損失と電圧降下 - 違いは何ですか

一般的な人間の生活では、「喪失」や「堕落」という言葉は、特定の成果が減少するという事実を表すために使用されますが、それらは異なる価値を意味します。

この場合、「損失」とは、部品の損失、損傷、以前に達成されていたレベルのサイズの縮小を意味します。損失は​​望ましくありませんが、許容できます。

「堕落」という言葉は、権利の完全な剥奪に伴うより深刻な害として理解されています。したがって、時折発生する損失 (ポートフォリオなど) であっても、時間の経過とともに低下 (たとえば、物質的寿命のレベル) につながる可能性があります。

これに関して、この問題を電気ネットワークの電圧に関連して検討します。

損失と電圧降下がどのように形成されるか

電気は架線によって変電所から変電所まで長距離を運ばれます。

架空線は許容電力を伝送するように設計されており、特定の材質と断面の金属線で構成されています。これらは、抵抗値 R と無効負荷 X の抵抗負荷を作成します。

受け取る側ではそれが立ちます 変成器電気の変換。そのコイルにはアクティブで顕著な誘導抵抗 XL があります。変圧器の二次側は電圧を下げて消費者にさらに伝送します。消費者の負荷は Z の値で表され、本質的に能動、容量性、誘導性となります。これはネットワークの電気パラメータにも影響します。

送電変電所に最も近い架空線の支持線に印加される電圧は、各相の回路の無効抵抗と能動抵抗を克服し、そのベクトルが回路のベクトルから外れる電流を生成します。角度 φ だけ電圧を印加します。

対称負荷モードの電圧分布と線路に沿った電流の流れの性質が写真に示されています。

回線の各フェーズは異なる数の消費者に電力を供給し、それらの消費者もランダムに切断されたり接続されたりするため、フェーズの負荷を完全にバランスさせることは技術的に非常に困難です。そこには常に不均衡が存在します。これは相電流のベクトル加算によって決定され、3I0 として記述されます。ほとんどの計算では、これは単純に無視されます。

送電変電所で消費されるエネルギーの一部は、線路の抵抗を克服するために費やされ、ほとんど変化せずに受信側に到達します。この部分は損失と電圧降下によって特徴付けられ、そのベクトルは振幅がわずかに減少し、各位相で角度だけシフトします。

損失と電圧降下の計算方法

電力伝送中に発生するプロセスを理解するには、主な特性を表すベクトル形式が便利です。さまざまな数学的計算方法もこの方法に基づいています。

計算を簡略化するには 三相システム それは 3 つの単相等価回路で表されます。この方法は対称的な負荷に適しており、負荷が壊れたときにプロセスを分析できます。

上の図では、線路の各導体のアクティブ R とリアクタンス X が、角度 φ で特徴付けられる複素負荷抵抗 Zn と直列に接続されています。

また、一相の電圧損失と電圧降下を計算します。これを行うには、データを指定する必要があります。この目的のために、エネルギーを受け取る変電所が選択されますが、許容負荷はあらかじめ決定されている必要があります。

高電圧システムの電圧値はすでに参考書に記載されており、ワイヤの抵抗はその長さ、断面積、材質、ネットワークの構成によって決まります。回路内の最大電流は、ワイヤの特性によって設定および制限されます。

したがって、計算を開始するには、U2、R、X、Z、I、φ が必要になります。

たとえば、«A» という 1 つの相をとり、図 1 に示すように、ベクトル U2 と I を複素平面内で角度 φ だけずらして分離します。導体のアクティブ抵抗の電位差は方向が一致します。電流と大きさは式 I ∙ R から決定されます。このベクトルを U2 の終わりから延期します (図 2)。

導体のリアクタンスの電位差は電流の方向と角度 φ1 だけ異なり、積 I ∙ X から計算されます。ベクトル I ∙ R から延期されます (図 3)。

注意: 複素平面内のベクトルの回転の正の方向の場合、反時計回りの動きが行われます。誘導負荷を流れる電流は、印加電圧よりもある角度だけ遅れます。

図 4 は、総配線抵抗 I ∙ Z と回路 U1 の入力電圧に対する電位差ベクトルのプロットを示しています。

これで、入力ベクトルを等価回路および負荷全体と比較できるようになりました。これを行うには、結果の図を水平に置き (図 5)、モジュール U1 の半径で最初からベクトル U2 の方向と交差するまで円弧を描きます (図 6)。

図 7 は、より明確にするために三角形を拡大し、文字との特徴的な交点を示す補助線を引いたものを示しています。

図の下部には、結果のベクトル ac が電圧降下と呼ばれ、ab が損失と呼ばれることが示されています。サイズも方向も異なります。元のスケールに戻ると、ac はベクトル (U1 から U2) の幾何学的減算の結果として得られ、ab は算術であることがわかります。このプロセスを下の図に示します (図 8)。

電圧損失の計算式の導出

ここで図 7 に戻り、bd セグメントが非常に小さいことに注目してください。このため、計算では無視し、セグメント長adから電圧損失を計算します。これは 2 つの線分 ae と ed で構成されます。

ae = I ∙ R ∙ cosφ および ed = I ∙ x ∙ sinφ であるため、1 相の電圧損失は次の式で計算できます。

∆Uph = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

負荷がすべての相で対称であると仮定すると (条件付きで 3I0 を無視)、数学的手法を使用して線路の電圧損失を計算できます。

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

この式の右側をネットワーク電圧 Un で乗算および除算すると、電源を介した電圧損失の pCalculation を実行できる式が得られます。

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

有効 P 電力と無効 Q 電力の値は、ラインメーターの測定値から取得できます。

したがって、電気回路における電圧損失は次の要素によって決まります。

• 回路のアクティブとリアクタンス。

• 印加電力の成分。

• 印加電圧の大きさ。

電圧降下の横成分を計算する式の導出

図 7 に戻りましょう。ベクトル ac の値は、直角三角形 acd の斜辺で表すことができます。広告フットはすでに計算されています。横成分 cd を決定しましょう。

この図は、cd = cf-df であることを示しています。

df = ce = I ∙ R ∙ sin φ。

cf = I ∙ x ∙ cos φ。

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ。

取得したモデルを使用して、小さな数学的変換を実行し、電圧降下の横成分を取得します。

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

電力線の始点の電圧U1を計算する式の決定

線路 U2 の端の電圧の値、損失 ΔUl、および液滴の横方向成分 δU がわかれば、ピタゴラスの定理によってベクトル U1 の値を計算できます。展開すると以下のような形になります。

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

実用

電圧損失の計算は、ネットワークの構成とその構成要素を最適に選択するために、電気回路プロジェクトを作成する段階でエンジニアによって実行されます。

電気設備の運用中、必要に応じて、線路の両端の電圧ベクトルの同時測定を定期的に実行し、単純な計算方法で得られた結果を比較することができ、この方法は、増加した機器に適しています。高い作業精度が求められるため、

二次回路での電圧損失

一例としては、測定用変圧器の二次回路が挙げられます。この回路は長さが数百メートルに達することもあり、断面積が増加した特別な電力ケーブルによって伝送されます。

このようなケーブルの電気的特性には、電圧伝送の品質に対する要求が厳しくなっています。

現代の電気機器の保護には、高度な計量インジケーターと 0.5 または 0.2 の精度クラスを備えた測定システムの操作が必要です。したがって、それらに印加される電圧の損失を監視し、考慮する必要があります。そうしないと、それらによって機器の動作に導入されるエラーがすべての動作特性に重大な影響を与える可能性があります。

長いケーブルラインでの電圧損失

長いケーブルの設計の特徴は、導電性コアがかなり密に配置され、それらの間に薄い絶縁層があるため、容量性抵抗があることです。これにより、ケーブルを通過する電流ベクトルがさらに偏向され、その大きさが変化します。

I ∙ z の値を変更するには、容量性抵抗に対する電圧降下の影響を計算で考慮する必要があります。それ以外の場合、上記のテクノロジーは変わりません。

この記事では、架空送電線とケーブルでの損失と電圧降下の例を示します。ただし、それらは電気モーター、変圧器、インダクター、コンデンサーバンク、その他のデバイスを含む、電気を消費するすべての機器に存在します。

電気機器の種類ごとに電圧損失の量は動作条件に関して法的に規制されており、その決定原理はすべての電気回路で同じです。