Практическая работа №2.
Расчет линии по допустимой потере напряжения.
Цель занятия: Освоить способы расчета и выбора сечения проводов по допустимой потере напряжения.
Обеспеченность занятия:
1. Комплект учебно-наглядных пособий (плакат-схема для определения потери напряжения в проводах).
2. Дидактический материал (пример расчета сечения проводов по допустимой потере напряжения, таблицы исходных данных).
Краткие теоретические сведения
Потребители электрической энергии работают нормально, когда на их зажимы подается то напряжение, на которое рассчитаны данный электродвигатель или устройство. При передаче электроэнергии по проводам часть напряжения теряется на сопротивление проводов и в результате в конце линии, т. е. у потребителя, напряжение получается меньшим, чем в начале линии.
Понижение напряжения у потребителя по сравнению с нормальным сказывается на работе токоприемника, будь то силовая или осветительная нагрузка. Поэтому при расчете любой линии электропередачи отклонения напряжений не должны превышать допустимых норм, сети, выбранные по току нагрузки и рассчитанные на нагрев, как правило, проверяют по потере напряжения.
Потерей напряжения ΔU называют разность напряжений в начале и конце линии (участка линии). ΔU принято определять в относительных единицах — по отношению к номинальному напряжению.
Согласно ПУЭ («Правилам устройства электроустановок»), для силовых сетей отклонение напряжения от нормального должно составлять не более ± 5 %, для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий — от +5 до — 2,5%, для сетей электрического освещения жилых зданий и наружного освещения ±5%. При расчете сетей исходят из допустимой потери напряжений.
Учитывая опыт проектирования и эксплуатации электрических сетей, принимают следующие допустимые величины потери напряжений: для низкого напряжения — от шин трансформаторного помещения до наиболее удаленного потребителя — 6%, причем эта потеря распределяется примерно следующим образом: от станции или понизительной трансформаторной подстанции и до ввода в помещение в зависимости от плотности нагрузки — от 3,5 до 5 %, от ввода до наиболее удаленного потребителя — от 1 до 2,5%, для сетей высокого напряжения при нормальном режиме работы в кабельных сетях — 6%, в воздушных— 8%, при аварийном режиме сети в кабельных сетях – 10 % и в воздушных— 12 %.
Расчет сетей постоянного тока по потерям напряжения.
Пусть мощность P, Вт, надо передать по линии длиной l, мм, этой мощности соответствует ток
где U — номинальное напряжение, В.
Сопротивление провода линии в оба конца
где р — удельное сопротивление провода, S — сечение провода, мм2.
Потеря напряжения на линии
Последнее выражение дает возможность произвести проверочный расчет потери напряжения в уже существующей линии, когда известна ее нагрузка, или выбрать сечение провода по заданной нагрузке
Часто потерю напряжения выражают в процентах в начале линии, называя ее относительной потерей напряжения.
, откуда 
.
Допустимая относительная потеря напряжения для осветительной нагрузки составляет 2...3 %, а для силовой 4...6 %.
Заменим в формуле (2) значение 
относительной потерей напряжения ε и получим формулу:
или, умножив и разделив на U, получим эту формулу в другом виде
Из этой формулы следует, что относительная потеря напряжения
По этим формулам можно определить сечение проводов линии по заданной относительной потере напряжения или соответственно определяют относительную потерю напряжения ε в линиях по заданному сечению проводов.
Например:
1. Рассчитать параметры цепи при номинальном напряжении приемника U= 220 В.
1.1. Сечение проводов, которое обеспечит потерю напряжения в заданных пределах:
S = ρ 200 PL/ e U2,
гдеρ — удельное сопротивление при 20°С, ρ = 0,0175 Ом-мм2/м;
Р = 2 кВт;
L= 1100 м;
е = 2,5 %;
U= 220 В;
S = 0,0175 • 200 • 2000 • 1100/2,5 • 220 = 63,63 мм2.
Выбрать по таблице стандартных сечений (табл. 8.2) ближайшее большее: S = 70 мм (провод диаметром 10,6 мм).
1.2.Ток в линии, питающей потребители:
I = P/U= 2000/220 = 9,1 А.
1.3. Сопротивление двухпроводной линии электропередачи выбранного сечения
RЛ = ρ2 L/S = 0,0175 * 2 * 1100/70 = 0,55 Ом.
1.4. Фактическое падение напряжения в линии
∆U= RЛI = 0,55 * 9,1 = 5 В;
Относительное падение напряжения в линии
е = ∆U/U * 100 % = 5/220 * 100 % = 2,27 %,
т.е. меньше заданного допустимого е = 2,5 %. В случае, если падение напряжения в линии будет больше заданного допустимого е, необходимо увеличить сечение проводов путем дублирования жил.
1.5. Потери мощности в линии электропередачи
∆Р = I 2 Rл = 9,12 * 0,55 = 45,5 Вт
или ∆Р =∆UI = 5 * 9,1 = 45,5 Вт.
1.6. Мощность источника электрической энергии, которая обеспечит работу приемников:
PИ=IU1,
гдеU1— напряжение в начале линии, т.е. на зажимах источника,
U1 = U+ ∆ U= 220 + 5 = 225 В;
РИ = 9,1 * 225 = 2045,5 Вт
илиРИ = Р + ∆Р = 2000 + 45,5 = 2045,5 Вт.
РИ = Р + ∆Р = 2000 + 46,6 = 2046,6 Вт.
Работа на занятии.
1. Используя исходные данные, произвести расчет тока установки.
2. По предлагаемой таблице, определить сечение медных проводов установки.
3. Письменно ответить на контрольные вопросы.
Содержание отчета.
1. Цель работы.
2. Исходные данные.
3. Решение задачи.
4. Ответы на контрольные вопросы.
5. Вывод по работе.
Контрольные вопросы.
1. Почему при передаче электроэнергии часть напряжения теряется?
2. Что такое потеря напряжения?
3. Что такое относительная потеря напряжения?
4. Каким образом можно уменьшить потери напряжения?