I * RL (فقد الجهد في الخط = الاستهلاك الحالي * مقاومة الكابل).
لماذا تحتاج إلى حساب فقدان الجهد في الكابل؟
يمكن أن يؤدي تبديد الطاقة المفرط في الكابل إلى فقدان كبير للطاقة، وتسخين مفرط للكابل وتلف العزل. وهذا يشكل خطرا على حياة الناس والحيوانات. مع طول الخط الكبير، سيؤثر ذلك على تكلفة الضوء، مما سيؤثر سلبا أيضا على الحالة المالية لمالك المبنى.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتسبب فقدان الجهد غير المنضبط في الكابل في فشل العديد من الأجهزة الكهربائية، فضلاً عن تدميرها بالكامل. في كثير من الأحيان، يستخدم السكان مقاطع كبلات أصغر من اللازم (من أجل توفير المال)، وهو ما يسبب ذلك قريبًا ماس كهربائى. والتكاليف المستقبلية لاستبدال أو إصلاح الأسلاك الكهربائية لا تغطي محافظ المستخدمين "المقتصدين". ولهذا السبب من المهم جدًا اختيار المقطع العرضي الصحيح للكابلات للأسلاك التي يتم مدها. يجب أن يبدأ أي تركيب كهربائي في مبنى سكني فقط بعد إجراء حساب شامل لفقد الكابلات. ومن المهم أن نتذكر أن الكهرباء لا تعطي فرصة ثانية، وبالتالي يجب أن يتم كل شيء بشكل صحيح وفعال منذ البداية.
طرق تقليل فقد الطاقة في الكابلات
يمكن تقليل الخسائر بعدة طرق:
o زيادة مساحة المقطع العرضي للكابل؛
o تقليل طول المادة؛
س تخفيض الحمل.
غالبًا ما تكون النقطتان الأخيرتان أكثر صعوبة، وبالتالي يتعين عليك القيام بذلك عن طريق زيادة مساحة المقطع العرضي لنواة الكابل الكهربائي. وهذا سوف يساعد على تقليل المقاومة. هذا الخيار له عدة جوانب مكلفة. أولا، تكلفة استخدام هذه المواد لأنظمة متعددة الكيلومترات كبيرة جدا، وبالتالي فمن الضروري اختيار كابل المقطع العرضي الصحيح من أجل تقليل عتبة فقدان الطاقة في الكابل.
خطوط الكهرباء تحمل التيار من المفاتيح الكهربائيةإلى المستهلك النهائي عبر الموصلات الحاملة للتيار بأطوال مختلفة. لن يكون الجهد هو نفسه عند نقاط الدخول والخروج بسبب الضياعات الناتجة عن الطول الكبير للموصل.
انخفاض الجهد على طول الكابليحدث بسبب مرور تيار عالي مما يسبب زيادة في مقاومة الموصل.
على الخطوط ذات الطول الكبير، ستكون الخسائر أعلى مما يحدث عندما يمر التيار عبر الموصلات القصيرة من نفس المقطع العرضي. للتأكد من أن الجهد المطلوب يتم توفيره للكائن النهائي، من الضروري حساب تركيب الخطوط مع الأخذ في الاعتبار الخسائر في الكابل الذي يحمل التيار، بدءا من طول الموصل.
نتيجة انخفاض الجهد
وفقًا للوثائق التنظيمية، يجب ألا تزيد الخسائر على الخط من المحول إلى أبعد منطقة محملة بالطاقة للمرافق السكنية والعامة عن تسعة بالمائة.
يُسمح بخسارة 5٪ للمدخل الرئيسي، و 4٪ - من المدخلات إلى المستهلك النهائي. بالنسبة للأنظمة ثلاثية الطور أو ثلاثية أو رباعية الأسلاك، يجب أن يكون المعدل 400 فولت ± 10% في ظل ظروف التشغيل العادية.
يمكن أن يكون لانحراف المعلمة عن القيمة الطبيعية العواقب التالية:
- التشغيل غير الصحيح للمنشآت والمعدات وأجهزة الإضاءة المتطايرة.
- فشل الأجهزة الكهربائية في العمل عند انخفاض جهد الدخل، وتعطل المعدات.
- انخفاض تسارع عزم دوران المحركات الكهربائية عند بدء التشغيل الحالي، مع مراعاة فقدان الطاقة، وإيقاف تشغيل المحركات عند ارتفاع درجة حرارتها.
- التوزيع غير المتساوي للحمل الحالي بين المستهلكين في بداية الخط وعند الطرف البعيد لسلك طويل.
- تعمل أجهزة الإضاءة بنصف الحرارة، مما يؤدي إلى عدم الاستفادة من الطاقة الحالية في الشبكة وفقدان الكهرباء.
في وضع التشغيل المؤشر الأكثر قبولا فقدان الجهد في الكابلتعتبر 5%. هذه هي القيمة المحسوبة المثالية التي يمكن قبولها على أنها مقبولة لشبكات الطاقة، حيث أنه في صناعة الطاقة يتم نقل تيارات الطاقة الهائلة عبر مسافات طويلة.
يتم وضع متطلبات متزايدة على خصائص خطوط الكهرباء. من المهم إيلاء اهتمام خاص لفقد الجهد ليس فقط على الشبكات الرئيسية، ولكن أيضًا على الخطوط الثانوية.
أسباب انخفاض الجهد
يعرف كل ميكانيكي كهروميكانيكي أن الكابل يتكون من موصلات - في الممارسة العملية، يتم استخدام الموصلات ذات النوى النحاسية أو الألومنيوم المغلفة بمادة عازلة. يتم وضع السلك في غلاف بوليمر مغلق - غلاف عازل.
نظرًا لوجود الموصلات المعدنية بإحكام شديد في الكابل ويتم ضغطها بالإضافة إلى ذلك بواسطة طبقات من العزل، عندما يكون خط الطاقة طويلًا، تبدأ النوى المعدنية في العمل وفقًا لمبدأ المكثف، مما يؤدي إلى إنشاء شحنة ذات مقاومة سعوية.
يحدث انخفاض الجهد وفقًا للمخطط التالي:
- يسخن الموصل الذي يمر من خلاله التيار ويخلق السعةكجزء من المفاعلة.
- تحت تأثير التحولات التي تحدث على ملفات المحولات والمفاعلات وعناصر الدائرة الأخرى، تصبح القدرة الكهربائية حثية.
- نتيجة ل مقاومة مقاومةيتم تحويل الموصلات المعدنية إلى مقاومة نشطة لكل مرحلة من مراحل الدائرة الكهربائية.
- الكابل متصل به الحمل الحاليمع المقاومة الكلية (المعقدة) لكل نواة حاملة للتيار.
- عند استخدام الكابل دائرة ثلاثية الطورستكون خطوط التيار الثلاثة في المراحل الثلاث متناظرة، وسيحمل الموصل المحايد تيارًا قريبًا من الصفر.
- تؤدي المقاومة المعقدة للموصلات إلى فقدان الجهد في الكابلعندما يمر التيار بانحراف متجه بسبب المكون التفاعلي.
بيانياً، يمكن تمثيل مخطط انخفاض الجهد على النحو التالي: ينبثق خط أفقي مستقيم من نقطة واحدة - المتجه الحالي. من نفس النقطة، يخرج متجه جهد الدخل U1 ومتجه جهد الخرج U2 بزاوية مع التيار بزاوية أصغر. ثم انخفاض الجهد على طول الخط يساوي الفرق الهندسي بين المتجهين U1 و U2.
الشكل 1. التمثيل الرسومي لانخفاض الجهد
في الشكل الموضح، يمثل المثلث الأيمن ABC انخفاض الجهد وفقده على طول خط كابل طويل. القطعة AB - الوتر المثلث الأيمنوفي نفس الوقت الهبوط، الأرجل AC و BC تظهر انخفاض الجهد مع الأخذ في الاعتبار النشاط والمفاعلة، والجزء AD يوضح مقدار الخسائر.
من الصعب جدًا إجراء مثل هذه الحسابات يدويًا. يعمل الرسم البياني على تمثيل العمليات التي تحدث في دائرة كهربائية لمسافات طويلة بشكل مرئي عندما يمر تيار حمل معين.
الحساب باستخدام الصيغة
في الممارسة العملية، عند تركيب خطوط الكهرباء من نوع الجذع وتوزيع الكابلات على المستهلك النهائي مع مزيد من التوزيع في الموقع، يتم استخدام كابل النحاس أو الألومنيوم.
المقاومة للموصلات ثابتة، للنحاس p = 0.0175 أوم*mm2/m، لموصلات الألومنيوم p = 0.028 أوم*mm2/m.
بمعرفة المقاومة والتيار، من السهل حساب الجهد باستخدام الصيغة U = RI والصيغة R = p*l/S، حيث يتم استخدام القيم التالية:
- مقاومة الأسلاك - ص.
- طول الكابل الذي يحمل التيار هو l.
- منطقة المقطع العرضي للموصل - S.
- تحميل التيار بالأمبير - I.
- مقاومة الموصل - ر.
- الجهد في الدائرة الكهربائية هو U.
باستخدام صيغ بسيطة على مثال بسيط: من المخطط تركيب عدة مآخذ في ملحق منفصل لمنزل خاص. للتركيب، تم اختيار موصل نحاسي ذو مقطع عرضي 1.5 متر مربع. مم، على الرغم من أن جوهر الحسابات لا يتغير بالنسبة لكابل الألومنيوم.
نظرًا لأن التيار يمر ذهابًا وإيابًا عبر الأسلاك، عليك أن تأخذ في الاعتبار أنه يجب مضاعفة مسافة طول الكابل. ولو افترضنا أنه سيتم تركيب المقابس على بعد أربعين مترا من المنزل، و القوة القصوىالأجهزة هي 4 كيلو واط بتيار 16 أمبير ، ومن ثم باستخدام الصيغة يسهل حساب خسائر الجهد:
ش = 0.0175*40*2/1.5*16
إذا قارنا القيمة التي تم الحصول عليها مع القيمة الاسمية لخط أحادي الطور 220 فولت 50 هرتز، يتبين أن فقدان الجهد كان: 220-14.93 = 205.07 فولت.
مثل هذه الخسائر البالغة 14.93 فولت تمثل عمليًا 6.8٪ من جهد الدخل (الاسمي) في الشبكة. قيمة غير مقبولة لمجموعة الطاقة من المقابس وتركيبات الإضاءة، ستكون الخسائر ملحوظة: ستمرر المقابس تيارًا بقدرة جزئية، و تركيبات الإضاءة- العمل بحرارة أقل.
ستكون القدرة لتسخين الموصل P = UI = 14.93*16 = 238.9 واط. هذه هي النسبة المئوية للفقد نظريًا دون مراعاة انخفاض الجهد عند نقاط توصيل الأسلاك وملامسات مجموعة المقابس.
إجراء الحسابات المعقدة
للحصول على حساب أكثر تفصيلاً وموثوقية لفقد الجهد على الخط، من الضروري مراعاة المقاومة التفاعلية والنشطة، والتي تشكل معًا مقاومة معقدة، والقوة.
لإجراء العمليات الحسابية انخفاض جهد الكابلاستخدم الصيغة:
∆U = (P*r0+Q*x0)*L/ U nom
تحتوي هذه الصيغة على القيم التالية:
- ف، س - نشط، قوة رد الفعل.
- r0، x0 - نشط، مفاعلة.
- U nom - الجهد المقنن.
لضمان الحمل الأمثل على خطوط النقل ثلاثية الطور، من الضروري تحميلها بالتساوي. للقيام بذلك، يُنصح بتوصيل محركات الطاقة الكهربائية بالأسلاك الخطية، والطاقة بأجهزة الإضاءة - بين المراحل والخط المحايد.
هناك ثلاثة خيارات اتصال التحميل:
- من اللوحة الكهربائية إلى نهاية الخط؛
- من اللوحة الكهربائية مع توزيع موحد على طول الكابل؛
- من اللوحة الكهربائية إلى خطين مدمجين مع توزيع حمل موحد.
مثال على حساب خسائر الجهد: يبلغ إجمالي استهلاك الطاقة لجميع التركيبات المتطايرة في المنزل أو الشقة 3.5 كيلو واط - وهو متوسط القيمة لعدد صغير من الأجهزة الكهربائية القوية. إذا كانت جميع الأحمال نشطة (جميع الأجهزة متصلة بالشبكة)، cosφ = 1 (الزاوية بين ناقل التيار ومتجه الجهد). باستخدام الصيغة I = P/(Ucosφ)، نحصل على القوة الحالية I = 3.5*1000/220 = 15.9 A.
مزيد من الحسابات: إذا كنت تستخدم كابل النحاسالمقطع العرضي 1.5 متر مربع مم، المقاومة 0.0175 أوم*مم2، ويبلغ طول الكابل ثنائي النواة للأسلاك 30 مترًا.
وفقا للصيغة، فإن فقدان الجهد هو:
∆U = I*R/U*100%، حيث التيار 15.9 أمبير، والمقاومة 2 (سلكين)*0.0175*30/1.5 = 0.7 أوم. ثم ∆U = 15.9*0.7/220*100% = 5.06%.
القيمة التي تم الحصول عليها تتجاوز قليلا القيمة الموصى بها الوثائق التنظيميةانخفاض خمسة في المئة. من حيث المبدأ، يمكنك ترك الرسم التخطيطي لمثل هذا الاتصال، ولكن إذا تأثرت القيم الرئيسية للصيغة بعامل غير محسوب، فإن الخسائر سوف تتجاوز القيمة المسموح بها.
ماذا يعني هذا بالنسبة للمستهلك النهائي؟ دفع قيمة الكهرباء المستخدمة الموردة إلى لوحة التوزيع بكامل طاقتها عند الاستهلاك الفعلي للكهرباء ذات الجهد المنخفض.
باستخدام الجداول الجاهزة
كيف يمكن للحرفي المنزلي أو المتخصص تبسيط نظام الحساب عند تحديد خسائر الجهد على طول الكابل؟ يمكنك استخدام الجداول الخاصة الواردة في الأدبيات المتخصصة للغاية لمهندسي خطوط الطاقة.
يتم حساب الجداول بناءً على معلمتين رئيسيتين - طول الكابل 1000 متر والقيمة الحالية 1 أمبير.
على سبيل المثال، يتم تقديم جدول يحتوي على حسابات جاهزة لدوائر الطاقة الكهربائية والإضاءة أحادية الطور وثلاثية الطور المصنوعة من النحاس والألومنيوم ذات المقاطع العرضية المختلفة من 1.5 إلى 70 مترًا مربعًا. ملم عند إمداد المحرك الكهربائي بالطاقة.
| الجدول 1. تحديد فقدان الجهد على طول الكابل | مساحة المقطع، مم 2 | خط مرحلة واحدة | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| خط ثلاث مراحل | تَغذِيَة | خط ثلاث مراحل | تَغذِيَة | ||||
| إضاءة | وضع | إضاءة | وضع | ||||
| يبدأ | نحاس | الألومنيوم | جيب تمام زاوية الطور = 0.8 | جيب تمام زاوية الطور = 0.35 | الألومنيوم | جيب تمام زاوية الطور = 0.8 | جيب تمام زاوية الطور = 0.35 |
| 1,5 | 24,0 | 10,6 | 30,0 | 20,0 | 9,4 | 25,0 | |
| 2,5 | 14,4 | 6,4 | 18,0 | 12,0 | 5,7 | 15,0 | |
| 4,0 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8,0 | 3,6 | 9,5 | |
| 6,0 | 10,0 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
| 10,0 | 16,0 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
| 16,0 | 25,0 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1,0 | 2,4 |
| 25,0 | 35,0 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
| 35,0 | 50,0 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1,0 | 0,52 | 1,1 |
| 50,0 | 70,0 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
جيب تمام زاوية الطور = 1
تم تصميم المحرك للطاقة العالية، لذلك من المنطقي استخدام سلك ذو مقطع عرضي يبلغ 35 مترًا مربعًا للاتصال. مم، ل دائرة ثلاثية الطورفي التشغيل العادي للمحرك، يكون فقدان الجهد 1 فولت عبر سلك طوله 1 كم. إذا كان طول السلك أقصر (على سبيل المثال، 50 مترًا)، وكان التيار 100 أمبير، فإن فقدان الجهد سيصل إلى:
∆U = 1 فولت*0.05 كم*100 أمبير = 5 فولت
الخسائر في لوحة المفاتيح عند بدء تشغيل المحرك هي 10 فولت. إجمالي الانخفاض هو 5 + 10 = 15 فولت، والتي كنسبة مئوية من القيمة الاسمية هي 100 * 15 * / 400 = 3.75٪. ولا يتجاوز العدد الناتج القيمة المسموح بها، وبالتالي فإن تركيب خط الكهرباء هذا أمر واقعي تماما.
في وقت بدء تشغيل المحرك يجب أن يكون التيار 500 أمبير، وأثناء وضع التشغيل - 100 أمبير، يكون الفرق 400 أمبير، مما يزيد من التيار في لوحة التوزيع. 1000 + 400 = 1400 أ. يشير الجدول 1 إلى أنه عند بدء تشغيل المحرك، تكون الخسائر على طول كابل بطول 1 كم تساوي 0.52 فولت، إذن
∆U عند بدء التشغيل = 0.52*0.05*500 = 13 فولت
∆درع U = 10*1400/100 = 14 فولت
∆U الإجمالي = 13+14 = 27 فولت، كنسبة ∆U = 27/400*100 = 6.75% - القيمة المسموح بها، لا تتجاوز القيمة القصوى 8%. مع الأخذ في الاعتبار جميع المعلمات، فإن تركيب خط الكهرباء مقبول.
استخدام حاسبة الخدمة
الحسابات والجداول والرسوم البيانية والرسوم البيانية - أدوات دقيقة لحساب انخفاض الجهد على طول الكابل. يمكنك جعل عملك أسهل إذا قمت بإجراء العمليات الحسابية باستخدام الآلة الحاسبة عبر الإنترنت.المزايا واضحة، لكن الأمر يستحق التحقق من البيانات الموجودة على العديد من الموارد والبدء من متوسط القيمة التي تم الحصول عليها.
كيف يعمل هذا:
- تم تصميم الآلة الحاسبة عبر الإنترنت لإجراء العمليات الحسابية بسرعة بناءً على البيانات الأولية.
- تحتاج إلى إدخال الكميات التالية في الآلة الحاسبة - التيار (بالتناوب، المباشر)، الموصل (النحاس، الألومنيوم)، طول الخط، المقطع العرضي للكابل.
- تأكد من إدخال المعلمات الخاصة بعدد المراحل والطاقة وجهد الشبكة وعامل الطاقة ودرجة حرارة تشغيل الخط.
- بعد إدخال البيانات الأولية، يقوم البرنامج بتحديد انخفاض الجهد على طول خط الكابل بأقصى قدر من الدقة.
- يمكن الحصول على نتيجة غير موثوقة إذا تم إدخال القيم الأولية بشكل غير صحيح.
يمكنك استخدام مثل هذا النظام لإجراء حسابات أولية، حيث أن حاسبات الخدمة على الموارد المختلفة لا تظهر دائمًا نفس النتيجة: تعتمد النتيجة على التنفيذ الكفء للبرنامج، مع مراعاة العديد من العوامل.
ومع ذلك، يمكنك إجراء العمليات الحسابية على ثلاث آلات حاسبة، وأخذ القيمة المتوسطة والبناء عليها في مرحلة التصميم الأولية.
كيفية خفض الخسائر
من الواضح أنه كلما زاد طول الكابل على الخط، زادت مقاومة الموصل عند مرور التيار، وبالتالي زاد فقدان الجهد.
هناك عدة طرق لتقليل نسبة الخسائر التي يمكن استخدامها بشكل مستقل أو مجتمعة:
- استخدم كبلًا بمقطع عرضي أكبر، وقم بإجراء العمليات الحسابية المتعلقة بموصل مختلف. يمكن الحصول على زيادة في مساحة المقطع العرضي للموصلات الحاملة للتيار عن طريق توصيل سلكين بالتوازي. ستزداد المساحة الإجمالية للمقطع العرضي، وسيتم توزيع الحمل بالتساوي، وسيكون فقدان الجهد أقل.
- تقليل طول العمل للموصل. هذه الطريقة فعالة، لكن لا يمكن استخدامها دائمًا. يمكن تقليل طول الكابل إذا كان هناك طول موصل احتياطي. في مؤسسات التكنولوجيا الفائقة، من الواقعي للغاية النظر في خيار إعادة مد الكابل إذا كانت تكاليف العملية كثيفة العمالة أقل بكثير من تكاليف تركيب خط جديد مع مقطع عرضي كبير من النوى.
- تقليل الطاقة الحالية المنقولة عبر الكابلات الطويلة. للقيام بذلك، يمكنك فصل العديد من المستهلكين عن الخط وتوصيلهم عبر دائرة تجاوز. تنطبق هذه الطريقة على الشبكات المتفرعة بشكل جيد والتي تحتوي على طرق سريعة احتياطية. كلما انخفضت الطاقة المنقولة عبر الكابل، قل تسخين الموصل، وتقليل المقاومة وفقدان الجهد.
انتباه! عندما يتم تشغيل الكابل في درجات حرارة مرتفعة، يسخن الموصل ويزداد انخفاض الجهد. يمكن تقليل الخسائر باستخدام عزل حراري إضافي أو مد الكابل على طول طريق آخر، حيث تكون درجة الحرارة أقل بكثير.
يعد حساب خسائر الجهد أحد المهام الرئيسية لصناعة الطاقة. إذا كان انخفاض الجهد على الخط وفقدان الطاقة بالنسبة للمستهلك النهائي غير ملحوظ تقريبًا، فهو أمر مثير للإعجاب بالنسبة للمؤسسات الكبيرة والمنظمات المشاركة في توفير الكهرباء للمرافق. يمكن تقليل انخفاض الجهد إذا تم إجراء جميع الحسابات بشكل صحيح.
أثناء نقل الكهرباء عبر الأسلاك إلى أجهزة الاستقبال الكهربائية، يتم صرف جزء صغير منها على مقاومة الأسلاك نفسها، أي: لتسخينهم. كلما زاد التيار المتدفق وزادت مقاومة السلك، زاد فقدان الجهد عليه. ويعتمد حجم التيار على الحمل المتصل، وتزداد مقاومة السلك كلما زاد طوله. منطقي؟ لذلك، عليك أن تفهم أن الأسلاك الطويلة قد لا تكون مناسبة لتوصيل أي حمل، والذي بدوره سيعمل بشكل جيد مع الأسلاك القصيرة من نفس المقطع العرضي.
من الناحية المثالية، ستعمل جميع الأجهزة الكهربائية بشكل طبيعي إذا تم تزويدها بالجهد الذي صممت من أجله. إذا لم يتم حساب السلك بشكل صحيح، وهناك خسائر كبيرة فيه، فسيكون هناك جهد أقل من القيمة عند مدخلات المعدات الكهربائية. يعد هذا أمرًا مهمًا جدًا عند استخدام طاقة التيار المستمر، نظرًا لأن الجهد هنا منخفض جدًا، على سبيل المثال 12 فولت، وستكون خسارة 1-2 فولت كبيرة.
ما هو خطر فقدان الجهد في الأسلاك الكهربائية؟
- فشل الأجهزة الكهربائية في العمل عند جهد دخل منخفض جدًا.
عند اختيار الكابل، تحتاج إلى إيجاد حل وسط. يجب تحديده بحيث تتوافق مقاومة السلك بالطول المطلوب مع تيار معين وإلغاء التكاليف المالية غير الضرورية. بالطبع، يمكنك شراء كابل ذو مقطع عرضي ضخم وعدم مراعاة فقدان الجهد فيه، ولكن بعد ذلك سيتعين عليك دفع مبالغ زائدة مقابل ذلك. ومن يريد أن يضيع أمواله؟ دعونا نتعرف أدناه على كيفية مراعاة خسائر الجهد في الكابل عند اختياره.
لتجنب فقدان الطاقة، نحتاج إلى تقليل مقاومة السلك. نحن نعلم أنه كلما زاد حجم المقطع العرضي للكابل، قلت مقاومته. لذلك، يتم حل هذه المشكلة في الخطوط الطويلة عن طريق زيادة المقطع العرضي لنوى الكابلات.
دعونا نتذكر الفيزياء وننتقل إلى الصيغ والحسابات الصغيرة.
يمكننا معرفة جهد السلك باستخدام الصيغة التالية، بمعرفة مقاومته (R، أوم) وتيار الحمل (I، A).
يتم حساب مقاومة السلك على النحو التالي:
ص=رل/س، أين
ع - المقاومة النوعية للسلك، أوم*مم 2 /م؛
ل - طول السلك، م؛
S - مساحة المقطع العرضي للسلك مم 2.
المقاومة المحددة هي قيمة ثابتة. بالنسبة للنحاس فهو كذلك ص=0.0175 أوم*مم 2 /م، وللألمنيوم ع=0.028 أوم*مم 2 /م. لا نحتاج إلى قيم معادن أخرى، إذ لدينا فقط أسلاك ذات موصلات من النحاس أو الألومنيوم.
سأقدم مثالا صغيرا لحساب الأسلاك النحاسية. ل سلك الألمنيومسيكون جوهر الحساب مشابهًا.
على سبيل المثال، أردنا تركيب مجموعة من المقابس في المرآب وقررنا مد كابل نحاسي من المنزل هناك بطول 50 مترًا بمقطع عرضي 1.5 مم2. هناك سنقوم بتوصيل حمولة قدرها 3.3 كيلو واط (I=15 A).
يرجى ملاحظة أن التيار "يمر" عبر كابل ثنائي النواة ذهابًا وإيابًا، وبالتالي فإن المسافة التي "يقطعها" ستكون ضعف طول الكابل (50*2=100 متر).
فقدان الجهد في هذا الخط سيكون:
U=(Рl)/s*I=0.0175*100/1.5*15=17.5 فولت
وهو ما يقرب من 9٪ من قيمة الجهد الاسمي (المدخل).
وهذا يعني أن الجهد في المقابس سيكون بالفعل: 220-17.5 = 202.5 فولت. وهذا لن يكون كافياً للتشغيل العادي للمعدات الكهربائية. أيضًا، قد يحترق الضوء بشكل خافت (نصف متوهج).
سيتم تخصيص الطاقة P=UI=17.5*15=262.5 واط لتسخين السلك.
لاحظ أيضًا أن الفقد عند نقاط التوصيل (الالتواءات) وفي قابس الجهاز الكهربائي وفي ملامسات المقبس لا يتم أخذه في الاعتبار هنا. لهذا السبب خسائر حقيقيةستكون الفولتية أكبر من القيم التي تم الحصول عليها.
دعونا نكرر هذا الحساب، ولكن بالنسبة لسلك ذو مقطع عرضي 2.5 مم 2.
U=(Рl)/s*I=0.0175*100/2.5*15=10.5 فولت أو 4.7%.
الآن دعونا نكرر هذا الحساب، ولكن بالنسبة لسلك ذو مقطع عرضي 4 مم 2.
U=(Рl)/s*I=0.0175*100/4*15=6.5 فولت أو 2.9%.
وفقًا لـ PUE، يجب ألا تزيد انحرافات الجهد في الخط عن 5٪.
لذلك، في حالتنا، تحتاج إلى اختيار كابل بمقطع عرضي 2.5 مم 2 لحمل بقوة 3.3 كيلو واط (15 أمبير)، وليس 1.5 مم 2.
بالنسبة للتيار المباشر، لا يمكن استخدام هذه المقاطع بالأطوال المحددة. افترض أنك بحاجة إلى تشغيل جهاز كهربائي بتيار 15 أمبير من مصدر تيار مستمر بقوة 12 فولت (على سبيل المثال، من بطارية أو محول تنحي). يستخدم كابل بمقطع عرضي 2.5 مم2 وطول 50 م.
ستكون الخسائر هنا 10.5 فولت. وهذا يعني أنه عند إدخال الجهاز الكهربائي سيكون هناك جهد 12-10.5 = 1.5 فولت. هذا هراء ولن ينجح شيء. حتى الكابل ذو المقطع العرضي 25 مم 2 لن ينقذ. لا يوجد سوى مخرج واحد - تحتاج إلى نقل مصدر الطاقة بالقرب من المستهلك.
إذا كان منفذك بعيدًا جدًا عن اللوحة، فتأكد من حساب فقدان الجهد في هذا الخط.
لا تنسى أن تبتسم:
اتصل بزوجي في رحلة عمل:
- عزيزي لماذا لا يوجد ماء في الصنبور؟
- كما ترون، نحن نعيش في الطابق 22 والضغط الذي تخلقه المضخة قد لا يكون كافيا...
- عزيزتي لماذا لا يوجد بنزين؟
- كما ترون، إنه فصل الشتاء الآن والضغط في خط أنابيب الغاز الرئيسي أقل إلى حد ما بسبب الكثير من التحليلات...
- عزيزي، ولكن لماذا إذن لا توجد كهرباء؟!
- اذهب وادفع ثمن المرافق، أيها الأحمق!
تعد خسائر الجهد المسموح بها من الخصائص الإلزامية للخط العلوي (VL) أو خط الكابل (CL). دعونا نتخيل هذه الصورة: بعيدًا عن منطقة مأهولة بالسكان، قاموا بتطوير مقلع لاستخراج شيء ما، أوصت المؤشرات الفنية والاقتصادية لإمدادات الطاقة بخط هوائي بجهد 0.4 كيلو فولت. اكتمل المسار - ارتفعت درجة حرارة المحركات الكهربائية. سجلت القياسات الكهربائية جهدًا منخفضًا عند الإدخال.
لمنع حدوث مثل هذا الحادث، يتم تنفيذه للطرق الكهربائية الممتدة بشكل كبير حساب فقدان الجهد. كقاعدة عامة، يتم تنفيذ التركيبات الكهربائية للمسار بنفس القسم، ومن المهم جدًا أن يتم في نهايته فقدان الجهد المسموح به.
أين يحدث فقدان الفولت المفقود؟ تتمتع الأسلاك والكابلات بمقاومة نشطة واستقرائية، وبطبيعة الحال، كلما كانت أرق وأطول، زادت الخسائر. ولذلك، يتم إجراء الحسابات إلى حد كبير نسبيا.
دعونا نلقي نظرة على عدد قليل خيارات نموذجيةحساب الخسائر.
1. شبكة كهرباء ثلاثية الطور بحمل مركز في نهاية خط هوائي جهد 0.4 ك.ف.
على سبيل المثال، لنأخذ نفس المحجر مع حمل نشط محسوب، على سبيل المثال P = 20 كيلو واط (الشكل أ). يتم تحديد المقطع العرضي دون مراعاة الحث بالصيغة التالية: ق=100000ف ل/σΔU%U 2.
ق- المقطع العرضي للسلك، مم 2؛ P - قوة التصميم (لدينا P = 20 كيلو واط)؛
ل— طول السلك من محطة المحولات إلى المستهلك، م؛
σ - الموصلية النوعية، m/(أوم*مم 2)، للنحاس σ=57، للألمنيوم - 34.5؛
ΔU% - فقدان الجهد المسموح به كنسبة مئوية من الجهد الاسمي لشبكات الطاقة، ويجب ألا تتجاوز الخسائر 5%؛ U هو جهد الخط المقدر (لمحجرنا U = 380V).
نظرًا لأن VL-0.4 لا يزال من الألومنيوم، فإننا نقوم بإجراء حسابات لهذه المادة خسائر مقبولة. لنفترض أن طول VL-0.4 يبلغ 400 متر. ق=100000*20*400/34.5*5%*380 2 =32مم 2. اتضح أن الألومنيوم يجب أن يكون على الأقل 32 مم 2، مما يعني أننا نأخذ 35 مم 2 بترتيب تصاعدي.
2. شبكة كهرباء ثلاثية الطور مع حمولة موزعة على طولها.
قررت بعض الأجسام ذات P 1 = 5 كيلو واط على مسافة الاتصال بالهواء لدينا ل 1= 200 متر من TP (الشكل ب). 
سيتعين عليك الحساب باستخدام صيغة معدلة قليلاً:
ق=100000(ف1 ل 1+ف2 ل 2+…)/σΔU%U 2 ;
ق=100000(5*200+20*400)/34.5*5*380 2 =36 ملم 2.
لا يتوافق المقطع العرضي المصنوع من الألومنيوم الذي تم اختياره مسبقًا مع خسائر جهد الشبكة المسموح بها، فمن الضروري أن تأخذ 50 مم 2. أتمنى أن تفهم أن علامة الحذف في الصيغة تعني ربط المستهلكين الآخرين بأقسام أخرى من VL-0.4.
3. حساب شبكة كهربائية ثلاثية الطور مع مراعاة الحث.
هذا الخيار هو الأصعب. تحتاج أولاً إلى حساب النسبة المئوية للخسائر في المفاعلة الحثية لقطر 50 مم 2 المحدد: ΔUur%=100000س XL/ش 2; Q هي القدرة التفاعلية المقدرة للمستهلك، kVAr؛ س— المفاعلة الحثية للسلك، أوم/كم (الجدول 1)؛ ل- الطول كم.
تشير دائمًا بيانات التصميم أو جواز السفر الخاصة بالمعدات الكهربائية المثبتة إلى P وcos φ. لنفترض أن معداتنا الكهربائية cos φ=0.9. يمكن العثور على القوة الكاملة S=P/cos φ=20/0.9=22.2kVA.
س=S*الخطيئة φ. لمعرفة قيمة sin φ، عليك الرجوع إلى جدول Bradis. في دروس علم المثلثات، ربما تعرفت على هذا العمل الرائع. اسمحوا لي أن أذكركم قليلا. بالنسبة إلى cos φ=0.9، تكون الزاوية 25°. وفقا لبراديس، نجد خطيئة لهذه الزاوية - 0.42. استبدال القيمة في س=S*الخطيئة φنحصل على: Q=22.2*0.42=9kVAr.
إذا لم تكن على دراية بمثل هذا الكتاب المرجعي، فاستخدم "بنطال فيثاغورس" الشهير: مربع الوتر يساوي مجموع مربعات الأرجل - ق 2 = ف 2 + س 2. س=√¯(س 2 - ص 2).
الآن نجد ΔUur%=100000س XL/ش 2 ;
ΔUur%=100000*9*0.317*0.4/380 2 =0.79%. يرجى الملاحظة لتم قياسها بالفعل بالكيلومترات، سوجدت في الجدول. 1 للسلك الخط العلويالمقطع العرضي 50 مم 2.
الجدول 1
بعد ذلك، ننظر إلى ما إذا كان المقطع العرضي للسلك المأخوذ يتوافق مع فقدان الجهد المسموح به، مع الأخذ بعين الاعتبار الحث؟
تتغير الصيغة قليلاً مرة أخرى:
ق=100000ف ل/σ(ΔU%-ΔUp%)U 2 ;
ق=100000*20*400/34.5(5%-0.79%)380 2 =38 مللي متر 2.
الخط العلوي يتوافق مع الخسائر المسموح بها.
4. الفقد في الجهد المسموح به لشبكة الإنارة الكهربائية.
خسائر الجهد المسموح بها لإضاءة المؤسسات و المباني العامةيجب ألا تزيد عن 2.5% للمباني السكنية و إضاءة الشوارع- لا يزيد عن 5%. الحساب يبدو مثل هذا: ق=ف 1 ل 1+ف2 ل 2+…/cΔU%. تمت إضافة رمز جديد إلى الحسابات "مع". هذا معامل يعتمد على نظام الشبكة الكهربائية: بالنسبة للألمنيوم شبكة ثلاثية الطورمع سلك محايد ج = 46، لسلكين (الطور صفر) - 7.7. بدلاً من " ΔU%» استبدل قيمته (2.5% أو 5%)، ل
نحن نحسب بالمتر. إذا قمت بإجراء حسابات للفقد المسموح به من الهواء الذي يزود شارع قرية طويل، فسيتعين عليك العمل بالحساب لفترة طويلة: تخيل عدد المنازل التي تحتاج إلى المرور بها!