Berechnung von Spannungsabfallnetzen
Verbraucher elektrischer Energie funktionieren normal, wenn ihre Anschlüsse mit der Spannung versorgt werden, für die der jeweilige Elektromotor oder das jeweilige Gerät ausgelegt ist. Bei der Stromübertragung über Leitungen geht ein Teil der Spannung durch den Widerstand der Leitungen verloren und dadurch ist am Leitungsende, also beim Verbraucher, die Spannung geringer als am Leitungsanfang .
Eine Reduzierung der Verbraucherspannung im Vergleich zum Normalzustand wirkt sich auf den Stromabnehmerbetrieb aus, sei es für Strom- oder Beleuchtungslasten. Daher sollten bei der Berechnung einer Stromleitung Spannungsabweichungen die zulässigen Normen nicht überschreiten. Netze, die aus der aktuellen Last ausgewählt und zum Heizen bestimmt sind, werden in der Regel auf Spannungsverlust überprüft.
Spannungsverlust ΔU bezeichnet die Spannungsdifferenz am Anfang und Ende der Leitung (Leitungsabschnitt). Es ist üblich, ΔU in relativen Einheiten anzugeben – bezogen auf die Nennspannung. Analytisch wird der Spannungsverlust durch die Formel bestimmt:
wobei P – Wirkleistung, kW, Q – Blindleistung, kvar, Widerstand von ro – Leitung, Ohm/km, xo – induktiver Widerstand der Leitung, Ohm/km, l – Länge der Leitung, km, Unom – Nennspannung , kV .
Die Werte des aktiven und induktiven Widerstands (Ohm/km) für Freileitungen aus Draht A-16 A-120 sind in den Referenztabellen angegeben. Der aktive Widerstand von 1 km Aluminium- (Klasse A) und Stahl-Aluminium-Leitern (Klasse AC) kann auch durch die Formel bestimmt werden:
wobei F der Querschnitt des Aluminiumdrahtes oder der Querschnitt des Aluminiumteils des Wechselstromdrahtes ist, mm2 (die Leitfähigkeit des Stahlteils des Wechselstromdrahtes wird nicht berücksichtigt).
Laut PUE („Regeln für Elektroinstallationen“) sollte die Spannungsabweichung vom Normalwert für Stromnetze nicht mehr als ± 5 %, für elektrische Beleuchtungsnetze von Industriebetrieben und öffentlichen Gebäuden — von +5 bis — 2,5 %, für Wohngebäude betragen elektrische Beleuchtungsnetze Gebäude und Außenbeleuchtung ± 5 %. Bei der Berechnung der Netze gehen sie vom zulässigen Spannungsverlust aus.
Unter Berücksichtigung der Erfahrungen bei der Auslegung und dem Betrieb elektrischer Netze werden folgende zulässige Spannungsverluste angenommen: für Niederspannung – von den Bussen des Transformatorraums bis zum am weitesten entfernten Verbraucher – 6 %, wobei sich dieser Verlust ungefähr wie folgt verteilt : von der Station oder dem Umspannwerk bis zum Eingang des Geländes, abhängig von der Lastdichte – von 3,5 bis 5 %, vom Eingang bis zum am weitesten entfernten Benutzer – von 1 bis 2,5 %, für Hochspannungsnetze im Normalfall Betrieb in Kabelnetzen – 6 %, im Freileitungsnetz – 8 %, im Notbetrieb des Netzes in Kabelnetzen – 10 % und in der Luft – 12 %.
Es wird angenommen, dass dreiphasige Dreileiterleitungen mit einer Spannung von 6-10 kV mit gleichmäßiger Belastung arbeiten, das heißt, jede Phase einer solchen Leitung wird gleichmäßig belastet. In Niederspannungsnetzen kann es aufgrund der Beleuchtungslast schwierig sein, eine gleichmäßige Verteilung zwischen den Phasen zu erreichen, weshalb dort am häufigsten ein 4-Leiter-System mit Drehstrom 380/220 V verwendet wird Bei diesem System werden Elektromotoren an lineare Drähte angeschlossen und die Beleuchtung wird zwischen Leitungs- und Neutralleitern verteilt. Dadurch wird die Belastung der drei Phasen ausgeglichen.
Bei der Berechnung können Sie sowohl die angegebenen Leistungen als auch die Werte der diesen Leistungen entsprechenden Ströme heranziehen. Bei Leitungen mit einer Länge von mehreren Kilometern, was insbesondere für Leitungen mit einer Spannung von 6-10 kV gilt, ist dies der Fall Es ist notwendig, den Einfluss des induktiven Widerstands des Kabels auf den Spannungsverlust in der Leitung zu berücksichtigen.
Für Berechnungen kann der induktive Widerstand von Kupfer- und Aluminiumdrähten mit 0,32–0,44 Ohm/km angenommen werden, wobei der niedrigere Wert bei kleinen Abständen zwischen den Drähten (500–600 mm) und Drahtquerschnitten über 95 angenommen werden sollte mm2 und mehr bei Abständen von 1000 mm und mehr und Querschnitten von 10-25 mm2.
Der Spannungsverlust in jedem Leiter einer Drehstromleitung unter Berücksichtigung des induktiven Widerstands der Leiter wird nach der Formel berechnet
Dabei ist der erste Term rechts die Wirkkomponente und der zweite die Blindkomponente des Spannungsverlusts.
Das Verfahren zur Berechnung des Spannungsverlusts einer Stromleitung mit Leitern aus Nichteisenmetallen unter Berücksichtigung des induktiven Widerstands der Leiter ist wie folgt:
1. Wir stellen den durchschnittlichen Wert des induktiven Widerstands für Aluminium- oder Stahl-Aluminium-Drähte auf 0,35 Ohm/km ein.
2. Wir berechnen die Wirk- und Blindlasten P, Q.
3. Berechnen Sie den reaktiven (induktiven) Spannungsverlust
4. Der zulässige Wirkspannungsverlust ist definiert als die Differenz zwischen dem angegebenen Netzspannungsverlust und dem Blindspannungsverlust:
5. Bestimmen Sie den Querschnitt des Kabels s, mm2
wobei γ der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist ( γ = 1 / ro – spezifische Leitfähigkeit).
6. Wir wählen den nächstgelegenen Standardwert von s und ermitteln dafür den aktiven und induktiven Widerstand in 1 km Entfernung von der Linie (ro, NS).
7. Berechnen Sie den aktualisierten Wert Spannungsverlust nach der Formel.
Der resultierende Wert sollte den zulässigen Spannungsverlust nicht überschreiten.Wenn sich herausstellt, dass es akzeptabler ist, müssen Sie einen Draht mit einem größeren (nächsten) Abschnitt nehmen und ihn erneut berechnen.
Für Gleichstromleitungen gibt es keinen induktiven Widerstand und die oben angegebenen allgemeinen Formeln sind vereinfacht.
Berechnung von Netzwerken NS konstanter Stromspannungsverlust.
Entlang einer Leitung der Länge l, mm soll die Leistung P, W übertragen werden, diese Leistung entspricht dem Strom
wobei U die Nennspannung V ist.
Drahtwiderstand an beiden Enden
Dabei ist p der spezifische Widerstand des Leiters, s der Querschnitt des Leiters, mm2.
Verlust der Netzspannung
Der letzte Ausdruck ermöglicht die rechnerische Berechnung des Spannungsverlusts in einer bestehenden Leitung bei bekannter Belastung oder die Wahl des Leiterquerschnitts für eine gegebene Belastung
Berechnung von Spannungsverlusten einphasiger Wechselstromnetze.
Wenn die Last rein aktiv ist (Beleuchtung, Heizgeräte usw.), unterscheidet sich die Berechnung nicht von der obigen Konstantlinienberechnung. Wenn die Last gemischt ist, d. h. der Leistungsfaktor von Eins abweicht, haben die Berechnungsformeln die Form:
Netzspannungsverlust
und den erforderlichen Außenleiterabschnitt
Für ein Verteilungsnetz mit einer Spannung von 0,4 kV, das Prozessleitungen und andere elektrische Empfänger von Holz- oder holzverarbeitenden Betrieben speist, wird sein Auslegungsschema erstellt und der Spannungsverlust für einzelne Abschnitte berechnet. Um die Berechnungen in solchen Fällen zu vereinfachen, verwenden Sie spezielle Tabellen. Geben wir ein Beispiel für eine solche Tabelle, die die Spannungsverluste in einer dreiphasigen Freileitung mit Aluminiumleitern mit einer Spannung von 0,4 kV zeigt.
Spannungsverluste werden nach folgender Formel ermittelt:
wobei ΔU – Spannungsverlust, V, ΔUAbschnitt – Wert der relativen Verluste, % pro 1 kW • km, Ma – das Produkt der übertragenen Leistung P (kW) mit der Länge der Leitung, kW • km.