Tổn thất và sụt áp - sự khác biệt là gì

Trong cuộc sống bình thường của con người, các từ "mất" và "rơi" được dùng để biểu thị sự sụt giảm về thành tích nhất định, nhưng chúng có nghĩa là một giá trị khác.

Trong trường hợp này, «tổn thất» có nghĩa là mất một phần, thiệt hại, giảm kích thước của mức đạt được trước đó. Tổn thất là điều không mong muốn, nhưng bạn có thể chịu đựng được.

Từ “sa ngã” được hiểu là sự tổn hại nghiêm trọng hơn đi kèm với sự tước bỏ hoàn toàn quyền lợi. Do đó, thậm chí các khoản lỗ đôi khi xảy ra (ví dụ: danh mục đầu tư) theo thời gian có thể dẫn đến sự suy giảm (ví dụ: mức sống vật chất).

Về vấn đề này, chúng tôi sẽ xem xét câu hỏi này liên quan đến điện áp của mạng điện.

Tổn thất và sụt áp được hình thành như thế nào

Điện được vận chuyển trên một khoảng cách dài bằng đường dây trên không từ trạm biến áp này sang trạm biến áp khác.

Đường dây trên không được thiết kế để truyền tải công suất cho phép và được làm bằng dây kim loại có chất liệu và tiết diện nhất định. Chúng tạo ra tải điện trở có giá trị điện trở R và tải phản kháng X.

Ở phía nhận nó đứng máy biến thếchuyển đổi điện năng.Các cuộn dây của nó có điện trở cảm ứng XL chủ động và rõ rệt. Phía thứ cấp của máy biến áp làm giảm điện áp và truyền nó xa hơn đến người tiêu dùng, có tải được biểu thị bằng giá trị của Z và có bản chất hoạt động, điện dung và cảm ứng. Điều này cũng ảnh hưởng đến các thông số điện của mạng.

Điện áp đặt vào các dây hỗ trợ của đường dây trên không, gần trạm biến áp truyền tải điện nhất, vượt qua điện trở phản kháng và hoạt động của mạch trong mỗi pha và tạo ra một dòng điện trong đó, vectơ của nó lệch khỏi vectơ của điện áp đặt vào một góc φ.

Bản chất của sự phân bố điện áp và dòng điện dọc theo đường dây cho chế độ tải đối xứng được hiển thị trong ảnh.

Vì mỗi pha của đường dây cung cấp cho một số lượng người tiêu dùng khác nhau, những người này cũng bị ngắt kết nối hoặc kết nối ngẫu nhiên để làm việc, nên về mặt kỹ thuật, rất khó để cân bằng tải pha một cách hoàn hảo. Luôn có sự mất cân bằng trong nó, được xác định bằng phép cộng vectơ của các dòng pha và được viết là 3I0. Trong hầu hết các tính toán, nó chỉ đơn giản là bị bỏ qua.

Năng lượng tiêu thụ của trạm biến áp truyền tải được sử dụng một phần để khắc phục điện trở của đường dây và đến phía nhận với ít thay đổi. Phân số này được đặc trưng bởi tổn thất và sụt áp, véc tơ của chúng giảm nhẹ về biên độ và bị dịch chuyển một góc trong mỗi pha.

Cách tính tổn thất và sụt áp

Để hiểu các quá trình diễn ra trong quá trình truyền tải điện năng, dạng véc tơ thuận tiện cho việc biểu diễn các đặc điểm chính. Các phương pháp tính toán toán học khác nhau cũng dựa trên phương pháp này.

Để đơn giản hóa các tính toán trong hệ thống ba pha nó được biểu diễn bằng ba mạch tương đương một pha. Phương pháp này hoạt động tốt với tải đối xứng và cho phép bạn phân tích các quy trình khi nó bị hỏng.

Trong các sơ đồ trên, R hoạt động và điện kháng X của mỗi dây dẫn của đường dây được mắc nối tiếp với điện trở tải phức hợp Zn được đặc trưng bởi góc φ.

Ngoài ra, tính toán tổn thất điện áp và giảm điện áp trong một pha được thực hiện. Để làm điều này, bạn cần chỉ định dữ liệu. Với mục đích này, một trạm biến áp được chọn để nhận năng lượng, trong đó tải cho phép phải được xác định trước đó.

Giá trị điện áp của bất kỳ hệ thống điện áp cao nào đã được chỉ định trong sách tham khảo và điện trở của dây được xác định bởi chiều dài, mặt cắt ngang, vật liệu và cấu hình của mạng. Dòng điện tối đa trong mạch được thiết lập và giới hạn bởi các thuộc tính của dây dẫn.

Do đó, để bắt đầu tính toán, chúng ta có: U2, R, X, Z, I, φ.

Chúng tôi lấy một pha, ví dụ, «A» và phân tách cho nó trong mặt phẳng phức các vectơ U2 và I, dịch chuyển một góc φ, như trong Hình 1. Hiệu điện thế trong điện trở hoạt động của dây dẫn trùng với hướng với cường độ dòng điện và cường độ được xác định từ biểu thức I ∙ R. Chúng tôi hoãn vectơ này từ cuối U2 (Hình 2).

Sự khác biệt tiềm năng trong điện kháng của dây dẫn khác với hướng của dòng điện một góc φ1 và được tính từ tích I ∙ X. Chúng tôi hoãn nó từ vectơ I ∙ R (Hình 3).

Nhắc lại: đối với chiều quay dương của các vectơ trong mặt phẳng phức thì chuyển động ngược chiều kim đồng hồ. Dòng điện chạy qua tải cảm ứng trễ một góc so với điện áp đặt vào.

Hình 4 cho thấy đồ thị của các vectơ hiệu điện thế trên tổng điện trở dây I ∙ Z và điện áp ở đầu vào của mạch U1.

Bây giờ bạn có thể so sánh các vectơ đầu vào với mạch tương đương và trên tải. Để thực hiện việc này, hãy đặt sơ đồ thu được theo chiều ngang (Hình 5) và vẽ một cung từ đầu với bán kính của mô-đun U1 cho đến khi nó giao với hướng của vectơ U2 (Hình 6).

Hình 7 cho thấy phần mở rộng của hình tam giác để rõ hơn và vẽ các đường phụ, biểu thị các điểm giao nhau đặc trưng với các chữ cái.

Ở dưới cùng của hình ảnh cho thấy vectơ kết quả ac được gọi là điện áp rơi và ab được gọi là tổn thất. Chúng khác nhau về kích thước và hướng. Nếu chúng ta quay trở lại tỷ lệ ban đầu, chúng ta sẽ thấy rằng ac thu được là kết quả của phép trừ hình học của các vectơ (U2 từ U1) và ab là số học. Quá trình này được hiển thị trong hình bên dưới (Hình 8).

Dẫn xuất các công thức tính toán tổn thất điện áp

Bây giờ, hãy quay lại Hình 7 và nhận thấy rằng đoạn bd rất nhỏ. Vì lý do này, nó bị bỏ qua trong tính toán và tổn thất điện áp được tính từ chiều dài đoạn quảng cáo. Nó bao gồm hai đoạn thẳng ae và ed.

Vì ae = I ∙ R ∙ cosφ và ed = I ∙ x ∙ sinφ nên tổn thất điện áp một pha có thể tính theo công thức:

∆Up = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Nếu chúng ta giả sử rằng tải đối xứng trong tất cả các pha (bỏ qua 3I0 có điều kiện), chúng ta có thể sử dụng các phương pháp toán học để tính toán tổn thất điện áp trên đường dây.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Nếu vế phải của công thức này được nhân và chia cho điện áp mạng Un, thì chúng ta sẽ có một công thức cho phép chúng ta thực hiện pTính toán tổn thất điện áp qua nguồn điện.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Giá trị của công suất tác dụng P và phản kháng Q có thể được lấy từ chỉ số công tơ đường dây.

Như vậy, tổn thất điện áp trong mạch điện phụ thuộc vào:

• hoạt động và phản ứng của mạch;

• các thành phần của sức mạnh áp dụng;

• độ lớn của hiệu điện thế đặt vào.

Dẫn xuất các công thức tính thành phần ngang của điện áp rơi

Hãy quay trở lại Hình 7. Giá trị của vectơ ac có thể được biểu diễn bằng cạnh huyền của tam giác vuông acd. Chúng tôi đã tính toán chân quảng cáo. Hãy để chúng tôi xác định thành phần ngang cd.

Hình vẽ cho thấy cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Sử dụng các mô hình thu được, chúng tôi thực hiện các phép biến đổi toán học nhỏ và thu được thành phần ngang của điện áp rơi.

δU = √3I ∙ (x ∙ cosφ-r ∙ sinφ) = (P ∙ x-Q ∙ r)/Un.

Xác định công thức tính hiệu điện thế U1 ở đầu đoạn mạch điện

Biết giá trị của điện áp ở cuối đường dây U2, tổn hao ∆Ul và thành phần ngang của sụt áp δU, ta có thể tính giá trị của vectơ U1 theo định lý Pitago. Ở dạng mở rộng, nó có dạng sau.

U1 = √ [(U2 + (Pr + Qx) / Un)2+ ((Px-Qr) / Un)2].

Công dụng thực tế

Việc tính toán tổn thất điện áp được thực hiện bởi các kỹ sư ở giai đoạn tạo dự án mạch điện để lựa chọn tối ưu cấu hình của mạng và các phần tử cấu thành của nó.

Trong quá trình vận hành lắp đặt điện, nếu cần, có thể định kỳ tiến hành đo đồng thời các vectơ điện áp ở các đầu đường dây và có thể so sánh kết quả thu được bằng phương pháp tính toán đơn giản. yêu cầu do yêu cầu độ chính xác công việc cao.

Tổn thất điện áp trong mạch thứ cấp

Một ví dụ là mạch thứ cấp của máy biến điện áp đo lường, đôi khi dài tới vài trăm mét và được truyền bằng cáp nguồn đặc biệt có tiết diện tăng.

Các đặc tính điện của cáp như vậy phải tuân theo các yêu cầu gia tăng đối với chất lượng truyền tải điện áp.

Việc bảo vệ các thiết bị điện hiện đại đòi hỏi hoạt động của các hệ thống đo lường có chỉ số đo lường cao và cấp độ chính xác là 0,5 hoặc thậm chí 0,2. Do đó, tổn thất điện áp đặt vào chúng phải được theo dõi và tính đến. Mặt khác, lỗi do chúng đưa vào hoạt động của thiết bị có thể ảnh hưởng đáng kể đến tất cả các đặc tính hoạt động.

Tổn thất điện áp trong đường cáp dài

Đặc điểm của thiết kế cáp dài là nó có điện trở suất do sự sắp xếp khá chặt chẽ của các lõi dẫn điện và một lớp cách điện mỏng giữa chúng. Nó làm lệch thêm vectơ dòng điện đi qua cáp và thay đổi độ lớn của nó.

Ảnh hưởng của điện áp rơi đối với điện trở điện dung phải được tính đến trong tính toán để thay đổi giá trị của I ∙ z. Mặt khác, công nghệ được mô tả ở trên không thay đổi.

Bài viết đưa ra các ví dụ về tổn thất và sụt áp trên đường dây và cáp điện trên không. Tuy nhiên, chúng được tìm thấy trong tất cả người tiêu dùng điện, bao gồm động cơ điện, máy biến áp, cuộn cảm, tụ điện và các thiết bị khác.

Lượng tổn thất điện áp đối với từng loại thiết bị điện được quy định hợp pháp về điều kiện hoạt động và nguyên tắc xác định chúng trong tất cả các mạch điện là như nhau.