Pèrdues i caigudes de tensió: quines són les diferències

A la vida humana normal, les paraules "pèrdua" i "caiguda" s'utilitzen per indicar el fet d'una disminució de certs assoliments, però signifiquen un valor diferent.

En aquest cas, "pèrdues" significa pèrdua d'una peça, danys, reducció de la mida del nivell assolit anteriorment. Les pèrdues són indesitjables, però les podeu tolerar.

La paraula "caiguda" s'entén com un dany més greu associat a una privació total de drets. Així, fins i tot les pèrdues ocasionals (per exemple, una cartera) al llarg del temps poden provocar una disminució (per exemple, el nivell de vida material).

En aquest sentit, considerarem aquesta qüestió en relació a la tensió de la xarxa elèctrica.

Com es formen les pèrdues i les caigudes de tensió

L'electricitat es transporta a llargues distàncies per línies aèries d'una subestació a una altra.

Les línies aèries estan dissenyades per transmetre la potència permesa i estan fetes de cables metàl·lics d'un determinat material i secció. Creen una càrrega resistiva amb un valor de resistència de R i una càrrega reactiva de X.

Al costat receptor es troba transformadorconversió d'electricitat.Les seves bobines tenen una resistència inductiva activa i pronunciada XL. El costat secundari del transformador redueix la tensió i la transmet encara més als consumidors, la càrrega dels quals s'expressa pel valor de Z i és de naturalesa activa, capacitiva i inductiva. Això també afecta els paràmetres elèctrics de la xarxa.

La tensió aplicada als cables del suport de la línia aèria, més propera a la subestació de transmissió d'energia, supera la resistència reactiva i activa del circuit en cada fase i crea un corrent en ell, el vector del qual es desvia del vector de la tensió aplicada per un angle φ.

A la foto es mostra la naturalesa de la distribució de tensions i el flux de corrents al llarg de la línia per a un mode de càrrega simètrica.

Atès que cada fase de la línia alimenta un nombre diferent de consumidors que també es desconnecten o es connecten aleatòriament al treball, tècnicament és molt difícil equilibrar perfectament la càrrega de fase. Sempre hi ha un desequilibri, que es determina per l'addició vectorial dels corrents de fase i s'escriu com a 3I0. En la majoria dels càlculs, simplement s'ignora.

L'energia consumida per la subestació emissora es gasta en part en la superació de la resistència de la línia i arriba al costat receptor amb pocs canvis. Aquesta fracció es caracteritza per pèrdua i caiguda de tensió, el vector de la qual disminueix lleugerament en amplitud i es desplaça un angle en cada fase.

Com es calculen les pèrdues i la caiguda de tensió

Per entendre els processos que tenen lloc durant la transmissió d'electricitat, la forma vectorial és convenient per representar les característiques principals. Diversos mètodes de càlcul matemàtic també es basen en aquest mètode.

Per simplificar els càlculs a sistema trifàsic està representat per tres circuits equivalents monofàsics. Aquest mètode funciona bé amb una càrrega simètrica i permet analitzar els processos quan es trenca.

En els diagrames anteriors, la R activa i la reactància X de cada conductor de la línia estan connectades en sèrie amb la resistència de càrrega complexa Zn caracteritzada per l'angle φ.

A més, es realitza el càlcul de la pèrdua de tensió i la caiguda de tensió en una fase. Per fer-ho, cal especificar les dades. Per a això, es selecciona una subestació que rep energia, on ja s'ha de determinar la càrrega admissible.

El valor de tensió de qualsevol sistema d'alta tensió ja s'indica als llibres de referència i les resistències dels cables es determinen per la seva longitud, secció transversal, material i configuració de la xarxa. El corrent màxim del circuit està establert i limitat per les propietats dels cables.

Per tant, per començar els càlculs, tenim: U2, R, X, Z, I, φ.

Agafem una fase, per exemple, «A» i separem per a ella en el pla complex els vectors U2 i I, desplaçats per un angle φ, com es mostra a la figura 1. La diferència de potencial en la resistència activa del conductor coincideix en la direcció. amb el corrent i la magnitud es determina a partir de l'expressió I ∙ R. Posposem aquest vector des del final de U2 (Fig. 2).

La diferència de potencial en la reactància del conductor difereix de la direcció del corrent en un angle φ1 i es calcula a partir del producte I ∙ X. La posposem a partir del vector I ∙ R (Fig. 3).

Recordatoris: per al sentit positiu de gir dels vectors en el pla complex, es fa el moviment en sentit contrari a les agulles del rellotge. El corrent que circula a través de la càrrega inductiva retarda la tensió aplicada en un angle.

La figura 4 mostra el traçat dels vectors de diferència de potencial sobre la resistència total del cable I ∙ Z i la tensió a l'entrada del circuit U1.

Ara podeu comparar els vectors d'entrada amb el circuit equivalent i a través de la càrrega. Per fer-ho, poseu el diagrama resultant horitzontalment (Fig. 5) i dibuixeu un arc des del principi amb el radi del mòdul U1 fins que es talli amb la direcció del vector U2 (Fig. 6).

La figura 7 mostra una ampliació del triangle per a una major claredat i el dibuix de línies auxiliars, indicant els punts característics d'intersecció amb lletres.

A la part inferior de la imatge es mostra que el vector resultant ac s'anomena caiguda de tensió i ab s'anomena pèrdua. Es diferencien en mida i direcció. Si tornem a l'escala original, veurem que ac s'obté com a resultat de la resta geomètrica de vectors (U2 de U1), i ab és aritmètica. Aquest procés es mostra a la imatge següent (Fig. 8).

Derivació de fórmules per al càlcul de pèrdues de tensió

Ara tornem a la figura 7 i observem que el segment bd és molt petit. Per aquest motiu, es descuida en els càlculs i la pèrdua de tensió es calcula a partir de la longitud del segment ad. Consta de dos segments de línia ae i ed.

Com que ae = I ∙ R ∙ cosφ i ed = I ∙ x ∙ sinφ, llavors la pèrdua de tensió per a una fase es pot calcular mitjançant la fórmula:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Si suposem que la càrrega és simètrica en totes les fases (descuidant condicionalment 3I0), podem utilitzar mètodes matemàtics per calcular la pèrdua de tensió a la línia.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Si el costat dret d'aquesta fórmula es multiplica i es divideix per la tensió de xarxa Un, obtenim una fórmula que ens permet realitzar pCàlcul de pèrdues de tensió a través de la font d'alimentació.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Els valors de la potència activa P i Q reactiva es poden extreure de les lectures del comptador de línia.

Així, la pèrdua de tensió en un circuit elèctric depèn de:

• actiu i reactància del circuit;

• components de la potència aplicada;

• la magnitud de la tensió aplicada.

Derivació de fórmules per calcular la component transversal de la caiguda de tensió

Tornem a la figura 7. El valor del vector ac es pot representar per la hipotenusa d'un triangle rectangle acd. Ja hem calculat el peu de l'anunci. Determinem la component transversal cd.

La figura mostra que cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Utilitzant els models obtinguts, realitzem petites transformacions matemàtiques i obtenim la component transversal de la caiguda de tensió.

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

Determinació de la fórmula per calcular la tensió U1 a l'inici de la línia elèctrica

Coneixent el valor de la tensió al final de la línia U2, la pèrdua ∆Ul i la component transversal de la gota δU, podem calcular el valor del vector U1 mitjançant el teorema de Pitàgores. En forma ampliada, té la forma següent.

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

Ús pràctic

El càlcul de les pèrdues de tensió el realitzen els enginyers en l'etapa de creació d'un projecte de circuit elèctric per a la selecció òptima de la configuració de la xarxa i els seus elements constitutius.

Durant el funcionament de les instal·lacions elèctriques, si és necessari, es poden realitzar periòdicament mesures simultànies dels vectors de tensió als extrems de les línies i es poden comparar els resultats obtinguts pel mètode de càlculs senzills Aquest mètode és adequat per a dispositius que han augmentat. requisits a causa de la necessitat d'una alta precisió de treball.

Pèrdues de tensió en circuits secundaris

Un exemple són els circuits secundaris dels transformadors de tensió de mesura, que de vegades arriben a diversos centenars de metres de longitud i es transmeten per un cable d'alimentació especial amb una secció transversal augmentada.

Les característiques elèctriques d'aquest cable estan subjectes a majors requisits per a la qualitat de la transmissió de tensió.

La protecció moderna dels equips elèctrics requereix el funcionament de sistemes de mesura amb alts indicadors metrològics i una classe de precisió de 0,5 o fins i tot 0,2. Per tant, cal vigilar i tenir en compte les pèrdues de tensió que se'ls aplica. En cas contrari, l'error introduït per ells en el funcionament de l'equip pot afectar significativament totes les característiques operatives.

Pèrdues de tensió en línies de cable llargues

La característica del disseny del cable llarg és que té una resistència capacitiva a causa de la disposició força propera dels nuclis conductors i una fina capa d'aïllament entre ells. Desvia encara més el vector actual que passa pel cable i canvia la seva magnitud.

L'efecte de la caiguda de tensió sobre la resistència capacitiva s'ha de tenir en compte en el càlcul per canviar el valor de I ∙ z. En cas contrari, la tecnologia descrita anteriorment no canvia.

L'article ofereix exemples de pèrdues i caigudes de tensió en línies i cables elèctrics aèries. No obstant això, es troben en tots els consumidors d'electricitat, inclosos motors elèctrics, transformadors, inductors, bancs de condensadors i altres dispositius.

La quantitat de pèrdues de tensió per a cada tipus d'equip elèctric està regulada legalment pel que fa a les condicions de funcionament, i el principi de la seva determinació en tots els circuits elèctrics és el mateix.