Регулирование напряжения в распределительных сетях 6–20 и 0,4 кВ: нормы

Что означает падение напряжения

Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах. Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети.

Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.

Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя. Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.

Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.

Вам это будет интересно На какую мощность рассчитан автомат 16а

Допустимое падение напряжение в кабеле

Значение потери электронапряжения регламентируется и нормируется сразу несколькими правилами и инструкциями устройства электроустановок. Так, согласно правилу СП 31-110-2003, суммарная потеря напряжения от входной точки в помещении до максимально удаленного от нее потребителя электроэнергии не должно быть больше 7.5 %. Это правило работает на всех электроцепях с напряжением не более 400 вольт. Данное правило используется при монтаже и проектировке сетей, а также при их проверке службами Ростехнадзора.

Важно! Этот документ обобщает и отклонение электронапряжения в сетях однофазного тока бытового назначения. Оно должно быть не более 5 % при нормальной работе и 10 % после аварийной ситуации. Если сеть низковольтная, то есть до 50 вольт, то нормальным падением считается +-10 %.

Для кабелей питающей сети используют правило РД 34.20.185-94. Оно допускает параметр потерь не более 6 %, если напряжение составляет 10 кВ и не более 4–6 % при электронапряжении 380 вольт. Чтобы одновременно соблюсти эти правила и инструкции, добиваются потерь 1.5 % для малоэтажных знаний и 2.5 % для многоэтажных.

Схемы электрического освещения

Чтобы понять, как потери напряжения влияют на проектирование электрических систем, следует предварительно подробно разобрать структурную схему обычного светильника. Схема подключения осветительных приборов обычно включает в себя 4 отдельных элемента. Начинается питание с трансформаторной подстанции, от которой электрическая энергия будет передаваться на объект собственника. От трансформатора электричество проходит на вводно-распределительный домовой электрощит, а от него на отдельный щит для системы освещения. Только пройдя описанный путь, электрическая энергия, наконец, попадает на конечное устройство потребления, в нашем случае на прибор освещения.

Между каждыми двумя описанными элементами цепи происходит падение уровня напряжения определенной величины. Чтобы определить общий уровень потерь напряжения следует воспользоваться формулой:

∆U=∆U0+∆U1+∆U2

Здесь, ∆U – общий уровень потерь, ∆U0 – потери напряжения между трансформатором и вводным устройством, ∆U1 – потери между вводным устройством и щитом освещения, ∆U2 – потери между щитком и конечным потребителем.

Полученная в ходе расчетов характеристика потерь сравнивается с допустимыми параметрами, описанными в действующей нормативной документации. В нормах ГОСТа указывается, что при нормальной работе трансформаторной подстанции, общие потери уровня напряжения от трансформатора до конечного прибора освещения не должны превышать 7,5%. Более того, уровень потерь напряжения между элементами электросети внутри объекта не должны быть выше 4%.

Таким образом, в описанной формуле величина ∆U не должна превышать 7,5 процентов. У малоопытных проектировщиков нередко возникает вопрос, как распределить проценты потерь между отдельными участками электрического кабеля, на протяжении которого могут происходить потери. Мастерам следует учитывать виды и особенности трансформаторов, при проектировании мощных электрических систем.

Проверка кабеля по потере напряжения

Всем известно, что протекание электрического тока по проводу или кабелю с определенным сопротивлением всегда связано с потерей напряжения в этом проводнике.

Согласно правилам Речного регистра, общая потеря электронапряжения в главном распределительном щите до всех потребителей не должна превышать следующие значения:

• при освещении и сигнализации при напряжении более 50 вольт – 5 %;
• при освещении и сигнализации при напряжении 50 вольт – 10 %;
• при силовых потреблениях, нагревательных и отопительных систем вне зависимости от электронапряжения – 7 %;
• при силовых потреблениях с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы вне зависимости от электронапряжения – 10 %;
• при пуске двигателей – 25 %;
• при питании щита радиостанции или другого радиооборудования или при зарядке аккумуляторов – 5 %;
• при подаче электричества в генераторы и распределительный щит – 1 %.

Вам это будет интересно Все о селективности

Исходя из этого и выбирают различные типы кабелей, способных поддерживать такую потерю напряжения.

Расчет линий электропередачи для освещения, формулы

Каждый светотехнический проект предполагает массу базовых расчётов. Первый, и самый главный из них – осветительный. Ведь согласитесь, без света не смогут работать ни сами проектанты, ни строители с электромонтёрами.

При планировании линий освещения нужно отталкиваться от прогнозированного потребления (от создаваемой осветительными приборами нагрузкой). Отталкиваясь от этих параметров, производится выбор сечения силовых кабелей и проводов, номинального тока защитно-коммутационного аппарата и т.п.

Поскольку по пути к потребителю материал проводников создаёт сопротивление электротоку — из-за этого происходят потери напряжения. Особенно это заметно когда к одной линии(того же освещения, например) подключено много потребителей, со множеством распределительных и групповых сетей.

В итоге получается, что напряжение на входе и на выходе каждого отдельного участка заметно отличается, и наиболее удалённые по линии потребители получают намного более заниженные параметры напряжения, чем заявлено. И при этом распределение происходит не равномерно, что отрицательно сказывается на работе всех задействованных электроприборов.

Всё потому, что проводники, продолжительное время работающие под нагрузкой, гораздо превышающей расчётную, начинают функционировать в режиме постоянных перегрузок. Вследствие чего возникает перегрев, а это может спровоцировать замыкание или пожар на линии. И всё из-за недочётов проектантов, которые не удосужились подобрать под номинальные токи автоматического выключателя соответствующее сечение проводников.

Поэтому при разработке проекта всегда нужно помнить, что номинальный ток никогда не должен превышать предельно допустимых значений токов проводников. Иначе защитная функция автоматического выключателя, оберегающего проводники от перегрузок, будет просто неактивной.

В отечественных сетях процент потерь очень высокий – иногда он достигает до 10-22 % (в то время, когда в мировой практике эти цифры гораздо ниже, и составляют 4-6%). И в результате перерасход, создаваемый при потере, бременем ложится на плечи конечных потребителей.

Вы спросите, а зачем нужны все эти расчёты, особенно для объектов с невысокими уровнями потребления? Укажем основные причины, почему необходимо делать предварительный расчет мощности (напряжения) для будущей линии освещения: Во-первых – на основании полученной суммарной мощности потребления определяются оптимальные токи с допустимой нагрузкой на все освещения элементы в цепи. Во-вторых –исходя из степени нагрева проводников под воздействием рассчитанных, предельно допустимых токов, выбирается оптимальное сечение силовых кабелей и проводов для освещения.

В-третьих – отталкиваясь от полученного значения сечения силовых кабелей (проводов) и от выдерживаемой ими длительной максимальной нагрузки выполняется подбор подходящей защитной аппаратуры автоматического отключения. В-четвёртых — любые расчёты просто необходимы для получения разрешений и техусловий от местных электрораспределительных организаций. На их основании техкомиссией будет приниматься решение о подключении объекта к линии, соответствующей по мощности и с допустимой нагрузкой.

Несмотря на кажущуюся незначительность (либо недостаточную точность) подобных усреднённых расчётов, они — это необходимое условие дальнейшей безопасной эксплуатации линии, т.к. изначально будут подобраны оптимальные элементы. В результате такие линии будут максимально равномерно распределять токи между всеми потребителями. Попутно будут уменьшаться потери напряжения от нерационально распределенной нагрузки.

Стоит отметить, что в линиях с равномерно распределенной нагрузкой (тех же уличных светильниках, например) потери будут гораздо меньшими, чем в линиях, распределённых не равномерно. В данном случае, вкупе с дополнительной индуктивной нагрузкой, потери могут оказаться вдвое большими. Поэтому приведённый расчет может дать погрешность.

Первым делом при проектировании необходимо выяснить, какой нагрузкой на сети будет обладать будущий объект. Для этого сначала необходимо выполнить расчет суммарной мощности всех осветительных приборов, которые будут запитываться на конкретном участке линии. Имея эти данные можно определить расчётные нагрузки (Рн) освещения питающей сети, а также вводов в жилые (либо производственные) постройки.

Перед этим нужно определить мощности всех ламп в сети. Расчет производится по следующей формуле:

Мл. = Мс. * Кл.

В данном расчёте Мс. – это мощность ламп, Вт, а Кл. – количество ламп, шт.

Полученный по предыдущей формуле результат в дальнейшем используется для определения нагрузок запитывающей осветительной линии.

Расчет выполняется по формуле:

Рн = Мл. *Кспр.*Кп.

где, Мл. – это установленная расчётная мощность всех ламп; Кспр. – коэффициент спроса, отображающий, как часто используется осветительное электрооборудование. Он служит в качестве поправки, обязательно вносимой в расчёты, т.к. на практике маловероятно, что все электроприборы будут включены одновременно и на полную мощность. Данный коэффициент можно определять эмпирическим путём — для каждого отдельного объекта, или принимать подходящее значение из таблицы, приведённой ниже:

Коэффициент расчета

Оптимальный вариант принимать значение Кспр. за 0,95. Кп. – коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре ламп. (Для ртутных газоразрядных ламп он составляет 1,1, для люминесцентных – 1,2)

В случаях, когда от будущих линий планируется осуществлять смешанную запитку объекта – и для освещения, и для силовых нагрузок (тех же розеток, например) – тогда оба вида нагрузок нужно суммировать. Расчетдля смешанных нагрузок выглядит так:

Нобщ. = Но + Нс

где, Нобщ. – расчётная общая нагрузка, в кВт; Но – расчётная нагрузка осветительных линий, в кВт; Нс – нагрузка силовая, расчётная в кВт.

Чтобы определить предельно допустимые сечения проводов, которые будут использоваться в линиях, нужно рассчитать, какие токи будут по ним проходить. Так для однофазных линий, состоящих из двух проводов,расчет производится по формуле:

Для двухфазных линий, состоящих из трёх проводов (двух фаз и нуля)решение будет выглядеть так:

В случае прокладки трёхфазных линий, состоящих из четырёх проводов (трёх фаз и нуля) сечение определяется путём такого расчёта:

Как уже упоминалось, в любых линиях потерь не избежать– это распространённое и можно сказать нормальное явление. Мало того, то они происходят при транспортировке энергии от поставщика до нужного участка, так ещё и на точках её распределения между несколькими потребителями они нарастают. Наша задача заключается в том, чтобы подобрать оптимальное сечение проводов, чтобы как можно больше снизить процент потерь распределенной энергии — до нормируемых ПУЭ интервалов: от 2,5 до 5 %. Также желательно сделать так, чтобы нагрузки на сети распределялись равномерно.

Базовый расчет потерь производится так:

Значение активного сопротивления (r0) можно рассчитать по формуле (она справедлива для алюминиевого или стального провода):

При планировании линий, протяжённостью в несколько километров, обязательно должно учитываться индуктивное сопротивление проводов (ИСП),непосредственно влияющее на потери напряжения в сетях. Так как при настолько больших дистанциях, энергия просто не может распределяться равномерно и без потерь. По опыту работ — можно брать ИСП(в нашем расчёте помеченное как x0)алюминиевых (либо медных) проводов, сечением более чем 95 мм2, в размере 0,32 Ом на 1 километр. Это значение будет корректным в том случае, когда расстояние между проводами относительно небольшое (до 6,0 см). Для проводов сечением 10-25 мм2 используется коэффициент индуктивного сопротивления, равный 0,44 Ом/км. В этом случае допускается более внушительное расстояние между проводами – 10,0 см.

Как показывает практика, в низковольтных линиях, используемых преимущественно для освещения, достаточно сложно добиться равномерно распределенной нагрузки. Поэтому в данном случае лучше использовать четыре жилы проводов (т.е. монтировать трёхфазную линию). И тогда, перераспределяя нагрузки от освещения на фазные и нулевые провода, и силовые — на линейные, удаётся более равномерно разделить нагрузки между всеми фазами.

Для трёхфазных линий расчет потерь, происходящих в каждом проводе, будет выполняться по представленному ниже алгоритму, в котором первый блок — характеризует активные потери напряжения, а второй блок – реактивные.

Давайте для примера просчитаем линию освещения для гипотетического объекта. Заданные параметры приведены на схеме.

Параметры расчета

В нашем случае установлены однотипные светильники (N=12 шт.), мощностью 400 Вт, через одинаковые интервалы (Инт.=6м). Рассчитаем расстояние (Р) до центра приложения нагрузок для каждой сети^

Р = Р1 + (( Инт.*(N – 1)/2),

где Р1 – это расстояние от щитка до первой лампочки в сети.

Подставляем значения для проведения расчётов: Р1 = 15,7 + (6 + ((12-1)/2) = 48,7 метров Р2 = 21,4 + (6 + ((12-1)/2) = 54,4 метров Р3 = 23,5 + (6 + ((12-1)/2) = 56,5 метров Р4 = 27,3 + (6 + ((12-1)/2) = 60,3 метров

Определим расчётные нагрузки, описанные во втором разделе (формулы 1 и 2):

Рн = Мл. *Кспр.*Кп.

Поскольку группы электроприборов у нас однотипные, значение будет одинаковым для всех линий:

Рн = (12шт*0,4 кВт) *1,1*1 = 5, 28 кВт

И тогда мощность питающей сети составит: 5,28*0,95*4 = 20,1 кВт

Теперь можно определить моменты нагрузки(МН) для каждой сети, рассчитываются они так :

МН = Рн*Р,

где Рн – расчётные нагрузки, Р – расстояние.

МН1 = 5,28*48,7=257,1 кВт/м МН2 = 5,28*54,4=287,2 кВт/м МН3 = 5,28*56,5=298,3 кВт/м МН4 = 5,28*60,3=318,4 кВт/м

Момент нагрузок для питающей сети (расстояние до щитка I=25 м):

МНс = 20,1 * 25 = 502,5 кВт/м

Итого сборный (или приведённый) момент нагрузки (МНс) по всем линиям равен:

МНс = 502,5+257,1+287,2+298,3+318,4 = 1663,5 кВт/м.

Определим теперь,какие будут потери напряжения для наших линий:

Пн = Нн- Нмд-ПНс,

где, Нп — номинальное напряжение, создаваемое при холостой работе трансформатора(принимаем на 105%). Нмд — минимально допустимое напряжение самых удаленных по сети лампочек(берём 95%); ПНс — потери напряжения суммарные — до рассматриваемой сети, %(принимаем 3,56% и 3,64%).

Итак Пн = 105 – 95-(3,56-3,64) = 2,8 %

Рассчитаем, наконец, сечение подходящего для наших линий провода:

Сп = МНс/(К*Пн)

Сп = 1663,5 / (44*2,8) =13,5 мм2

Находим, какие токи будут проходить по нашим сетям:

I = (20,1*103)/ (3*220*0,6) = 50,76 А

Определяем процент потерь напряжения для каждой сети:

П1 = 257,1 /(3*44) = 1,95% П2 = 287,2 /(3*44) = 2,17% П3 = 298,3 /(3*44) = 2,26% П4 = 318,4 /(3*44) = 2,41%

Как видим, прогнозируемый процент потери во всех случаях вписывается в нормы (до 5%). На основании полученных данных можно подобрать наиболее подходящие по сечению и токам провода, пуско-регулирующее оборудование, корректировать мощности ламп и т.п. Для облегчения расчётного процесса придумано много полезных приложений, учитывающих все описанные величины. Они позволят не пересчитывать каждый раз всё вручную при замене какой-либо составляющей светотехнического проекта.

При создании проекта линий под осветительные сети нужно добиваться, чтобы напряжения нагрузки по ним распределялись максимально равномерно. Тогда проводники будут меньше нагреваться, снизится процент потерь и убытков, уменьшится риск возникновения аварий.

Рекомендуемые статьи по теме

Как найти падение напряжения и правильно рассчитать его потерю в кабеле

Одним из основных параметров, благодаря которому считается напряженность, является удельное сопротивление проводника. Для проводки от станции или щитка к помещению используются медные или алюминиевые провода. Их удельные сопротивления равны 0,0175 Ом*мм2/м для меди и 0,0280 Ом*мм2/м для алюминия.

Рассчитать падение электронапряжения для цепи постоянного тока в 12 вольт можно следующими формулами:

• определение номинального тока, проходящего через проводник. I = P/U, где P – мощность, а U – номинальное электронапряжение;
• определение сопротивления R=(2*ρ*L)/s, где ρ – удельное сопротивление проводника, s – сечение провода в миллиметрах квадратных, а L – длина линии в миллиметрах;
• определение потери напряженности ΔU=(2*I*L)/(γ*s), где γ – это величина, которая равна обратному удельному сопротивлению;
• определение требуемой площади сечения провода: s=(2*I*L)/(γ*ΔU).

Важно! Благодаря последней формуле можно рассчитать необходимую площадь сечения провода по нагрузке и произвести проверочный расчет потерь.

В трехфазной сети

Для обеспечения оптимальной нагрузки в трехфазной сети каждая фаза должна быть нагружена равномерно. Для решения поставленной задачи подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.

Потеря электронапряжения в каждом проводе трехфазной линии с учетом индуктивного сопротивления проводов подсчитывается по формуле

Формула расчета

Первый член суммы – это активная, а второй – пассивная составляющие потери напряженности. Для удобства расчетов можно пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькуляторами. Ниже приведен пример такой таблицы, где учтены потери напряжения в трехфазной ВЛ с алюминиевыми проводами электронапряжением 0,4 кВ.

Пример таблицы

Потери напряжения определены следующей формулой:

ΔU = ΔUтабл * Ма;

Здесь ΔU—потеря напряжения, ΔUтабл — значение относительных потерь, % на 1 кВт·км, Ма — произведение передаваемой мощности Р (кВт) на длину линии, кВт·км.

Вам это будет интересно Особенности расчета конденсатора

На участке цепи

Для того, чтобы провести замер потери напряжения на участке цепи, следует:

• Произвести замер в начале цепи.
• Выполнить замер напряжения на самом удаленном участке.
• Высчитать разницу и сравнить с нормативным значением. При большом падении рекомендуется провести проверку состояния проводки и заменить провода на изделия с меньшим сечением и сопротивлением.

Важно! В сетях с напряжением до 220 в потери можно определить при помощи обычного вольтметра или мультиметра.

Базовым способом расчета потери мощности может служить онлайн-калькулятор, который проводит расчеты по исходным данным (длина, сечение, нагрузка, напряжение и число фаз).

Таким образом, вычислить и посчитать потери напряжения можно с помощью простых формул, которые для удобства уже собраны в таблицы и онлайн-калькуляторы, позволяющие автоматически вычислять величину по заданным параметрам.

Распределение уровня потерь

В процессе проектирования электрической системы, проектировщики должны распределить потери между отдельными участками цепи. Опытные мастера рекомендуют выделять на участок цепи от трансформатора до вводного аппарата до 4%. Такая величина потерь считается оптимальной, так как для обеспечения меньшего уровня потерь придется использовать электрический кабель большого диаметра сечения, что крайне негативно скажется на стоимости подключения объекта к электрическим сетям.

Естественно, величина потерь на данном участке должна быть максимально низкой. Если на участке от трансформатора до вводного устройства будет взята величина потерь на уровне 4%, то потери в электрической системе внутри объекта должны будут быть на уровне не более 3,5%. Внутри электрифицируемых объектов создаются электрические системы не очень большой протяженности, потому величина потерь на них, при использовании кабеля для линии освещения диаметром 1,5-2,5 мм, будет составлять около 2%. Таким образом, допустимая величина потерь напряжения в электросети не будет превышена, а стоимость монтажа электрической системы не будет слишком высокой.

Многие молодые проектировщики могут недооценивать важность грамотного распределения потерь электрического напряжения на пути транспортировки электроэнергии от объектов энергетического хозяйства сетевых компаний до конечного потребителя. Это достаточно грубая ошибка. В первую очередь, грамотное распределение позволяет значительно экономить на электрических кабелях, за счет чего общая стоимость монтажа электрики внутри объекта может быть значительно снижена. Кроме того, неправильное распределение потерь может привести к запрету на выполнение электромонтажных работ по электропроекту, если эта ошибка будет выявлена специалистами на этапе согласования проектной документации. Чтобы проект успешно прошел этап экспертизы, проектировщикам должны быть известны особенности согласования электропроектов.

При определении уровня потерь напряжения на каждом участке транспортировки электричества, специалистам обязательно следует учитывать индивидуальные особенности и характеристики объекта, для которого создается электросеть. В некоторых случаях на участок от трансформатора до вводного устройства можно устанавливать потери и на уровне 6%. Это имеет смысл в ситуациях, когда небольшой объект с маломощной электрической системой располагается на большом расстоянии от объектов энергетического хозяйства сетевой компании.

Также вы можете узнать стоимость проектирования электрики, воспользовавшись калькулятором.