Вызов электрика

Москва: 8-977-296-8546

Таганрог: 8-905-425-9000

Поиск
Конкурс статей

Кому есть, что сказать миру, и получить за это приз от спонсора?!

Свежие комментарии

Расчет падения напряжения в кабеле

расчет падения напряжения в кабеле

ГРЩ2.2. Показания фазных напряжений после первого участка кабельной линии

Как известно, сечение кабеля выбирается не только по его способности выдерживать без перегрева свой максимальный ток. Другой критерий выбора – его длина. От длины зависит такой важный параметр системы электропитания, как падение напряжения. Иначе говоря – потери на кабельной линии.

В бытовой электропроводке эта проблема практически не принимается во внимание, поскольку существенное влияние она оказывает на длинах кабелей от нескольких десятков метров. Хотя, я уже писал на эту тему статью про падение напряжения, но там основная причина потерь заключалась в большом токе.

В интернете эта тема раскрыта очень поверхностно, и когда я с ней столкнулся, очень долго разбирался. Вспомнил косинусы с синусами, нашёл свой старый калькулятор)) Пока разбирался, написал эту статью. Как обычно у меня и бывает).

В данной статье приведу расчеты и рекомендации, сделанные мной для крупного складского комплекса, введенного в эксплуатацию год назад.

Зачем нужен расчет потерь напряжения в кабеле

Предыстория такова. Проектировщикам выдали техническое задание на проект электроснабжения, в котором была указана мощность холодильных систем. Пока выполнялся проект и выделялись деньги на его реализацию, было куплено холодильное оборудование с потребляемой мощностью, в 2 раза превышавшей исходную. Кроме того, выяснилось, что реальное расстояние до подстанции будет почти в 2 раза больше…

В общем, дорогущее немецкое холодильное оборудование отказывается работать, все знают, что делать, но никто не хочет за это платить. Прошедшим летом из-за пониженного напряжения (линейное 340-360 В) сгорел компрессор стоимостью более 10 тыс.евро. Терпеть дальше это было нельзя. Меня попросили провести расчеты, мониторинг и измерения на системе питания, и дать рекомендации по решению проблемы.

Поскольку писал я этот отчет от лица фирмы, имеющей лицензию на энергоаудит, то этот документ будет иметь силу в предстоящей судебной тяжбе.

По ходу документа в цитатах буду давать комментарии и уточнения.

 

  1. Введение

Было проведено обследование качество электроэнергии, поступающей от трансформаторной подстанции (ТП) по первому участку (440 м) до ГРЩ 2.2 и далее по вторым участкам (50 и 40 м) на холодильные установки (Система 12 и Система 14).

Схема структурная данной системы:

 

Схема кабельных линий от ТП до нагрузки для расчета потерь напряжения.

Схема кабельных линий от ТП до нагрузки. ДЭС – дизельная электростанция есть, но в данном случае не рассматривается.

 

Цель обследования – выявить причины значительного падения напряжения на кабельной линии.

В Систему 12 входят следующие потребители:

Наименование Установленная мощность, кВт Макс.расчетный ток, А
Воздухоохладитель 124,6 50,5
Воздухоохладитель 78,3 27,1
Двигатели компрессоров 100 132,7
Двигатели вентиляторов 13,7 29,7
Итого 316,6 240

 

В Систему 14 входят следующие потребители:

Наименование Установленная мощность, кВт Макс.расчетный ток, А
Воздухоохладитель 234,4 81,2
Воздухоохладитель 193,9 55,7
Воздухоохладитель 15,2 31,3
Двигатели компрессоров 396 525,6
Двигатели вентиляторов 66 144,3
Итого 905,5 838,1

 

Напряжение питания – 380…415 В.

Значения токов, мощностей и напряжения взяты из паспортных данных потребителей.

 

  1. Предварительный расчет потерь напряжения в кабеле

По предварительному расчету, при напряжении на выходе ТП 415 В на холостом ходу (при выключенной нагрузке), при максимальной нагрузке допустимо падение 35 В, или 8,43%. В таком случае при максимальной нагрузке напряжение упадет до 380 В, что, согласно паспортным данным потребителей, является допустимым.

ТП содержит 2 трансформатора по 600 кВт, которые планировалось использовать по одному. Но из-за увеличения нагрузки их пришлось включить в параллель.

Согласно Своду правил по проектированию и строительству СП 31-110-2003, а также ГОСТ Р 50571.15-97 с учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной нагрузки в жилых и общественных зданиях не должны превышать 9%. Причем, из них 5% – на участке от ТП до ВРУ, и 4% – на участке от ВРУ до потребителя.

Согласно ГОСТ 29322-2014, номинальное фазное напряжение в трехфазных сетях должно составлять 400 В, а при нормальных условиях оперирования напряжение питания не должно отличаться от номинального напряжения больше чем на +-10%.

Исходя из этого, падение на 8,43% является обоснованным и соответствует Правилам и ГОСТам, принятым в РФ.

 

  1. Расчет падения напряжения для 1-го участка

В ходе обследования выяснилось следующее. От ТП, расположенной на расстоянии 440 м, электроэнергия поступает в ГРЩ2.2 по кабельной линии, состоящей из четырех параллельно соединенных кабелей АВБбШв 4х240, общим сечением 960 мм2.

Расчет потерь напряжения

Внутренности ГРЩ2.2. Сверху – ввод от ТП на вводной контактор-защитный автомат, справа – шины от АВР (резерв – дизель), ниже – выходной автомат, и выходы на Системы.

Максимальный расчетный ток нагрузки, согласно паспортным данным,  составляет  240 А для Системы 12 и 838,1 А для Системы 14. Следовательно, максимальный ток кабельной линии составляет 240+838,1=1078,1 А.

Общая установленная мощность, согласно паспортным данным,  составляет 316,6 кВт для Системы 12, и 905,5 кВт для Системы 14. Следовательно, общая установленная мощность всей нагрузки составляет 316,6+905,5=1222,1 кВт.

Рассчитаем падение напряжения на кабельной линии 1-го участка от ТП до ГРЩ2.2 по формуле:

ΔU=√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L)

Исходные данные для расчета:

  • Максимальный ток I = 1078,1 А,
  • Установленная мощность нагрузки 1222,1 кВт,
  • Удельное активное сопротивление одной жилы R = 0,125 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Удельное индуктивное сопротивление одной жилы Х = 0,077 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Принимаем Cosφ = 0,8, тогда sinφ = 0,6
  • Материал жилы кабеля – алюминий,
  • Длина линии L = 0,44 км.

Подставив данные в формулы, получим, что для одного кабеля падение составит 239 В, или 57,75%. Тогда для имеющейся кабельной линии 1-го участка падение напряжения составит 59,8 В, или 14,43%.

Такое падение напряжения только на 1-м участке является недопустимым.

Это  – основная формула. Я делал расчеты, используя калькулятор. Проверял полученные данные, используя программу Электрик (подпрограмма “Потери”).

Кроме того, мне здорово помог Игорь (220blog.ru), за что ему большое спасибо!

Ещё есть хорошая книжка, в конце статьи дам ссылку!

На всякий случай  таблица активных и индуктивных сопротивлений алюминиевых и медных кабелей разного сечения:

Таблица активных и индуктивных сопротивлений алюминиевых и медных кабелей разного сечения

Таблица активных и индуктивных сопротивлений алюминиевых и медных кабелей разного сечения

 

  1. Результат обследования 2-го участка (Система 12)

После щита ГРЩ2.2 к нагрузке идёт второй участок кабельной линии на Систему 12, состоящей из одного кабеля АВВГ-нг-LS 5×185, длиной 50 м.

Данные для расчета:

  • Максимальный ток 240 А,
  • Установленная мощность нагрузки 316,6 кВт,
  • Удельное активное сопротивление одной жилы R = 0,164 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Удельное индуктивное сопротивление одной жилы Х = 0,077 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Материал жилы кабеля – алюминий,
  • Длина линии L = 0,05 км.

Для имеющейся кабельной линии падение напряжения составит 3,67 В, или 0,88%.

 

  1. Результат обследования 2-го участка (Система 14)

После щита ГРЩ2.2 к нагрузке идёт второй участок кабельной линии на Систему 14, состоящей из трех параллельно соединенных кабелей АВВГ-нг-LS 5×185 длиной 40 м.

Данные для расчета:

  • Максимальный ток 838,1 А,
  • Установленная мощность нагрузки 905,5 кВт,
  • Удельное активное сопротивление одной жилы R = 0,164 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Удельное индуктивное сопротивление одной жилы Х = 0,077 Ом/км по данным производителя кабеля.
  • Материал жилы кабеля – алюминий,
  • Длина линии L = 0,04 км.

Для одного кабеля потеря напряжения составит 10,2 В, или 2,47%. Для имеющейся кабельной линии 2-го участка Системы 14 падение напряжения составит 3,4 В, или 0,82%.

 

  1. Рекомендации по модернизации кабельных линий

Для данного максимального тока и длины линии необходимо выбрать другую кабельную линию участка 1, поскольку расчетное падение напряжения для этого участка является недопустимым. Исходя из данных предварительного расчета и данных падения напряжения на 2-х участках, падение напряжения на 1-м участке должно быть не более 7,55%.

Такой уровень потерь обеспечит кабельная линия, состоящая из 8 кабелей АВБбШв 4х240, включенных в параллель. То есть, к имеющимся кабелям (4 шт.) добавить дополнительные (4 шт.).

В результате, потери на кабельной линии участка 1 составят 7,2%, или 29,8 В.

Кабельные линии 2-х участков в модернизации не нуждаются.

 

  1. Выводы

Для стабильной работы холодильного оборудования, согласно его паспортным данным, требуется напряжение с допустимыми пределами от 380 до 415 В.

Если учесть приводимые рекомендации, то при выходном напряжении ТП 415 В при максимальной нагрузке потери напряжения для Системы 12 будут 7,2+0,88=8,08%, или 33,6 В. В результате при максимальной нагрузке питающее напряжение Системы 12 составит не менее 381,4 В.

Для Системы 14 потери будут 7,2+0,82=8,02%, или 33,2 В. В результате при максимальной нагрузке питающее напряжение Системы 14 составит не менее 381,7 В.


 

  1. Результаты измерений качества напряжения

Измерения проводились при помощи анализатора качества напряжения HIOKI 3197, который позволяет снимать все параметры напряжения онлайн.

Прибор предназначен для построения графиков различных параметров электропитания в реальном времени. HIOKI 3197 я уже использовал в анализе качества напряжения при проблемах с холодильниками. Если кому нужен такой прибор – обращайтесь!

Измерения проводились в точке подключения 2-го участка Системы 14 в разных режимах работы оборудования. 2-й участок Системы 12 не исследовался, поскольку к нему невозможно было получить доступ, не отключая питания ТП. Но поскольку Система 12 является маломощной по сравнению с Системой 14, для получения общей картины достаточно измерений, результаты которых приведены ниже на графиках.

Результат мониторинга напряжения прибором HIOKI

Результат мониторинга напряжения

Результат мониторинга тока

Результат мониторинга тока

Пояснения к графикам.

Пик потребления тока (включение нагрузки на 100% мощности) приходится на время 16:56. При этом фазное напряжение (усредненное по фазам) составляет 212 В (линейное – 367 В), ток 836 А.

Холостой ход трансформатора (нагрузка полностью отключена) приходится на 17:07. При этом фазное напряжение составляет 238 В (линейное – 412 В), ток 0 А.

При проведении измерений Система 12 была отключена.

По результатам проведенных измерений можно сделать выводы, что максимальное суммарное падение напряжения для Системы 14 составляет 45 В, или 11%.

Данные измерения подтверждают правильность сделанных расчетов и рекомендаций.

Фото подключения прибора HIOKI 3197 к кабельной линии в процессе измерений:

Подключение HIOKI 3197 для анализа качества напряжения в реальном времени

Подключение HIOKI 3197 для измерения параметров напряжения в реальном времени

 

  1. Резервное питание

Резервное питание в ГРЩ 2.2 поступает от ДЭС (дизельной электростанции). Переключение производится через систему АВР (автоматический ввод резерва).

Параметры источника резервного питания:

  • Максимальная мощность ДЭС – 600 кВт,
  • Кабельная линия – 3 кабеля АВБбШв 4х240, включенных в параллель,
  • Длина кабельной линии – 250 м.

Исходя из этих параметров, можно однозначно сделать вывод, что мощностей ДЭС и кабельной линии резервного питания с учетом падения напряжения хватит не более чем на половину максимальных потребностей нагрузки, что совершенно недопустимо.

Поэтому мониторинг качества питания по линии ДЭС проводить не имеет никакого смысла.

Для резервного питания в данном случае рекомендуется применить ДЭС мощностью не менее 1220 кВт. Кабельная линия должна содержать 5 кабелей АВБбШв 4х240, в таком случае падение напряжения до ГРЩ 2.2 будет составлять приемлемое значение 6,5%.

Скачать файл

В заключение – как и обещал, хорошая книжка по расчетом потери напряжения и потерям напряжения в кабеле. Будет очень интересна всем, кого заинтересовала эта статья. Сейчас таких книг уже не пишут.

Карпов Ф. Ф. Как выбрать сечение проводов и кабелей, 1973 год.djvu


Рекомендую ещё:


Статья понравилась?
Добавьте её в свою соц.сеть и дайте оценку!

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(4 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...


Если статья оказалось полезной или появились вопросы -
пожалуйста, оставьте комментарий.


17 комментариев
на “Расчет падения напряжения в кабеле”

  • ЮрийNo Gravatar:

    А не проще бы было первый участок заменить на высоковольтную линию 6 (10)кВ, подтянуть 2 фидера питания и перед ГРЩ установить ТП 2*1000 кВА. Имеем профит 2-й категории электроснабжения, а если применить ДГУ, то и 1-й.
    Потери высоковольтной линии меньше. Конечно придется затратится на оборудование и новы ТУ и проект электроснабжения, но, как я понял, оно того стОит…

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Да, новая ТП непосредственно около нагрузки – это кардинальный выход. Думали об этом. Но места для её установки нет. Тем более, что существующие трансформаторы работают в параллель на пределе. Даже установлены мощные вентиляторы для их обдува.
      Хотя технически новая ТП – это более правильно.
      С другой стороны – прокинуть ещё 4 кабеля будет дешевле.

      Ответить
  • Игорь:

    Спасибо за статью…Книжку не смог открыть , формат не поддерживается у меня….Может в ворде или в каком другом формате есть возможность прислать?

    Ответить
  • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

    Есть много программ для открытия файлов djvu, большинство очень лёгкие и бесплатные. Спросите у Яндекса, установите, пригодится.

    Ответить
  • ДенисNo Gravatar:

    Цитата:
    Измерения проводились при помощи анализатора качества напряжения HIOKI3197

    А у себя дома/в квартире не проверяли им ? как качество что можете сказать ?

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Да смотрел. Проблем особых нет. Видна картина (оставлял на сутки), как меняется напряжение и ток в течение суток. В зависимости от включения разных приборов меняется косинус. Частота иногда меняется на одну десятую от 50.

      А вот если имеются провалы или всплески, вызванные искрением где-то на линии, то без этого прибора не обойтись. С помощью обычных приборов (инерционность порядка секунды) не понять, почему глючит электроника и сгорают приборы.

      Ответить
  • ДмитрийNo Gravatar:

    Из текста: «линейное напряжение (усредненное по фазам) составляет 212 В (фазное-367 В)». Автору было бы полезно знать, что такое линейное и фазное напряжение.

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Да, перепутал, исправил.

      Откуда только такие въедливые читатели берутся)

      Ответить
  • СергейNo Gravatar:

    Верная ли формула для расчета падения напряжения? Подставил значения и получил другой результат.

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Сейчас пересчитывать не буду, а тогда тоже с первого раза не получилось…

      Ответить
    • СергейNo Gravatar:

      В прошлый раз проверил расчеты из интереса. Сейчас понадобилось рассчитать падение напряжения на вновь прокладываемой кабельной трассе. Еще раз пересчитал Ваши примеры и вот что получил: расчет для 1-го участка не сошелся, расчеты для 2-го участка обеих систем (12 и 14) сошлись.

      У меня получилось, что для одного кабеля падение напряжения на 1-ом участке составит 120,12 В или 28,9%. Для имеющейся кабельной линии из четырех кабелей падение напряжения составит 30,03 В или 7,23%.

      Прошу проверить информацию, чтобы статья имела практическую ценность.

      Ответить
  • Владимир КротовNo Gravatar:

    За проект проектанта подвесить за яйца.Со времён Ньютона и его товарищей нас энергетиков учили 0.4кв не дальше 300 метров.Параллельное подключение кабелей запрещено ПУЕ даже в первом издании.Предприятие с этой схемой проработает не более 10 лет

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Проектант может и плохой, только проектировал он под одну потребляемую мощность, а в результате (после сдачи проекта) собственники купили оборудование с “гораздо более другой” мощностью.

      А в каком пункте ПУЭ запрещено параллельное включение питающих жил с одинаковым сечением? Много раз такое встречал, ни у кого не вызывало сомнений. У нас на заводе (проект 1979 года) много где так сделано.

      “Не более 10 лет” – не угадали))) В статье пишу – с трудом отработало пол года. Сейчас суды, всё ищут крайнего.

      Ответить
  • СергейNo Gravatar:

    И все же что с расчетами, Александр?

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Сейчас нет возможности проверить, а тогда выложил, как есть.

      Ответить
  • ВладимирNo Gravatar:

    Спасибо за статью. Доступно и понятно как для первоклашек.Очень помогла в написании ответа на претензию заказчика.

    Ответить
  • EDNo Gravatar:

    Интересно и доступно,сам занимаюсь анализом таких вещей.
    А есть данные еще по реактивной мощности за этот же период интересно взглянуть и мощность силового трансформатора какая?

    Ответить

Оставить комментарий

Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования.


Статьи от SamElectric.ru
Введите e-mail, чтобы получать новые статьи

Количество читателей

Баннер

СамЭлектрик ВКонтакте

Интересно? Хочешь знать больше? Вступай в группу ВК!

Подписывайтесь!
Будет интересно.

105 запросов. 2,959 секунд.