Kerugian dan penurunan voltase - apa bedanya

Dalam kehidupan manusia biasa, kata "kerugian" dan "kejatuhan" digunakan untuk menunjukkan fakta penurunan pencapaian tertentu, tetapi artinya berbeda nilainya.

Dalam hal ini, «kerugian» berarti kehilangan sebagian, kerusakan, pengurangan ukuran dari level yang dicapai sebelumnya. Kerugian tidak diinginkan, tetapi Anda bisa mentolerirnya.

Kata "jatuh" dipahami sebagai kerugian yang lebih serius yang terkait dengan perampasan hak sepenuhnya. Jadi, kerugian yang terjadi sesekali (misalnya, portofolio) dari waktu ke waktu dapat menyebabkan penurunan (misalnya, tingkat kehidupan material).

Dalam hal ini, kami akan mempertimbangkan pertanyaan ini sehubungan dengan tegangan jaringan listrik.

Bagaimana kerugian dan penurunan tegangan terbentuk

Listrik dialirkan dalam jarak jauh melalui saluran udara dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya.

Saluran udara dirancang untuk mentransmisikan daya yang diizinkan dan terbuat dari kabel logam dari bahan dan bagian tertentu. Mereka membuat beban resistif dengan nilai resistansi R dan beban reaktif X.

Di sisi penerima itu berdiri transformatorkonversi listrik.Kumparannya memiliki resistansi induktif XL yang aktif dan jelas. Sisi sekunder trafo menurunkan tegangan dan mentransmisikannya lebih jauh ke konsumen, yang bebannya dinyatakan dengan nilai Z dan bersifat aktif, kapasitif dan induktif. Ini juga mempengaruhi parameter listrik jaringan.

Tegangan yang diterapkan pada kabel pendukung saluran udara, yang paling dekat dengan gardu transmisi daya, mengatasi resistansi reaktif dan aktif dari rangkaian di setiap fase dan menciptakan arus di dalamnya, yang vektornya menyimpang dari vektor saluran. tegangan yang diberikan oleh sudut φ.

Sifat distribusi tegangan dan aliran arus sepanjang garis untuk mode beban simetris ditunjukkan pada foto.

Karena setiap fase saluran memberi makan sejumlah konsumen yang berbeda yang juga terputus atau terhubung secara acak untuk bekerja, secara teknis sangat sulit untuk menyeimbangkan beban fase dengan sempurna. Selalu ada ketidakseimbangan di dalamnya, yang ditentukan oleh penambahan vektor arus fasa dan ditulis sebagai 3I0. Dalam kebanyakan perhitungan, ini diabaikan begitu saja.

Energi yang dikonsumsi oleh gardu transmisi sebagian dihabiskan untuk mengatasi hambatan saluran dan mencapai sisi penerima dengan sedikit perubahan. Fraksi ini dicirikan oleh kehilangan dan penurunan tegangan, vektor yang amplitudonya sedikit berkurang dan digeser oleh sudut di setiap fase.

Bagaimana kerugian dan penurunan tegangan dihitung

Untuk memahami proses yang terjadi selama transmisi listrik, bentuk vektor cocok untuk merepresentasikan karakteristik utama. Berbagai metode perhitungan matematis juga didasarkan pada metode ini.

Untuk mempermudah perhitungan pada sistem tiga fase itu diwakili oleh tiga sirkuit ekivalen fase tunggal. Metode ini bekerja dengan baik dengan beban simetris dan memungkinkan Anda menganalisis proses saat rusak.

Pada diagram di atas, R aktif dan reaktansi X dari setiap konduktor saluran dihubungkan secara seri dengan resistansi beban kompleks Zn yang dicirikan oleh sudut φ.

Selain itu dilakukan perhitungan rugi tegangan dan jatuh tegangan dalam satu fasa. Untuk melakukan ini, Anda perlu menentukan data. Untuk tujuan ini, dipilih gardu yang menerima energi, di mana beban yang diizinkan harus sudah ditentukan.

Nilai tegangan dari sistem tegangan tinggi apa pun sudah ditunjukkan dalam buku referensi, dan resistansi kabel ditentukan oleh panjang, penampang, material, dan konfigurasi jaringannya. Arus maksimum dalam rangkaian diatur dan dibatasi oleh sifat-sifat kabel.

Oleh karena itu, untuk memulai perhitungan, kita memiliki: U2, R, X, Z, I, φ.

Kami mengambil satu fase, misalnya, «A» dan memisahkannya dalam bidang kompleks vektor U2 dan I, yang dipindahkan oleh sudut φ, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Perbedaan potensial dalam resistansi aktif konduktor bertepatan dengan arah dengan arus dan besarnya ditentukan dari ekspresi I ∙ R. Kami menunda vektor ini dari ujung U2 (Gbr. 2).

Perbedaan potensial dalam reaktansi konduktor berbeda dari arah arus dengan sudut φ1 dan dihitung dari produk I ∙ X. Kami menundanya dari vektor I ∙ R (Gbr. 3).

Pengingat: untuk arah rotasi positif vektor pada bidang kompleks, gerakan berlawanan arah jarum jam dilakukan. Arus yang mengalir melalui beban induktif tertinggal dari tegangan yang diberikan dengan suatu sudut.

Gambar 4 menunjukkan plot vektor beda potensial pada resistansi kawat total I ∙ Z dan tegangan pada input rangkaian U1.

Sekarang Anda dapat membandingkan vektor input ke sirkuit ekuivalen dan melintasi beban. Untuk melakukan ini, letakkan diagram yang dihasilkan secara horizontal (Gbr. 5) dan gambar busur dari awal dengan jari-jari modul U1 hingga berpotongan dengan arah vektor U2 (Gbr. 6).

Gambar 7 menunjukkan pembesaran segitiga untuk kejelasan yang lebih besar dan gambar garis bantu, yang menunjukkan titik-titik karakteristik perpotongan dengan huruf.

Di bagian bawah gambar terlihat bahwa vektor yang dihasilkan ac disebut drop tegangan dan ab disebut loss. Mereka berbeda dalam ukuran dan arah. Jika kita kembali ke skala semula, kita akan melihat bahwa ac diperoleh sebagai hasil pengurangan geometris vektor (U2 dari U1), dan ab adalah aritmatika. Proses ini ditunjukkan pada gambar di bawah ini (Gbr. 8).

Penurunan rumus untuk menghitung kerugian tegangan

Sekarang mari kembali ke Gambar 7 dan perhatikan bahwa segmen bd sangat kecil. Untuk alasan ini, diabaikan dalam perhitungan dan rugi tegangan dihitung dari panjang segmen iklan. Ini terdiri dari dua segmen garis ae dan ed.

Karena ae = I ∙ R ∙ cosφ dan ed = I ∙ x ∙ sinφ, maka rugi tegangan untuk satu fasa dapat dihitung dengan rumus:

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

Jika kita mengasumsikan bahwa beban simetris di semua fase (mengabaikan 3I0 secara kondisional), kita dapat menggunakan metode matematika untuk menghitung kehilangan tegangan di saluran.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

Jika sisi kanan rumus ini dikalikan dan dibagi dengan tegangan jaringan Un, maka kita mendapatkan rumus yang memungkinkan kita melakukan perhitungan kehilangan tegangan melalui catu daya.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

Nilai daya P aktif dan Q reaktif dapat diambil dari pembacaan meter garis.

Dengan demikian, kehilangan tegangan dalam rangkaian listrik tergantung pada:

• aktif dan reaktansi sirkuit;

• komponen daya yang diterapkan;

• besarnya tegangan yang diberikan.

Derivasi rumus untuk menghitung komponen transversal dari penurunan tegangan

Mari kembali ke Gambar 7. Nilai vektor ac dapat direpresentasikan dengan sisi miring dari segitiga siku-siku acd. Kami telah menghitung kaki iklan. Mari kita tentukan cd komponen melintang.

Angka tersebut menunjukkan bahwa cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

Dengan menggunakan model yang diperoleh, kami melakukan transformasi matematika kecil dan mendapatkan komponen transversal dari penurunan tegangan.

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

Penentuan rumus untuk menghitung tegangan U1 di awal saluran listrik

Mengetahui nilai tegangan di ujung garis U2, kerugian ∆Ul dan komponen transversal dari penurunan δU, kita dapat menghitung nilai vektor U1 dengan teorema Pythagoras. Dalam bentuk yang diperluas, ia memiliki bentuk berikut.

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

Penggunaan praktis

Perhitungan kerugian tegangan dilakukan oleh para insinyur pada tahap pembuatan proyek rangkaian listrik untuk pemilihan konfigurasi jaringan yang optimal dan elemen penyusunnya.

Selama pengoperasian instalasi listrik, jika perlu, pengukuran vektor tegangan pada ujung saluran secara simultan dapat dilakukan secara berkala dan hasil yang diperoleh dengan metode perhitungan sederhana dapat dibandingkan Metode ini cocok untuk perangkat yang telah meningkat persyaratan karena kebutuhan untuk akurasi kerja yang tinggi.

Kerugian tegangan di sirkuit sekunder

Contohnya adalah sirkuit sekunder dari trafo pengukur tegangan, yang terkadang mencapai panjang beberapa ratus meter dan ditransmisikan oleh kabel daya khusus dengan penampang yang diperbesar.

Karakteristik kelistrikan dari kabel semacam itu tunduk pada persyaratan yang meningkat untuk kualitas transmisi tegangan.

Perlindungan modern peralatan listrik membutuhkan pengoperasian sistem pengukuran dengan indikator metrologi tinggi dan kelas akurasi 0,5 atau bahkan 0,2. Oleh karena itu, kehilangan tegangan yang diterapkan padanya harus dipantau dan diperhitungkan. Jika tidak, kesalahan yang mereka lakukan dalam pengoperasian peralatan dapat secara signifikan memengaruhi semua karakteristik operasional.

Kehilangan tegangan pada saluran kabel yang panjang

Keunikan dari desain kabel panjang adalah memiliki resistansi kapasitif karena susunan inti konduktor yang cukup dekat dan lapisan tipis insulasi di antara keduanya. Lebih jauh membelokkan vektor arus yang melewati kabel dan mengubah besarnya.

Pengaruh drop tegangan pada resistansi kapasitif harus diperhitungkan dalam perhitungan untuk mengubah nilai I ∙ z. Kalau tidak, teknologi yang dijelaskan di atas tidak berubah.

Artikel ini memberikan contoh kerugian dan penurunan tegangan pada saluran listrik dan kabel di atas kepala. Namun, mereka ditemukan di semua konsumen listrik, termasuk motor listrik, transformator, induktor, bank kapasitor, dan perangkat lainnya.

Jumlah kehilangan tegangan untuk setiap jenis peralatan listrik diatur secara hukum dalam hal kondisi operasi, dan prinsip penentuannya di semua rangkaian listrik adalah sama.