Технические причины падения напряжения, вызванного длиной линии при установке автоматического регулятора напряжения.

При проектировании систем распределения электроэнергии расстояние между линией электропередачи (трехфазный стабилизатор 20 кВА) и нагрузкой напрямую влияет на качество электроэнергии. Чрезмерно длинные линии электропередачи вызывают значительные падения напряжения, явление, обусловленное резистивными характеристиками проводников и физическими законами передачи тока.

Кумулятивный эффект сопротивления проводников

Хотя медные провода обладают отличной проводимостью, они все же имеют собственное сопротивление. Например, у медного провода с сердечником 2,5 квадратных миллиметра сопротивление составляет приблизительно 0,78 Ом на 100 метров. Когда однофазный стабилизатор 20 кВА выдает ток 10 ампер, падение напряжения на одном проводнике рассчитывается по формуле U=IR. Падение напряжения на линии электропередачи длиной 100 метров (общая длина 200 метров) достигает 15,6 вольт. Если входное напряжение составляет 220 вольт, фактическое напряжение на конце нагрузки составляет всего 204,4 вольта, что более чем на 7% отличается от номинального значения.

Чем больше ток нагрузки, тем сильнее проявляется проблема падения напряжения. Рабочий ток 30 ампер при тех же условиях линии вызовет падение напряжения на 46,8 вольт, что превышает допустимый диапазон большинства прецизионного оборудования. Хотя стабилизатор на 2000 кВА может компенсировать колебания входного напряжения, он не может устранить потери, возникающие в линии между его выходом и нагрузкой.

Основа расчета диаметра провода

Электрические нормы и правила устанавливают, что падение напряжения в линии не должно превышать 3–5% от номинального напряжения. В практическом проектировании площадь поперечного сечения проводника необходимо рассчитывать исходя из расстояния передачи и мощности нагрузки. Когда сервостабилизатор мощностью 20 кВА находится на расстоянии 50 метров от нагрузки, а мощность источника питания составляет 5 киловатт (однофазный ток около 23 ампер), для контроля падения напряжения в разумных пределах требуется медный провод сечением 4 квадратных миллиметра.

Алюминиевые проводники имеют удельное сопротивление в 1,6 раза выше, чем медные, что требует большего сечения при тех же условиях. В некоторых проектах для снижения затрат используется алюминиевый провод, при этом игнорируется необходимость увеличения диаметра провода, что приводит к противоречивому явлению: выходное напряжение однофазного таймера сервостабилизатора мощностью 20 кВА соответствует требованиям, но фактическое рабочее напряжение нагрузки оказывается ниже. Повышение температуры увеличивает сопротивление проводника, что делает проблему падения напряжения более выраженной в условиях высоких температур, например, летом.