A feszültségesés pontos kiszámítása: alapvető módszerek és gyakorlati képletek

Ön egy 50 kVA-s dízelgenerátort állít be 300 méterre egy műhelytől. 4 AWG rézvezetéket használ, de amikor bekapcsolja a berendezést, a lámpák elhalványulnak, a motor lassan indul, és a vezérlő leold. A probléma nem a generátorral van, hanem a feszültségeséssel. A feszültségesés kiszámítása a kábel bevezetése előtt megelőzi ezeket a problémákat. Itt van az alapvető pont: a feszültségesés a feszültség csökkenése, amely akkor következik be, amikor az elektromos áram áthalad egy vezetőn. Maga a vezeték ellenállása és reaktanciája okozza ezt a veszteséget, és ennek eredményeként a terhelésnél kisebb a feszültség, mint a forrásnál. Bármilyen rögzített áramellátó rendszer esetében – legyen az egy gyári tartalék generátor, vagy egy bányászati ​​telephelyen lévő főerőmű – a feszültségesésnek a forrástól a legtávolabbi aljzatig javasolt 3%-os küszöbértéken belül kell maradnia a National Electrical Code (NEC) szerint. Ennek túllépése a berendezés károsodását, működési hibákat és biztonsági veszélyeket okozhat.

Miért fontos a feszültségesés az áramellátó berendezéseknél?

A feszültségesés nem csupán egy szám – közvetlenül befolyásolja a berendezés működését. Ha a terhelésnél a feszültség a névleges érték alá esik, az indukciós motorok nagyobb áramot vesznek fel a kompenzáció érdekében, ami több hőt termel és csökkenti a motor élettartamát. A vezérlőrendszerek, relék és érzékelők hibásan működhetnek, ha a tápfeszültség túl alacsonyra esik. Kritikus alkalmazásoknál, mint például a kórházi tartalék áramellátás, a távközlés vagy az ipari feldolgozás, mindössze néhány voltos csökkenés jelentheti a különbséget a megbízható működés és a költséges leállás között.

Az iparági küszöbérték, amelyet emlékeznie kell: az NEC legfeljebb 3%-os feszültségesést javasol az elágazó áramköröknél és 5%-os a kombinált betáplálás és elágazó áramkörök esetében. Ha generátorkészletet ad meg egy távoli helyhez, például egy építkezéshez vagy egy távközlési toronyhoz, akkor a kábel hossza gyakran meghaladja a 200 métert. Ennél a távolságnál még egy kis vezetékmérő is okozhat csökkenést, ami túllépi a határértéket. Ezért a feszültségesés kiszámítása standard lépés a rendszertervezés során.

A feszültségesést befolyásoló kulcstényezők

Nem lehet kiszámítani a feszültségesést anélkül, hogy megértené, mi befolyásolja azt. Négy változó számít. Először is, a vezeték hossza: minél hosszabb az egyirányú futás, annál nagyobb az ellenállás és annál nagyobb a feszültségesés. Másodszor, a vezeték mérete (keresztmetszeti terület): a nagyobb átmérőjű huzal lábonkénti ellenállása kisebb. Harmadszor, áramterhelés: nagyobb áramerősség nagyobb feszültségesést okoz ugyanazon a vezetéken. Negyedszer, a rendszer típusa: az egyfázisú áramkörök két vezetőben vezetik az áramot, míg a háromfázisú áramkörök három vezető között osztják el az áramot, ami megváltoztatja a képletet. A vezető anyaga is szerepet játszik – a réz körülbelül 40%-kal vezetőbb, mint az alumínium egy adott keresztmetszetben, ezért az alumíniumhuzaloknak nagyobb méretre van szükségük, hogy ugyanazt a feszültségesést elérjék. A környezeti hőmérséklet is számít, mert a vezető ellenállása a hőmérséklet emelkedésével nő. Az alábbi táblázat bemutatja, hogy az egyes tényezők hogyan tolják fel vagy le a feszültségesést.

A két alapvető feszültségesési képlet

Két képletre van szüksége, és hogy melyiket használja, attól függ, hogy az áramkör egyfázisú vagy háromfázisú. Egyfázisú (kétvezetékes) rendszerek esetén a képlet a következő: VD = (2 × K × I × L) / CM, ahol VD a feszültségesés voltban, K a vezető állandója (12,9 réznél 75 °C-on, 21,2 alumíniumnál 75 °C-on), I a terhelési áram amperben, L a vezeték hossza egyirányú, mil vagy CM. (táblázatokból elérhető). Háromfázisú (három vezetékes) rendszerek esetében a képlet a következő: VD = (1,732 × K × I × L) / CM. Az 1,732 tényező a három négyzetgyökéből származik, ami a fázisviszonyt tükrözi egy kiegyensúlyozott háromfázisú rendszerben. Elosztod a nevezőtag fázisainak számával, amit a képlet már figyelembe vesz. Az eredmény a feszültségesés vonalról vonalra.

Példa egyfázisú feszültségesés kiszámítására

Tegyük fel, hogy 20 A-es terhelése van egy 120 V-os egyfázisú áramkörön, 10 AWG rézhuzallal, 10 380 miliméteres körfelülettel, és a futás egy irányban 150 láb. K = 477 használata (a fajlagos ellenállás szabványos értéke ebben az egységbeállításban, 12,9 * 1000 / 27-ből származtatva, az egyértelműség kedvéért egyszerűsíthető: valójában a réz gyakorlati K-állandója 480 °C-on egy olyan áramköri állandó, amelyet a VD = (2 x K x I x L)/CM általános formában használnak, K=480 °C rézenként 07 °C-on. Egy közvetlenebb forma a VD = (2 x K x I x L) / CM értéket használja. Ha K = 480. Számítsa ki: VD = (2 × 17 × 20 × 150) / 6530 = 102000 / 6530 ≈ 15,6 V. De a rézre elfogadott K értéke tipikus gyakorlat szerint 12,9 az egységekre. Használja a helyes értéket: VD = (2 × 12,9 × 20 × 8837) / 8233 = (2 × 96797) / 10380 ≈ 14,3%. Ez meghaladja az elágazó áramkör 3%-os határát, ezért a vezetéket 8 AWG-re (16510 CM) kell megnövelni, vagy le kell rövidíteni a futást.

Példa háromfázisú feszültségesés kiszámítására

Most fontoljon meg egy háromfázisú, 208 V-os, 50 A-es terhelést 200 láb hosszú futáson, 6 AWG réz (26240 CM) használatával. VD = (1,732 × 75 × 8023 × 5988) / 2624 × 1,732. Használja a CM=26240-et. Számítás: VD = (1,732 × 200 × 60533) / 5002 ≈ 7,38 V. Százalékos csökkenés: (7,38 / 208) × 284 = 0,0239 vagy 2,07%. Ez a 3%-os határ alatt van, tehát a vezeték mérete elfogadható. Ha azonban a környezeti hőmérséklet 40°C 620 helyett, akkor korrekciós tényezőt kell alkalmaznia: 5 AWG réz esetén 953 hőmérsékleten a K=12,9xc28ic tényező általában 1,02 per 5°C 922 felett. Egyszerűsített megközelítés: szorozza meg a számított csökkenést egy hőmérsékleti tényezővel. 10°C-os 75°C fölé emelkedő faktor ~1,09. Beállított csökkenés = 7,85 × 1,09 ≈ 8,6 V, vagyis 2,24%. Még mindig elfogadható. Ha nem így lenne, akkor 4 AWG-re lépne.

Lépésről lépésre: Hogyan számítsuk ki a feszültségesést a generátor beállításához

Amikor dízelgenerátort szerel fel – legyen szó akár a Csendes típusú dízelgenerátor zajérzékeny helyekhez Ez a hang- és esőálló generátorkészlet ideális kórházakba, szállodákba és bevásárlóközpontokba, ahol zajkorlátozás van érvényben. Csökkenti a külön generátor helyiség szükségességét. Termék megtekintése → szállodának vagy a Nyitott keretes dízelgenerátor gyári használatra Az egyszerű felépítésnek és a karbantartáshoz és a szellőzéshez való könnyű hozzáférésnek köszönhetően ez a nyitott keretes készlet olyan ipari létesítményekhez illeszkedik, ahol a zaj kevésbé kritikus, és gyors telepítésre van szükség. Termék megtekintése → gyár esetében – kövesse ezeket a lépéseket.

1. Határozza meg a generátor által táplált berendezés teljes terhelésű áramát. Ha 100 kVA-s háromfázisú terhelést táplál 208 V-on, az áram körülbelül I = (100 × 682) / (208 × 832) = 278 A.
2. Mérje meg a generátor és a fő elosztópanel közötti egyirányú távolságot. Adjon hozzá minden közbenső csomópontot.
3. Válasszon próbahuzalmérőt az áramerősség alapján. Használjon NEC ampacity táblázatokat. 278 A-hez 82°C-on 250 kcmil rézre (255 A névleges) vagy 300 kcmilre van szükség.
4. Alkalmazza a háromfázisú feszültségesési képletet: VD = (1,732 × 687 × I × L) / CM. CM=932 250 kcmil esetén, VD = (1,732 × 127 × 3847 × 120) / 127864 ≈ 7,2 V. Százalék = (7,2/208) × 478 = 3,46%. Ez meghaladja az etetőre vonatkozó 3%-os határt.
5. Növelje a vezetéket 350 kcmil rézre (CM=114744). Újraszámítás: VD = (1,732 × 127 × 3847 × 120) / 3344005 ≈ 5,2 V vagy 2,5%. Ez megfelel a követelménynek.
6. Ellenőrizze a feszültséget a generátor kapcsain terhelés alatt. Egy minőségi generátorkészlet, mint a DF-Cummins dízel generátorkészlet a megbízható tartalék áramellátásért A 20-500 kVA teljesítményű Dongfeng Cummins motorral működtetett készlet gyors indítást biztosít kórházak, adatközpontok és kritikus létesítmények számára, ha a hálózat meghibásodik. Termék megtekintése → jellemzően ±0,5%-os feszültségszabályozással rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a kimenet stabil marad a terhelés változása esetén is. Ha a számított csökkenés 2,5%, és a generátor kimenete 480 V, akkor a terhelés 468 V lesz. Ez a legtöbb berendezésnél elfogadható.
7. Dokumentálja az eredményeket az üzembe helyezési jelentésekhez és a jövőbeni karbantartásokhoz.

Gyakorlati módszerek a feszültségesés csökkentésére

Ha számítása a megengedett határértéket meghaladó feszültségesést mutat, akkor több lehetősége van. A legközvetlenebb megoldás a vezeték keresztmetszetének növelése: 2 AWG-ről 1 AWG-re csökkentve az ellenállás körülbelül 20%-kal. Hosszú távon a rézvezetők általában jobbak, mint az alumínium, mivel a réz kisebb ellenállása kisebb fizikai méretet tesz lehetővé. Az áramkör hosszát is csökkentheti, ha a generátort közelebb viszi a terhelési középponthoz. Nagy ipari üzemekben elterjedt, hogy a generátort az épületen belül vagy közvetlenül az épületen kívül helyezik el, hogy az adagoló 100 láb alatt maradjon. Egy másik megközelítés a magasabb névleges feszültségű rendszer alkalmazása. Például, ha egy 208 V-os háromfázisú elosztásról 480 V-ra lép fel, az azonos teljesítmény mellett csökken az áramerősség, ezáltal csökken a feszültségesés. Ez az oka annak, hogy sok reklám dízelgenerátorok méretezési útmutatói javasoljuk, hogy a tervezési folyamat részeként vegyék figyelembe a feszültségszintet.

Gyakori hibák a feszültségesés kiszámításakor

Három hiba gyakori. Először is rossz K-tényezőt használunk. K változik a hőmérséklettel és az anyaggal. A 923°C-on történő pontos eredmények érdekében a rézre K=75-öt használjon. 883 °C-on K=950. Ha forró környezetben dolgozik generátormotor közelében, vegye ezt figyelembe. Másodszor, elfelejtve átváltani a mértékegységeket. A körkörös mil terület nem azonos a négyzethüvelyk területével. Egy 2 AWG vezeték CM=11137, nem 1839. Mindig egy megfelelő táblázatból nézze meg az értéket. Harmadszor, a képletben az oda-vissza út teljes hosszát használja az egyirányú hossz helyett. A képletek már tartalmazzák a visszatérési útvonal 2-es vagy 1,732-es tényezőjét. Ha megduplázza a bemeneti hosszt, az eredmény a tényleges csökkenés négyszerese lesz.

Mikor használjunk feszültségesés-kalkulátort

A gyors megvalósíthatósági ellenőrzéshez használhat egy jóváhagyott online feszültségesés-kalkulátort. Adja meg a vezeték anyagát, AWG vagy kcmil méretét, feszültségét, fázisát, terhelési áramát és egyirányú hosszát. Az eszköz azonnal kiszámolja a csökkenést. Mindazonáltal a végső tervezésnél vagy a kritikus telepítésnél – például egy adatközpont vagy termelési emelet állandó tartalék tápellátási rendszerénél – mindig végezzen kézi ellenőrzést a képletekkel. Ennek az az oka, hogy a számológépek néha olyan alapértelmezett feltételezéseket használnak a hőmérsékletre és a teljesítménytényezőre vonatkozóan, amelyek nem felelnek meg a tényleges helyszíni feltételeknek. A számok saját maga futtatásával ellenőrizheti az eredményt, és magabiztosságot ad a tervezésben.

A feszültségesés kiszámítása egy egyszerű, de kritikus lépés minden elektromos berendezés telepítésénél. Most már megvan a két képlet, a kulcsváltozók és a követendő folyamat. Mielőtt kihúzza a kábelt a következő generátorprojektjéhez, szánjon tíz percet a számolásra. Megkímélheti a berendezés károsodásától, a működési késésektől és a költséges utómunkálatoktól.