UPD !!! В результате более глубокого изучения темы, сортировки информации и проведения ряда замеров, я стал лучше понимать физику происходящих процессов в цепях с потребителями разного характера.
Оказалось, что сам ошибался и привел в этом топике некорректную критику методики расчёта. А его просмотрели 5069 раз. Постараюсь внести ясность.
Моя претензия была в том, что "в Интернете" калькулятор расчета потери напряжения не учитывает характер нагрузки (индуктивная или емкостная). Форумчане дали ссылку на программу, которая учитывает.
Моя основная ошибка была в том, что я предложил учитывать нагрузку от импульсных БП, как ёмкостную. Как следствие, расчет должен был выдать кабель меньшего сечения. На самом же деле, она ёмкостной не является. В добавок сбило с толку, что многие приборы, которые способны нарисовать векторные диаграммы, например электронные счётчики энергии, при подключении приборов с импульсными БП (в т.ч. светодиодные лампы), показывают, что нагрузка ёмкостная, а именно имеет (sin φ) от 0 до -1 и угол φ от 0 до -90град. Это ошибка "дизайнеров", которые не сильно разбираются в электротехнике, написали в параметрах (cos φ), хотя сам счетчик высчитывает коэффициент мощности, который состоит из (cos φ) и коэффициента нелинейных искажений.
Если говорить простым языком, то это показатель, насколько потребляемый ток будет больше, чем у активной нагрузки (нагревателя), при той же самой мощности.
Для линейной реактивной нагрузки (катушка индуктивности без сердечника и конденсатор) при питании строго синусоидальным напряжением коэффициент мощности состоит только из (cos φ), т.е. коэф. мощн = (cos φ).
Другими словами, это показатель только того, на какой угол отличаются фазы тока и напряжения в цепи. Чем больше (cos φ) - тем больше энергии "остается" у потребителя, используется по назначению. Чем меньше (cos φ) - тем больше
энергии возвращается к источнику, у потребителя "остается" меньше, при том же значении тока в проводах. И они греются впустую.
Для реальных устройств (дроссели, трансформаторы, моторы) в реальных сетях с гармониками формы напряжения и тока выглядят в виде искаженной синусоиды, а в значение коэф. мощн. добавляются нелинейные искажения (обертон, унтертон). Но ими в расчетах можно пренебречь.
Совершенно иначе обстоит дело с нелинейными потребителями, импульсными БП (кроме имеющих ККМ, дуговыми лампами ДРВ. У них коэф. мощн. - это показатель нелинейных искажений. А угол между напряжением и током минимален. Как у активной нагрузки. Впрочем, с некоторыми оговорками, она такой и является, ведь в ней нет реактивных элементов, которые возвращают часть энергии в сеть каждый полупериод. В имп. БП есть конденсатор, но он не подсоединен к сети напрямую, поэтому он только накапливает энергию из сети, а не возвращает. Далее энергия от него идет к другим элементам цепи, которые её уже и потребляют (точнее, преобразовывают для потребления, но не суть). Тем не менее, именно этот конденсатор является причиной уменьшения коэф. мощн.
Как это происходит. В БП на входе стоит выпрямитель, диодный мост, который двуполярное переменное напряжение сети преобразует в постоянное пульсирующее однополярное переменное напряжение. Чтобы оно стало постоянным, нужен как минимум, сглаживающий фильтр.
Накопительный конденсатор и является этим простейшим фильтром. Форма потребляемого тока конденсатора - экспонента. На постоянном напряжении - максимальный ток в начале заряда, и почти нулевой - в конце. На переменном синусоидальном напряжении она дает сдвиг фазы -90град, ток опережает напряжение. На выпрямленном после диодного моста напряжении - кривую, похожую на сжатую синусоиду. Проще показать на осциллограмме, чем описать. С точки зрения рядов Фурье - это куча гармоник. Которые "греют" подстанции и нулевой провод.
С точки зрения кабельной линии, суть в том, что напряжение действует весь полупериод, а ток потребляется только часть этого полупериода. То есть, если надо запитать обычную лампочку 100 Вт напряжением 100 В, достаточно пустить ток 1 А. Если быть более точным, ток 1,41sin (ωt) А.
Но с импульсными БП для тех же 100 Вт тока 1 А будет недостаточно. Так как он потребляется лишь часть полупериода, для передачи той же мощности потребуется больший ток. А для передачи большего тока - потребуется кабель большего сечения. Если у блока питания коэф. мощн. =0,7, значит он будет потреблять 1/0,7=1,43 раза больший ток.
мои эксперименты с замером потери напряжения имп. БП. дали неожиданные результаты, малая потеря напряжения. Но делать из этого какие либо выводы и практические советы - преждевременно. И вообще, какие формулы использовать для расчета линий нагруженных имп. БП (светодиодные фонари), мне не понятно.
Понятно лишь, что в формулу из ГОСТа можно подставлять коэф. мощн. в левую часть выражения Ra*(cos φ), чтобы понять падение (не потерю) на активном сопротивлении кабеля. И вычислить требуемое сечение (в 1.5 раза больше). А в правую часть Rx*(sin φ) подставить 1. Ибо в импульсных БП нет индуктивности, которая увеличит потерю напряжения, так и нет ёмкости, которая бы могла эту потерю уменьшить. Хотя при использовании кабеля СИП можно пренебречь Rx*(sin φ) при любой нагрузке, т.к. его Rx очень мало (жилы близко друг к другу).
Для тех, кто досконально не разбирался в методе расчета потерь, будет, конечно, непонятно, что я описал в этом абзаце.
Еще пара слов о замерах счетчиком. Предположу, к электронным ВАФ это тоже относится. Замерял потребление лампы ДРВ. Это как последовательно соединенные лампа накаливания и ДРЛ. Спираль накала вместо дросселя. Так вот, счетчик определяет её как активно-индуктивную нагрузку, хотя никакой индуктивности в ней нет. А дело в чём. Дуга в колбе зажигается не сразу, а по достижению некоторого напряжения (зависит от температуры). То есть как бы ток отстает. И поэтому счетчик выдает вектор в 1-й (индуктивный) квадрант. С импульсными БП, видать, аналогично. Ток как бы опережает (первые 1/4 периода), когда идет заряд конденсатора. Вот счетчик и помещает вектор в 4-й (ёмкостной) квадрант. Хотя ни с лампой, ни с бп реактивной составляющей не пахнет.
Такие показания вызывают споры, а можно ли реактивную мощность от моторов (cos φ)=0,85 скомпенсировать "реактивной" мощностью от моторов, включенных через частотники, с коэф. мощн. = 0,85. Выходит, что нет. Это разные параметры. И компенсировать такое разношерстное хозяйство придется, я так полагаю, активным компенсатором реактивной мощности. Который определяет гармоники в сети и генерирует такие же, но в противофазе.
Небольшое уточнение напоследок. Кривую форму тока создают не только импульсне БП. Но и классические с трансформатором, ведь у них также стоит сглаживающий конденсатор. Но т.к. он стоит после тр-ра, тр-р сглаживает ток, эффект индуктивности обмоток. Поэтому форма тока не сильно то и кривая. Но "за бугром" это уже нарушение допустимого коэф. мощн. У них законодательно требуют импульсные БП оснащать корректором коэф. мощн. (ККМ),
который делает форму тока близкой к синусоиде. У них (cos φ)=0,97, нагрузка активно-емкостная (электроника делает ток чуть чуть опережающим). Но имея такой коэфф. почти =1, емкостной составляющей можно пренебречь. Ну скомпенсируют десяток компов реактив от 1 кофемолки, кому это считать надо? Значения маленькие...
Изначальный текст сообщения без изменений:
случайно наткнулся на расчёт потери напряжения
не понял векторную диаграмму, решил разобраться и меня затянула эта тема надолго
в интернете мало понятных и подробных материалов
выдача Яндекса по запросу "расчет потери напряжения" сплошняком сайты с формами для расчёта, в которых вбита старая формула
как выяснилось далее - формула из книжек 60-х годов и такая же из ГОСТа 2011г
маленько не правильная
к тому же она содержит "подгонку", такого я не ожидал увидеть в ГОСТе, но это не важно, так как не сильно влияет на результат расчета
а вот, что в ГОСТе вместо "потеря" пишут "падение", это ни в какие ворота... в контексте этого расчета это принципиально разные понятия
падение - зависит от параметров линии
потеря - от параметров линии и параметров нагрузки
потеря меньше падения (кроме случая чисто активной нагрузки)
к самой формуле претензий особо нет
претензии к тем, кто рассказывает как ею пользоваться, не обращая на характер нагрузки
в те времена, когда ее придумали, преобладал индуктивный характер нагрузки
ЛЭП, трансформаторы, моторы, дроссели
сейчас же в частном секторе преобладает емкостная нагрузка
она частично компенсирует индуктивную потерю напряжения в проводах
поэтому, если не учитывать это, расчет по формуле даст завышенные показания
может это и неплохо, кабель потолще протянут, но всё же... хочется считать правильно
в формуле исходные данные :
ток нагрузки (потребителя)
сопротивление провода активное (или удельное сопротивление и сечение в мм2)
сопротивление провода реактивное
длина линии
коэффициент К (1 или 3 фазы, с или без нуля)
cos φ (косинус фи) нагрузки (потребителя)
только одно и то же значение, например cos φ=0,85
при индуктивном и емкостном типе нагрузки соответствует разным значениям аргумента, то бишь угла
а этот угол используется для дальнейших расчетов, получения sin φ
для емкостной нагрузки он будет со знаком минус
пример от фонаря, не придирайтесь к числам, у реальных моторов и частотников другой косинус фи
питаем мотор напрямую, активно-индуктивная нагрузка:
(cos φ)=0,85 --- φ=31,8град --- (sin φ)=0,53
питаем мотор частотником, активно-емкостная нагрузка:
(cos φ)=0,85 --- φ=-31,8град --- (sin φ)=-0,53
это хорошо видно на векторной диаграмме
вектор мощности зеркален относительно горизонтальной оси
UPD:
пример из расчета при воздушной линии 0.1 км сечением 16мм2 и токе 25 ампер
активно-индуктивная нагрузка: потеря 4,5 вольта
активно-емкостная нагрузка: потеря 3,6 вольт
различие расчетов - 0,9 вольт для каждого провода
соответственно в 1 фазной линии, уже 1,8 вольта
на ф 4 зеленым отмечено на нагрузке 12 вольт, из др. примера
прикрепленные фотки
ф 1 "Что нужно знать о регулировании напряжения" 1967
ф 2 и 3 - из ГОСТ Р 50571.5.52-2011
ф 4 - мой рисунок, как выбрать коэфф. К
