Výpočet výkonových ztrát v kabelových vedeních

Každý den děláme nespočet rozhodnutí, snadných i vážných, důležitých i méně důležitých. Každý přitom ví, že čím více znalostí o konkrétním tématu máme, tím je pro nás výběr jednodušší. Podle teorií volby, které byly vyvinuty v poslední době, množství informací neznamená, že budeme dělat správná rozhodnutí, protože znalosti musí být možné aplikovat na správném místě. Jak tento úvod souvisí s tématem článku? Pojďme se na to podívat.

Výstavba jakéhokoli zařízení nutně zahrnuje fázi vývoje projektu. Podle elektrické zátěže se volí transformátory a související ochranná zařízení a měřicí přístroje a volí se kabely. Bohužel v našem nedokonalém světě nikdy nezískáme zpět stejné množství energie nebo síly, jaké jsme dostali. Důvodem je ztráta výkonu a energie, která doprovází provoz elektrického zařízení.

Protože transformátory a kabely opouštějí továrny připravené k provozu přibližně 30 let, správný výběr těchto prvků napájecích systémů určuje dlouhodobý ekonomický přínos. Opět stojíme před nutností vybrat si. Jaké faktory je třeba vzít v úvahu při výpočtu energetických ztrát v kabelech, kabelových vedeních a transformátorech? Na čem závisí ztráty a je možné se jich zbavit?

Začněme ztrátami v kabelech a kabelových vedeních. Jak je známo, proud protékající vodičem způsobuje jeho zahřívání a jak se proud zvyšuje, tepelné ztráty se zvyšují na druhou. Ukazuje se, že jednou z hlavních podmínek nízkých ztrát je soulad elektrických parametrů, se kterými je objekt provozován, se jmenovitými parametry elektrického zařízení. Samozřejmě záleží také na materiálu, ze kterého jsou vodiče vyrobeny. Hliník, přestože je lehčí a levnější než měď, má tedy výrazně vyšší odolnost, což nutí přemýšlet o vhodnosti jeho použití v moderních elektrických sítích.

Významnou roli v této věci hraje i správné schéma zapojení stínění kabelů, protože při použití nesprávného schématu uzemnění se proudy ve stíněních mohou rovnat proudům v žilách kabelu nebo je dokonce překračovat. Vidíme tedy, že výkonové ztráty v třífázovém vedení lze vyjádřit jako součin čtverce proudu a aktivní odpor jádra kabelu. Snížením proudu (a toho lze dosáhnout zvýšením napětí) snížíme ztráty. Snížením odporu výběrem správného materiálu pro žíly nebo zvětšením plochy průřezu kabelu také snížíme ztráty.

Navíc, protože se elektřina spotřebovává v průběhu času, snížení provozní doby kabelů může snížit energetické ztráty. Chtěl bych říci, že žádný proud – žádné ztráty. U transformátorů tomu tak bohužel není.

Transformátory jsou elektrické stroje, které každou sekundu transformují proud a napětí. Vzhledem ke složitější konstrukci jsou energetické ztráty v transformátorech mnohem složitější než v kabelech. Představme si, že odpojíme vedení přicházející z transformátoru, abychom ušetřili elektrickou energii. Vzhledem k tomu, že transformátor má dvě vinutí, nízkonapěťové a vysokonapěťové a také masivní magnetický obvod, transformátor stále pracuje na výkonové straně a spotřebovává elektřinu i při otevřeném sekundárním vinutí. Vířivé proudy způsobené střídavým magnetickým polem vždy cirkulují v magnetickém obvodu a krytu transformátoru. Proto se takové ztráty nazývají ztráty naprázdno. Jsou přítomny vždy, pokud není transformátor zcela bez napětí.

Při zátěži dochází kromě ztrát naprázdno také ke ztrátám na zátěži způsobených průtokem velkých proudů vinutím transformátoru. Ztráty při zatížení závisí na faktoru zatížení transformátoru a podle toho na proudech, průřezu a materiálu žil vodičů. Navíc v případě transformátorů budou ztráty výkonu záviset na tloušťce lamel v jádru, tloušťce a kvalitě laku, kterým jsou tyto lamely potaženy, a jakosti, kvalitě a vlastnostech oceli použité v magnetickém obvodu.

Ztráty lze snížit používáním modernějších modelů transformátorů s nižším jmenovitým výkonem naprázdno a souladem s EcoDesignem a částečným nebo úplným periodickým vypínáním transformátorů podle rozvrhů elektrické zátěže.

Jak jsme viděli, výpočet energetických a výkonových ztrát je složitý postup, který nezávisí pouze a ne tolik na samotných kabelech a transformátorech, ale také na způsobu jejich použití. Pokud potřebujete provést testy izolace na vašem elektrickém zařízení, obraťte se na TMRsila-M, kde vám zkušení specialisté rádi pomohou.