2.2 Вибір перерізу проводів і кабелів за витратами напруги

При передачі електричної енергії до приймачів мають місце втрати напруги, величина яких не повинна перевищувати норми, що встановлені Держстандартом 13109-97.

Втрата напруги це фактично різниця між величиною напруги (фазною або лінійною) на початку лінії U1 і в кінці лінії U2, тобто

(2.6)

Чим більший переріз провідника, тим менше втрати напруги в ньому при однаковому навантаженні і, навпаки, чим менший переріз провідника тим більше втрати. Тому вибір перерізу проводів і жил кабелів за допустимою втратою напруги є важливим, так як забезпечує стабільність напруги у приймачів, яка згідно нормам знаходиться в межах ±5% U_ном при номінальному навантаженні.

Розрахунок мереж за втратою напруги використовують в основному для вибору перерізу проводів і жил кабелів освітлювальних мереж, а також ліній, що мають великі відстані. Для розрахунку за цим методом можливе використання заданих потужностей, або величини струмів, що відповідають заданим потужностям.

Величину розрахункового струму, що споживає струмо- приймач з мережі визначається:

• для ліній постійного струму

; (2.7)

• для ліній однофазного змінного струму

; (2.8)

• для ліній трифазного змінного струму

, (2.9)

де І –струм в лінії, А; Р_с– потужність споживача, Вт (кВт); U_ном – номінальна напруга споживача, В (кВ); cos – коефіцієнт потужності споживача.

Для ліній постійного струму переріз проводів за заданою втратою напруги ∆U визначається:

(2.10)

де l – довжина лінії в один кінець м;

𝛾 – питома провідність матеріалу провідника, См/м, або Ом^-1/м.

Якщо визначати втрату напруги у відсотках від номінального значення ,тобто за формулою

, (2.11)

то вираз (2.10) буде мати вигляд:

, (2.12)

або

. (2.13)

Для однофазної мережі змінного струму (якщо можливо нехтувати індуктивним опором лінії х для випадку коли х<1/3S) переріз проводів визначають за формулами:

, (2.14)

або

. (2.15)

Для трифазної мережі змінного струму матиме:

, (2.16)

або

(2.17)

Переріз нульового проводу чотирипровідної мережі зазвичай не розраховують , а приймають його рівним від 1/3 до ½ від перерізу лінійних проводів. Останім часом пропонується переріз нульового проводу приймати рівним перерізу фазового.

Якщо в трифазній лінії індуктивним опором знехтувати неможна, то розрахунок ускладнюється і втрата напруги визначається за формулою:

(2.18)

де ∆U_a – втрата напруги, що обумовлена активним опором R, В;

∆U_р – втрата напруги, що обумовлена реактивним опором лінії X, В.

Отже, для цього випадку вибір перерізу проводів і кабелів проводиться методом ітерації, виходячи з допустимої напруги ∆U_доп. Спочатку задаються деяким середнім значенням питомого індуктивного опору х₀, за допомогою якого визначають індуктивний опір лінії

, Ом (2.19)

і реактивну складову втрати напруги

, (2.20)

де Q_c – реактивна складова потужності споживача , ВАр.

Потім визначається допустиме значення активної складової втрати напруги:

,

або

. (2.21)

З рівняння (2.21) знаходимо

(2.22)

Отримане значення перерізу кабелю приводять до найближчого більшого стандартного і за дійсними значеннями R і X та визначаються фактичні втрати напруги ∆U_факт формулою (2.18). Після цього здійснюється порівняння ∆U_факт і ∆U_доп ( за нормами). Якщо ∆U_факт >∆U_доп , то вибирають наступний більший за стандартом переріз і повторюють розрахунок ∆U_факт. Після чого знову перевіряють співвідношення ∆U_факт і ∆U_доп. Якщо ∆U_факт<∆U_доп розрахунок зупиняється і цей переріз приймається як основний.