Желідегі кернеу түсуі: себептері, салдары және есептеу қағидаттары

Желідегі кернеу түсуі: себептері, салдары және есептеу қағидаттары

Кабель желісіндегі кернеу түсуі белгілі бір жұмыс режимі үшін қорек көзі мен электр қабылдағыштың арасында есептеледі. Нәтиже токқа, трасса ұзындығына, өткізгіштердің актив және реактив кедергісіне, қуат коэффициентіне, фазалар санына және талсым температурасына байланысты. Сондықтан тек қима мен паспорттық қуат тексеру үшін жеткіліксіз.

Негізгі практикалық қорытынды мынау: желіні тек рұқсат етілетін ұзақ мерзімді ток бойынша жарамды деп тануға болмайды. Қазақстан Республикасының Электр қондырғыларын орнату қағидалары кернеудің жоғалуы мен ауытқуын өткізгіштің үлкенірек қимасын қажет етуі мүмкін шарттарға тікелей жатқызады. Қызу есебі бір нұсқаға, ал кернеу тексеруі басқа нұсқаға әкелсе, қорғаныс пен электр қабылдағыш талаптарын қоса орындайтын шешім қабылданады.

Кернеу түсуі деген не

Кернеу түсуі — ток желінің толық кедергісі арқылы өткенде учаскенің басы мен соңындағы кернеулер арасында пайда болатын айырма. Ол жарамды желіде жүктеме кезінде қалыптасады және ток, ұзындық немесе тізбек кедергісі артқан сайын өседі. Есепте алдымен вольтпен берілген мән анықталып, кейін қабылданған номинал кернеудің пайызына айналдырылады.

Бұл көрсеткішті электр энергиясын беру нүктесіндегі кернеудің ауытқуымен немесе қысқа мерзімді кернеу ойығымен шатастыруға болмайды. ГОСТ 32144-2013 жалпы мақсаттағы желілерді пайдаланушыларға электр энергиясын беру нүктелеріндегі сапаны нормалайды. Ал ішкі кабель желісі қорек нүктесінен кейін өзінің кернеу түсуін тудырады. Кірістегі кернеу есептік мәннен төмен болса, ішкі желінің қоры азаяды, бірақ шығыс кабелінің қимасын үлкейту қорек көзі жағындағы себепті жоймайды.

Диагностика үшін үш шаманы бөлек қараған жөн: кірістегі кернеу, әр учаскедегі есептік түсу және жүктеме қысқыштарындағы кернеу. Осылайша қолжетімді қордың қай жерде жоғалатыны және мәселенің қоректендіруші желіге, ішкі желіге немесе түйіспелі қосылысқа қатысы бар-жоғы көрінеді.

Желінің соңындағы кернеу неліктен төмендейді

Актив кедергі талсымның материалына, қима ауданына, ұзындығына және жұмыс температурасына байланысты. Металл өткізгіш қызған сайын оның кедергісі өседі. Сондықтан нақты жұмыс температурасы жоғары болса, 20 °C кезіндегі кестелік мәнмен есептеу нәтижені төмендетіп көрсетуі мүмкін. Жобалық тексеруге таңдалған кабель мен режимге сәйкес кедергілер және температуралық түзетулер алынады.

Айнымалы ток тізбектерінде реактив кедергі де ескеріледі. Оның ықпалы кабель құрылысына, өткізгіштердің орналасуына, жиілікке және жүктеменің қуат коэффициентіне байланысты. Қимасы шағын қысқа желілерде актив құрамдас жиі басым болады, бірақ ұзын немесе қуатты өндірістік желілерде реактив құрамдасты негізсіз алып тастауға болмайды.

Нәтижеге пайдалану жағдайлары да әсер етеді:

• түзу сызықтағы арақашықтық емес, ток өтетін жолдың нақты ұзындығы;
• қалыпты, апаттан кейінгі және іске қосу режимдеріндегі жұмыс тогы;
• талсым материалы мен температурасы;
• параллель өткізгіштер саны және олардың арасында токтың біркелкі бөлінуі;
• қуат коэффициенті және жүктеме тогының гармоникалық құрамы;
• қосылыстардың, аппараттардың және түйіспелі өтпелердің сапасы;
• фазалардың теңгерімсіздігі және бейтарап өткізгіштегі ток.

Қосылыстағы жоғары өтпелі кедергі токты шектеудің есептік тәсілі емес, ақау болып саналады. Ол жергілікті қызу мен қосымша кернеу жоғалуын туғызады. Мұндай учаскені модельге ерікті коэффициент қосу арқылы «өтеу» емес, білікті персоналдың тексеруі қажет.

Жабдық үшін қандай салдар маңызды

Кернеудің жеткіліксіздігі электр қабылдағыштың жұмыс режимін өзгертеді. Қозғалтқышта кернеудің төмендеуі іске қосу және ең үлкен айналдыру моментін азайтуы мүмкін; ABB техникалық нұсқаулығында қозғалтқыш моментінің кернеу квадратына пропорционал екені көрсетілген. Механизм ауыр іске қосылса, қозғалтқыш жоғары ток режимінде ұзақ қалып, есептік тұрақталған қуат рұқсат етілетіндей көрінсе де, қызып кетуі мүмкін.

Контакторлар, іске қосқыштар мен электрмагниттік жетектердің ұстап тұру және іске қосылу шектері бар. Автоматика мен электрондық қорек блоктары ажырауы, қайта жүктелуі немесе апаттық режимге ауысуы мүмкін. Жарықтандыруда жарық ағыны азайып, драйверлер тұрақсыз жұмыс істеуі және топтар арасындағы айырма байқалуы ықтимал.

Өткізгіштегі актив қуат шығыны ток квадраты мен кедергіге пропорционал өседі. Бұл өзара байланысты болғанымен, бөлек көрсеткіш: кернеу түсуі учаскедегі потенциал өзгерісін, ал қуат шығыны жылуға айналатын энергияны сипаттайды. Қиманы үлкейту екі нәтижені де жиі жақсартады, алайда жобалық шешімде төсеу тәсілі, қорғаныс, құн, механикалық шектеулер және қысқа тұйықталу режимдері де бағаланады.

Есепке қажетті бастапқы деректер

Формуланы қолданар алдында есептік сұлба жасалады. Әр учаске үшін басталу және аяқталу нүктесі, нақты ұзындық, номинал кернеу, фазалар саны, есептік ток, қуат коэффициенті, жүктеменің сипаты, талсым материалы мен қимасы, температура, актив және реактив кедергі қажет. Жүктеме трасса бойына бөлінсе, желі қосылу нүктелері бойынша учаскелерге бөлінеді немесе токтардың таралуын ескеретін әдіс қолданылады.

Есептік ток қорғаныс аппаратының номиналынан автоматты түрде емес, жүктеме моделінен алынады. Автоматты ажыратқыш белгілі бір жағдайларда желіні қорғайды, бірақ оның таңбасы нақты жұмыс тогын сипаттамайды. Кабельге арналған бастапқы деректерді дайындау кабель қимасын таңдау туралы мақалада егжей-тегжейлі қарастырылған.

Кедергі мәндері нақты кабель құрылысына арналған өндірушінің тексерілген құжаттамасынан, стандарттан немесе есептік модельден алынуы керек. Мыс пен алюминий өткізгіштің, бір талсымды және көп талсымды кабельдің, сондай-ақ әртүрлі температураға арналған мәндердің деректерін араластыруға болмайды. Кабельдер параллель қосылса, ұзындықтарын, кедергілерін, өзара орналасуын және қосылу жағдайларын тексермей, жалпы токты тармақ санына бөлу жеткіліксіз.

Негізгі есептік тәуелділіктер

Тогы кернеуден артта қалатын, яғни индуктивті жүктемесі бар симметриялы бір фазалы айнымалы ток желісі үшін кең тараған инженерлік өрнек:

ΔU = 2 × I × L × (r × cosφ + x × sinφ),

ал осындай индуктивті жүктемесі бар симметриялы үш фазалы желі үшін:

ΔU = √3 × I × L × (r × cosφ + x × sinφ).

Мұнда ΔU — вольтпен берілген кернеу түсуі; I — есептік ток; L — бір бағыттағы учаске ұзындығы; r және x — ұзындық бірлігінің актив және реактив кедергісі; cosφ — қуат коэффициенті. x × sinφ алдындағы «+» таңбасы тогы кернеуден артта қалатын индуктивті жүктемеге қатысты. Тогы кернеуден озып жүретін сыйымдылық жүктемеде фазалық бұрыш таңбасымен алынады, сондықтан sinφ мен реактив құрамдас теріс болады: олар кернеу түсуін азайтады, ал кейбір режимде кернеудің жоғарылауына әкелуі мүмкін. Өлшем бірліктері өзара сәйкес болуы тиіс: мысалы, r мен x Ом/км түрінде берілсе, L километрмен қойылады. Пайыздық мән Δu = 100 × ΔU / Un формуласы бойынша есептеледі, мұндағы Un — қабылданған номинал кернеу.

Бір фазалы формуладағы 2 көбейткіші тура және кері өткізгіштермен өтетін ток жолын ескереді. Үш фазалы формулада жүктеме симметриялы деген шартпен √3 қолданылады. Теңгерімсіздік, айқын гармоникалар, төрт сымды желі, параллель кабельдер немесе күрделі топология болса, егжей-тегжейлі модель қажет. Қарапайым формула оның болжамдары нақты сұлбаға сәйкес келгенде ғана пайдалы.

Тұрақты токта орныққан режим үшін реактив құрамдас қолданылмайды, бірақ толық ток жолының кедергісі мен өткізгіштердің жұмыс температурасы ескеріледі. Барлық жағдайда есептелген мән нақты режимге қатысты болады. Ол іске қосуды, апаттан кейінгі қоректендіруді немесе жабдық қысқыштарындағы ең аз кернеуді тексеруді алмастырмайды.

Рұқсат етілетін шекті қалай белгілеу керек

Кез келген желіге, ғимаратқа және электр қабылдағышқа ортақ бір ғана пайыз жоқ. IEC 60364-5-52 тұтынушы қондырғысының басы мен жабдық арасындағы кернеу түсуін қарастырып, тиісті қосымшадағы шектерге сілтейді. Стандарттың қолданыстағы жинақталған нұсқасына 2024 жылғы өзгеріс енгізілген. Нақты редакция мен ұлттық құжаттың қолданылуы жобада бекітіледі, ал сандық шек толық нормативтік мәтін, техникалық тапсырма және жабдық құжаттамасы бойынша тексеріледі.

Жалпы қор кіріс, магистраль, тарату және топтық желілер арасында бөлінеді. Әр учаскеге барлық рұқсат етілетін шекті жеке берсе, соңғы қосынды негізсіз жоғары шығады. Электр қозғалтқышы үшін іске қосу, апаттық жарықтандыру үшін қоректендірудің ең қолайсыз режимі, ал автоматика үшін өндіруші құжаттамасындағы ең аз кіріс кернеуі қосымша тексеріледі.

ГОСТ 29322-2014 стандартты кернеулерді белгілейді және Қазақстанда ұлттық стандарт ретінде қолданылады. Ол номинал мәндер жүйесін береді, бірақ әр ішкі желі үшін дайын кернеу түсуі қорын белгілемейді. ГОСТ 32144-2013 электр энергиясын беру нүктесіндегі сапаға қатысты. Бұл құжаттар бастапқы шамаларды дұрыс белгілеуге көмектеседі, алайда жабдыққа дейінгі бүкіл трассаны есептеу қажеттігін жоймайды.

Бірнеше режимді тексеру

«Әдеттегі жүктеме» үшін жасалған бір есеп жиі жеткіліксіз. Жобалаушы кемінде ұзақ жұмыс режимін және сұлбаның ең ауыр рұқсат етілетін режимін салыстырады. Қозғалтқыш немесе іске қосу тогы жоғары өзге жүктеме болса, қысқа мерзімді кернеу төмендеуі мен жабдықтың сенімді іске қосылу қабілеті бөлек бағаланады.

Апаттан кейінгі ауыстырып қосу қалыпты сұлбада аз жүктелген желідегі токты арттыруы мүмкін. Резервтік көздің ішкі кедергісі мен шиналардағы кернеуі басқа болуы ықтимал. Сондықтан есептік кесте контекстсіз жалғыз қорытынды санды емес, әр учаскенің режимін, бастапқы деректерін және нәтижесін көрсетуі керек.

Жоба өзгерсе, есеп те жаңартылады. Жабдықты көшіру, трассаны ұзарту, талсым материалын ауыстыру, кабельдерді топқа біріктіру немесе қуатты өсіру бастапқы деректерді өзгертеді. Қима қоры пайдалы болғанымен, ол жаңа режимнің талаптарға сай екенін тексерусіз дәлелдемейді.

Есепте жиі кездесетін қателер

Нәтижені көбіне күрделі формула емес, қате бастапқы деректер бұзады:

• бір бағыттағы ұзындық алынып, бір фазалы тізбектегі 2 көбейткіші ұмытылады;
• Ом/км кедергісі бар формулаға метр қойылады;
• жұмыс температурасы бағаланбай, 20 °C кезіндегі кедергі қолданылады;
• автоматтың номиналы жүктеменің нақты тогы деп қабылданады;
• реактив құрамдас пен қуат коэффициенті ескерілмейді;
• тек орныққан режим тексеріліп, іске қосу немесе резервтік сұлба ескерусіз қалады;
• әртүрлі базалық кернеулерден есептелген учаске пайыздары біртұтас модельсіз қосылады;
• үлкен қиманы қорғанысты, қысқа тұйықталуды және төсеу жағдайларын тексерудің орнына жеткілікті деп санайды.

Тағы бір қате — төмен кернеуді автомат номиналын арттыру арқылы түзетуге әрекеттену. Қорғаныс аппараты кабель кедергісін азайтпайды. Рұқсат етілетін ток пен ажырату жағдайларын тексермей жоғары номинал таңдау қорғаныс пен өткізгіштің үйлесімін бұзуы мүмкін.

Тексеруге болатын есепті қалай рәсімдеу керек

Есептік жазбада бір желілі сұлба, учаске шекаралары, режим, формула мен оның болжамдары, кедергі дереккөзі, температура, ток, қуат коэффициенті және қабылданған шек көрсетіледі. Әр учаске үшін кернеу түсуі вольтпен және пайызбен беріледі, содан кейін электр қабылдағышқа дейінгі толық жол бойынша қосылады.

Нәтиже үш сұраққа жауап беруі тиіс: бастапқы нүктеде қандай кернеу қабылданды, әр учаскеде қанша жоғалады және жүктемеде күтілетін ең аз кернеу қандай. Қолданылатын болса, іске қосу мен апаттан кейінгі режим тексерулері бөлек жазылады. Мұндай пішім басқа маманға есепті қайталауға және бастапқы деректер өзгергендегі салдарды жылдам бағалауға мүмкіндік береді.

Кернеу түсуі кабельді және қорғаныс аппаратын таңдаумен, қысқа тұйықталу токтарын және жабдық талаптарын тексерумен бірге есептеледі. Бұл кернеу астында жұмыс істеу жөніндегі нұсқаулық емес: өлшеулерді, қосылыстарды тексеруді және жұмыс істеп тұрған қондырғыға араласуды білікті персонал қолданыстағы ұйымдастырушылық және техникалық қауіпсіздік шараларын сақтай отырып орындайды.

Бейінді мердігерлер мен жобалау ұйымдарын АЭМК қатысушыларының каталогынан табуға болады. Кәсіби тәжірибе алмасуға қатысып, тексерілетін есептермен жұмыс істеуге дайын компаниялар АЭМК-ге кіру шарттарын қарай алады.