الخسائر وانخفاض الجهد - ما هي الاختلافات

في الحياة البشرية العادية ، تُستخدم كلمتي "خسارة" و "سقوط" للإشارة إلى حقيقة حدوث انخفاض في إنجازات معينة ، لكنهما تعنيان قيمة مختلفة.

في هذه الحالة ، تعني "الخسائر" خسارة جزء ، أو تلف ، أو تقليل حجم المستوى الذي تم تحقيقه مسبقًا. الخسائر غير مرغوب فيها ، لكن يمكنك تحملها.

تُفهم كلمة "سقوط" على أنها ضرر أكثر خطورة يرتبط بالحرمان الكامل من الحقوق. وبالتالي ، حتى الخسائر التي تحدث أحيانًا (على سبيل المثال ، محفظة) بمرور الوقت يمكن أن تؤدي إلى انخفاض (على سبيل المثال ، مستوى الحياة المادية).

في هذا الصدد ، سننظر في هذا السؤال فيما يتعلق بجهد الشبكة الكهربائية.

كيف تتشكل الفقد وانخفاض الجهد

يتم نقل الكهرباء لمسافات طويلة بواسطة الخطوط الهوائية من محطة فرعية إلى أخرى.

تم تصميم الخطوط العلوية لنقل الطاقة المسموح بها وهي مصنوعة من أسلاك معدنية من مادة وقسم معين. إنها تخلق حملاً مقاومًا بقيمة مقاومة R وحمل تفاعلي لـ X.

يقف على الجانب المستقبل محولتحويل الكهرباء.لفائفها مقاومة استقرائية نشطة وواضحة XL. يخفض الجانب الثانوي من المحول الجهد وينقله إلى المستهلكين ، الذين يتم التعبير عن حملهم بقيمة Z ويكون نشطًا وسعيًا واستقرائيًا بطبيعته. يؤثر هذا أيضًا على المعلمات الكهربائية للشبكة.

الجهد المطبق على أسلاك دعم الخط العلوي ، الأقرب إلى محطة نقل الطاقة الفرعية ، يتغلب على المقاومة التفاعلية والنشطة للدائرة في كل مرحلة ويخلق تيارًا فيه ، ينحرف متجه عن متجه الجهد المطبق بزاوية φ.

تظهر في الصورة طبيعة توزيع الفولتية وتدفق التيارات على طول الخط في وضع الحمل المتماثل.

نظرًا لأن كل مرحلة من مراحل الخط تغذي عددًا مختلفًا من المستهلكين الذين تم فصلهم أو توصيلهم بشكل عشوائي أيضًا بالعمل ، فمن الصعب جدًا من الناحية الفنية تحقيق توازن مثالي في حمل المرحلة. يوجد دائمًا عدم توازن فيه ، والذي يتم تحديده من خلال إضافة المتجه لتيارات الطور ويتم كتابته كـ 3I0. في معظم العمليات الحسابية ، يتم تجاهلها ببساطة.

يتم إنفاق الطاقة التي تستهلكها محطة الإرسال الفرعية جزئيًا في التغلب على مقاومة الخط وتصل إلى جانب الاستقبال دون تغيير يذكر. يتميز هذا الكسر بالفقد وانخفاض الجهد ، حيث يتناقص متجه قليلاً في السعة ويتم إزاحته بزاوية في كل مرحلة.

كيف يتم حساب الخسائر وانخفاض الجهد

من أجل فهم العمليات التي تحدث أثناء نقل الكهرباء ، يكون شكل المتجه مناسبًا لتمثيل الخصائص الرئيسية. تعتمد طرق الحساب الرياضية المختلفة أيضًا على هذه الطريقة.

لتبسيط العمليات الحسابية في نظام ثلاث مراحل يتم تمثيله بثلاث دوائر مكافئة أحادية الطور. تعمل هذه الطريقة بشكل جيد مع الحمل المتماثل وتسمح لك بتحليل العمليات عند تعطلها.

في المخططات أعلاه ، يتم توصيل R النشط والمفاعلة X لكل موصل للخط في سلسلة مع مقاومة الحمل المعقدة Zn التي تتميز بالزاوية φ.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء حساب فقد الجهد وانخفاض الجهد في مرحلة واحدة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى تحديد البيانات. لهذا الغرض ، يتم اختيار محطة فرعية تستقبل الطاقة ، حيث يجب تحديد الحمل المسموح به بالفعل.

يشار بالفعل إلى قيمة الجهد لأي نظام عالي الجهد في الكتب المرجعية ، ويتم تحديد مقاومة الأسلاك حسب طولها ومقطعها العرضي والمواد وتكوين الشبكة. يتم ضبط الحد الأقصى للتيار في الدائرة وتحديده بخصائص الأسلاك.

لذلك ، لبدء الحسابات ، لدينا: U2 ، R ، X ، Z ، I ، φ.

نأخذ طورًا واحدًا ، على سبيل المثال ، "أ" ونفصل له في المستوى المركب المتجهين U2 و I ، مزاحين بزاوية φ ، كما هو موضح في الشكل 1. يتطابق فرق الجهد في المقاومة النشطة للموصل في الاتجاه مع التيار والحجم يتحدد من التعبير I ∙ R. نؤجل هذا المتجه من نهاية U2 (الشكل 2).

يختلف الاختلاف المحتمل في مفاعلة الموصل عن اتجاه التيار بزاوية φ1 ويتم حسابه من المنتج I ∙ X. قمنا بتأجيله من المتجه I ∙ R (الشكل 3).

تذكير: من أجل الاتجاه الإيجابي لدوران المتجهات في المستوى المعقد ، يتم أخذ حركة عكس اتجاه عقارب الساعة. التيار المتدفق عبر الحمل الاستقرائي يتخلف عن الجهد المطبق بزاوية.

يوضح الشكل 4 رسم متجهات فرق الجهد على مقاومة السلك الكلية I ∙ Z والجهد عند مدخل الدائرة U1.

يمكنك الآن مقارنة متجهات الإدخال بالدائرة المكافئة وعبر الحمل. للقيام بذلك ، ضع الرسم البياني الناتج أفقيًا (الشكل 5) وارسم قوسًا من البداية بنصف قطر الوحدة النمطية U1 حتى يتقاطع مع اتجاه المتجه U2 (الشكل 6).

يوضح الشكل 7 تكبيرًا للمثلث لمزيد من الوضوح ورسم الخطوط المساعدة ، مما يشير إلى النقاط المميزة للتقاطع مع الأحرف.

يظهر في أسفل الصورة أن المتجه الناتج عن التيار المتردد يسمى انخفاض الجهد ويطلق على ab الخسارة. تختلف في الحجم والاتجاه. إذا عدنا إلى المقياس الأصلي ، فسنرى أنه تم الحصول على ac نتيجة للطرح الهندسي للمتجهات (U2 من U1) ، وأن ab حسابي. تظهر هذه العملية في الصورة أدناه (الشكل 8).

اشتقاق المعادلات لحساب فقد الجهد

لنعد الآن إلى الشكل 7 ونلاحظ أن القطعة bd صغيرة جدًا. لهذا السبب ، يتم إهماله في الحسابات ويتم حساب خسارة الجهد من طول المقطع الإعلاني. وهو يتألف من جزأين خطي ae و ed.

بما أن ae = I ∙ R ∙ cosφ و ed = I ∙ x ∙ sinφ ، فيمكن حساب فقد الجهد لمرحلة واحدة بالصيغة:

∆ Up = I ∙ R ∙ cosφ + I ∙ x ∙ sinφ

إذا افترضنا أن الحمل متماثل في جميع المراحل (مع إهمال مشروط 3I0) ، فيمكننا استخدام الطرق الرياضية لحساب فقد الجهد في الخط.

∆Ul = √3I ∙ (R ∙ cosφ + x ∙ sinφ)

إذا تم ضرب الجانب الأيمن من هذه الصيغة وقسمته على جهد الشبكة Un ، فإننا نحصل على صيغة تسمح لنا بإجراء حساب pCalculation لخسائر الجهد من خلال مصدر الطاقة.

∆Ul = (P ∙ r + Q ∙ x) / Un

يمكن أخذ قيم P النشطة والقدرة Q التفاعلية من قراءات عداد الخط.

وبالتالي ، فإن فقدان الجهد في الدائرة الكهربائية يعتمد على:

• نشط ومفاعلة الدائرة ؛

• مكونات القوة المطبقة

• مقدار الجهد المطبق.

اشتقاق المعادلات لحساب المكون المستعرض لانخفاض الجهد

لنعد إلى الشكل 7. قيمة المتجه ac يمكن تمثيلها بوتر المثلث القائم acd. لقد قمنا بالفعل بحساب قدم الإعلان. دعونا نحدد المكون المستعرض cd.

يوضح الشكل أن cd = cf-df.

df = ce = I ∙ R ∙ sin.

cf = I ∙ x ∙ cos φ.

cd = I ∙ x ∙ cosφ-I ∙ R ∙ sinφ.

باستخدام النماذج التي تم الحصول عليها ، نقوم بإجراء تحويلات رياضية صغيرة والحصول على المكون العرضي لانخفاض الجهد.

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

تحديد معادلة حساب الجهد U1 في بداية خط الكهرباء

بمعرفة قيمة الجهد في نهاية الخط U2 ، والخسارة ∆U والمكون المستعرض للإسقاط δU ، يمكننا حساب قيمة المتجه U1 بواسطة نظرية فيثاغورس. في الشكل الموسع ، لها الشكل التالي.

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

الاستخدام العملي

يتم حساب خسائر الجهد بواسطة المهندسين في مرحلة إنشاء مشروع دائرة كهربائية من أجل الاختيار الأمثل لتكوين الشبكة والعناصر المكونة لها.

أثناء تشغيل التركيبات الكهربائية ، إذا لزم الأمر ، يمكن إجراء قياسات متزامنة لمتجهات الجهد في نهايات الخطوط بشكل دوري ويمكن مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بطريقة الحسابات البسيطة.هذه الطريقة مناسبة للأجهزة التي زادت المتطلبات بسبب الحاجة إلى دقة عمل عالية.

خسائر الجهد في الدوائر الثانوية

ومن الأمثلة على ذلك الدوائر الثانوية لمحولات قياس الجهد ، والتي يصل طولها أحيانًا إلى عدة مئات من الأمتار ويتم نقلها بواسطة كابل طاقة خاص مع زيادة المقطع العرضي.

تخضع الخصائص الكهربائية لمثل هذا الكبل لمتطلبات متزايدة لجودة نقل الجهد.

تتطلب الحماية الحديثة للمعدات الكهربائية تشغيل أنظمة قياس بمؤشرات مترولوجية عالية ودرجة دقة 0.5 أو حتى 0.2. لذلك ، يجب مراقبة خسائر الجهد المطبق عليها وأخذها في الاعتبار. خلاف ذلك ، فإن الخطأ الذي أدخلوه في تشغيل الجهاز يمكن أن يؤثر بشكل كبير على جميع الخصائص التشغيلية.

خسائر الجهد في خطوط الكابلات الطويلة

تتمثل ميزة تصميم الكبل الطويل في أنه يتمتع بمقاومة سعوية نظرًا للترتيب الوثيق نسبيًا للنوى الموصلة وطبقة رقيقة من العزل بينها. إنه ينحرف كذلك عن المتجه الحالي الذي يمر عبر الكبل ويغير حجمه.

يجب أن يؤخذ تأثير انخفاض الجهد على المقاومة السعوية في الاعتبار عند الحساب لتغيير قيمة I ∙ z. خلاف ذلك ، فإن التكنولوجيا الموضحة أعلاه لا تتغير.

تقدم المقالة أمثلة على الخسائر وانخفاض الجهد على خطوط الطاقة والكابلات العلوية. ومع ذلك ، فهي موجودة في جميع مستهلكي الكهرباء ، بما في ذلك المحركات الكهربائية والمحولات والمحاثات وبنوك المكثفات والأجهزة الأخرى.

يتم تنظيم مقدار فقد الجهد لكل نوع من أنواع المعدات الكهربائية قانونًا من حيث ظروف التشغيل ، ومبدأ تحديدها في جميع الدوائر الكهربائية هو نفسه.