Как найти падение напряжения внутри источника тока. Определение падения напряжения - руководство по устройству электроустановок

Страница 38 из 77

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

Cечение в мм2		Однофазная цепь			Сблансированная трехфазная цепь
		Питание двигателя		Освещение	Питание двигателя		Освещение
		Обычный раб. режим			Обычный раб. режим

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%.

2012-01-01 Государственный экзамен по специальности «электроснабжение»

Билет №11

Задача :

Вычислить токи срабатывания и зоны действия токовых отсечек без выдержки времени линий 110 кВ с односторонним питанием. Зону действия токовых отсечек определить графо-аналитическим и аналитическим методом.

	Длина линий, км		Удельное сопротивление, Ом/км	Ток КЗ в т. К1, кА

Вопросы:

Состав собственных нужд гидроэлектростанций.

Чем отличаются потери от падения напряжения и как их определяют?

Влияние компенсации реактивной мощности на устойчивость узла нагрузки.

Билет №11

1.Состав собственных нужд гидроэлектростанций.

Механизмы с. н. ГЭС по назначению делятся на агрегатные и общестанционные.

Агрегатные механизмы с. н. обеспечивают пуск, остановку и нормальную работу гидроагрегатов и связанных с ними при блоч­ных схемах повышающих силовых трансформаторов. К ним отно­сятся: масляные насосы системы регулирования гидротурбины; компрессоры маслонапорных установок, насосы и вентиляторы охлаждения силовых трансформаторов; масляные или водяные насосы системы смазки агрегата; насосы непосредственного водя­ного охлаждения генераторов; компрессоры торможения агрегата; насосы откачки воды с крышки турбины; вспомогательные устрой­ства системы ионного независимого возбуждения генератора; воз­будители в схемах самовозбуждения.

К общестанционным относятся: насосы технического водоснаб­жения; насосы откачки воды из спиральных камер и отсасывающих труб; насосы хозяйственного водоснабжения; дренажные насосы; пожарные насосы; устройства заряда, обогрева и вентиляции аккумуляторных батарей; краны; подъемные механизмы затворов плотины, щитов, шандоров отсасывающих труб, сороудерживающих решеток; компрессоры ОРУ; отопление, освещение и вентиляция помещений и сооружений; устройства обогрева затворов, решеток и пазов. При централизованной системе снабжения агрегатов сжа­тым воздухом в состав общестанционных входят и компрессоры.маслонапорных установок и торможения агрегатов.

На состав и мощность электроприемников с. н. ГЭС оказывают влияние климатические условия: при суровом климате появляется значительная (несколько тысяч киловатт) нагрузка обогрева вы­ключателей, масляных баков, маслонаполненных концевых ка­бельных муфт, решеток, затворов, пазов; при жарком климате эти нагрузки отсутствуют, но возрастает расход энергии на охлажде­ние оборудования, вентиляцию, кондиционирование.

На ГЭС относительно малая доля механизмов с. н. работает непрерывно в продолжительном режиме. Сюда относятся: насосы и вентиляторы охлаждения генераторов и трансформаторов; вспо­могательные устройства системы ионного возбуждения; насосы водяной или масляной смазки подшипников. Эти механизмы при­надлежат к числу наиболее ответственных и допускают перерыв питания лишь на время действия автоматического ввода резерва (АВР). В продолжительном режиме работают также насосы техни­ческого водоснабжения и устройств электрообогрева. Остальные электроприемники работают повторно-кратковременно, кратко­временно или даже только эпизодически. К числу ответственных механизмов с. н. следует также отнести пожарные насосы, насосы маслонапорных установок, некоторые дренажные насосы, компрес­соры ОРУ, механизмы закрытия затворов напорных трубопрово­дов. Эти механизмы допускают перерыв питания до нескольких минут без нарушения нормальной и безопасной работы агрега­тов. Остальные потребители с. н. можно отнести к неответствен­ным.

Маслонапбрные установки гидроагрегатов имеют достаточный запас энергии, чтобы закрыть направляющий аппарат и затормо­зить агрегат даже при аварийной потере напряжения в системе с. н. Поэтому для обеспечения сохранности оборудования при по­тере напряжения на гидростанциях не требуются автономные источники в виде аккумуляторных батарей и дизель-генерато­ров.

Единичная мощность механизмов с. н. гидростанций колеблется от единиц до сотен киловатт. Наиболее мощными механизмами с. н. являются насосы технического водоснабжения, насосы откачки воды из отсасывающих труб, некоторые подъемные механизмы. На большинстве гидростанций, за исключением ГЭС деривацион­ного типа, потребители с. н. сосредоточены на ограниченной тер­ритории, в пределах здания станции и плотины.

В отличие от ТЭС механизмы с. н. ГЭС не требуют непрерывного регулирования производительности; достаточным является повторно-кратковременый режим работы. Источники питания механизмов с. н. являются генераторы и сеть системы.

2.Чем отличаются потери от падения напряжения и как их определяют?

Падение напряжения- геометрическая (векторная) разность между комплексами напряжений начала и конца линии. Падение напряжения - это вектор АВ, т. е.

AB → = U 1 – U 2 = √3I 12 Z 12

Продольной составляющей падения напряжения ∆ U 12 К называют проекцию падения напряжения на действитель­ную ось или на напряжение ∆ U 12 К = АС .

Индекс «к» означает, что ∆ U 12 К - проекция на напряжение конца линии U 2 . Обычно ∆ U 12 К выражается через данные в конце линии: U 2 , P 12 К, Q 12 К.

Поперечная составляющая падения напряжения U 12 К - это проекция падения напряжения на мнимую ось,U 12 К = СВ. Таким образом,

U 1 – U 2 = √3I 12 Z 12 = ∆ U 12 К + jU 12 К

Часто используют понятие потеря напряжения - это ал­гебраическая разность между модулями напряжений на­чала и конца линии.U 1 – U 2 = AD . Если попе­речная составляющая - мала (например, в сетях Uном ≥ 110 кВ), то можно приближенно считать, что потеря напряжения равна продольной составляющей падения на­пряжения.

2. В чем отличие понятий потеря напряжения и падение напряжения?

Parent Category: Библия РЗА

Category: 2. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Условились называть Потерей напряжения алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии. 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 мм 2 и кабелей до 35 мм 2.

Потеря напряжения зависит от величины нагрузки и ее коэффициента мощности.

Падение напряжения – это геометрическая разность между векторами напряжений в начале и конце элемента сети..

3. Влияние компенсации реактивной мощности на устойчивость узла нагрузки.

Конденсаторы улучшают cosφ и обеспечивают поддержа­ние напряжения при изменении режима; однако это может резко ухудшить статическую устойчивость узла нагрузки При включении статических конденсаторов в составе мощности нагрузки появляется отрицательная составляющая U 2 /x к.б. и суммарная кривая ∑Q нагр = f(U) оказывается пологой. В свою очередь, эдс эквивалентного генератора при включении конденсаторов уменьшается, что приводит к деформации характеристики ∑Q ген. В результате запас устойчивости узла на­грузки при включении также уменьшается.

Исправить это положение можно, увеличивая в составе нагрузки число двигателей с регулируемым возбуждением.

Рис. 7.6. Устойчивость комплексной нагрузки: а - схема системы; б - влияние

конденсаторов на устойчивость нагрузки; в - влияние изменения

коэффициента мощности на критическое напряже­ние

Вычислить токи срабатывания и зоны действия токовых отсечек без выдержки времени линий 220 кВ с односторонним питанием. Зону действия токовых отсечек определить графо-аналитическим и аналитическим методом (рис. 7).

Вариант (пример)	Длина линий, км		Удельное сопротивление, Ом/км	Ток 3-х фазного КЗ в т. К1, кА

Одним из главных элементов электрической цепи является приемник электрической энергии.

Электроприем­ники служат для преобразования электрической энергии в другие виды энергии: механическую (электродвигатели, электромагниты), тепловую (нагревательные приборы, сварочные аппараты, промышленные печи), световую (лампы электроосвещения), химическую (электролитиче­ские ванны) и т.д.

Эти энергетические преобразования (как и любые дру­гие) происходят лишь при условии, что на их пути имеется сопротивление (электрическое сопротивление).

Ранее отмечалось, что ток в электрической цепи создается электрическим полем. Электрическое поле в про­воднике при постоянном токе называется стационарным электрическим полем.

Стационарное электрическое поле, как и электроста­тическое поле, характеризуется напряженностью, потен­циалом и разностью потенциалов.

Так как перемещение зарядов по проводнику сопро­вождается затратой энергии (электроны, сталкиваясь с ионами кристаллической решетки, возбуждая их к теп­ловому движению, теряют энергию), то в соответствии с положением (6) § 1.1- на концах проводника имеется разность потенциалов, т. е. напряжение или падение напряжения.

Таким образом, падение напряжения является коли­чественной оценкой энергетических преобразований в цепи (1).

На схемах электрических цепей напряжение обозна­чают стрелкой в направлении от большего потенциала к меньшему.

На схемах принято показывать направление напряже­ния в ту же сторону, что и направление тока, внутри участка цепи, как на рис. 2.12. Однако следует помнить, что вне участка цепи падение напряжения на нем на­правлено навстречу току, оказывая ему противодействие (сопротивление). Это видно из рис. 2.5.

Таким образом, ток создает падение напряжения в проводнике, которое оказывает противодействие току.

Сравнивая падения напряжений на участках неразветвленной цепи при одинаковом токе, можно оценить, какой участок оказывает большее сопротивление току.

Падение напряжения на проводнике зависит от тока, поэтому не может быть характеристикой проводника. Способность проводников сопротивляться току оценива­ется падением напряжения, приходящимся на единицу тока, которое называется электрическим сопро­тивлением, обозначается R(r) и является параметром проводника:

R = U/I. (2.6)

Электрическое сопротивление проводника (электро­приемника) численно равно падению напряжения на нем, созданному током, 1 А и оказывающему противодействие этому току (2).

За единицу сопротивления ом (Ом) принято сопро­тивление такого проводника, на котором при токе 1А падает напряжение 1В:

1Ом = 1 В/1 А. Применяют также 1 килоом (кОм) = 10 3 Ом и

1 мегаом (МОм) = 10 6 Ом.

Рассматривая сопротивление проводника, важно по­нимать, от каких факторов оно зависит.

Экспериментально установлено, что падение напря­жения на проводнике (электроприемнике) прямо пропор­ционально току (3). Эта закономерность называется законом Ома для участка цепи:

U = IR, I = U/R. (2.7)

Графическим выражением закона Ома является так называемая вольт-амперная характеристика проводника (рис. 2.6).

Из закона Ома следует, что сопротивление не зави­сит от тока. Однако это справедливо лишь в случае, если не изменяется температура проводника.

Для металлов зависимость сопротивления от темпе­ратуры выражается формулой

R 2 =R 1 ,

где R 1 , R 2 - сопротивления провода при начальной t 1 и конечной t 2 температурах; α - температурный коэф­фициент сопротивления, 1/°С.

Единица проводимости - сименс (См),

Значения токов, напряжений, мощностей, сопротивле­ний и проводим остей, находятся во взаимосвязи. Исполь­зуя формулы (1.4), (2.1), (2.4) и закон Ома, получаем; P = A/t = Uq/t =UIt =U

P =IU=Il R= I 2 R ; (2.10)

P= UI =UU/R =U 2 /R =U 2 g (2.11)

В электротехнике и электронике для преднамеренного создания сопротивления электрическому току применяют резисторы (рис. 2.7), которые характеризуются двумя параметрами: номинальным значением сопро­тивления (с определенным допуском в процентах) и максимальным значением мощности рассеяния. Указанные параметры приводятся на корпусе резистора. Дляразличных целей изготавливают резисторы в огромном диапазоне сопротивлений: oт сотых долей ома до десят­ков и сотен мегаом.

Для изготовления токоведущих элементов электриче­ских устройств используются проводниковые материалы (в основном металлы и их сплавь). Различают проводниковые материалы с малым удельным сопротивле­нием, большим удельным сопротивлением и сверхпро­водники.

Изматериалов с малым удельным сопротивлением наиболее широкое применение получили медь и алюминий (для изготовления проводов, кабелей, обмоток машин и аппаратов и т.д.). Применяются также сплавы меди (бронза, латунь) и сталь.Из материалов с большим удельным сопротивлением, отметим металлические сплавы: нихром (сплав никеля, хрома, железа) и фехраль (сплав железа, хрома, алю­миния), применяемые в электронагревательных приборах, а также манганин (медно-марганцевый сплав) и констан­тан (медно-никелевый сплав) Важным достоинством манганина и константана является то, что их сопротив­ления практически не зависят от температуры. Это обусловило их применение при изготовлении обмоток измерительных приборов (манганин), образцовых сопро­тивлений и резисторов (константан),

В электротехнике применяют также угольные мате­риалы (щетки электрических машин), металлокерамику (для контактов выключателей), припои и др.

При глубоком охлаждении некоторых металлов и материалов (ниобия, свинца, ртути, алюминия и др.) до температур, близких к абсолютному нулю (О К или - 273 °С), они переходят в состояние сверхпрово­димости, с наступлением которого их сопротивление скачком уменьшается до нуля. Температура, при кото­рой материал переходит в сверхпроводящее состояние, называется критической. Например, для алюминия критическая температура 1,2 К.

В настоящее время найдены материалы (сплавы и химические соединения), критическая температура которых выше 100 К. Их можно использовать в элект­ронике, в частности в электронно-вычислительных маши­нах (ЭВМ), что позволит уменьшить габариты и стоимость ЭВМ. Возможно, в ближайшем будущем будут созданы сверхпроводники, критическая температура которых бу­дет близкой к температуре окружающей среды.

Перспективными проводниками являются электропро­водящие пластики. Обычно пластик является электроизоляционным материалом. Однако ученые нашли такие сорта пластиков, которые при соответствующей обра­ботке меняют свои электрофизические свойства и про­водят электрический ток не хуже меди. Изготовленные из такого материала провода значительно дешевле мед­ных и прочнее их.