Podręcznik: Obliczenia spadków napięcia w sieci

4. Obliczenia techniczne sieci dystrybucyjnych niskiego i średniego napięcia

4.2. Obliczenia spadków napięcia w sieci

Przepływ prądu przez elementy sieci dystrybucyjnej powoduje w nich spadek napięcia. Ze względu na pracę urządzeń odbiorczych wartości spadków napięć muszą być ograniczone; wynika stąd, że przekroje przewodów muszą być tak dobrane aby sprostać stawianym wymaganiom. Kryterium dopuszczalnego spadku napięcia należy brać pod uwagę przy obliczeniach przekroju przewodów w instalacjach oświetleniowych sieci niskiego i średniego napięcia. Bardzo ważne znaczenie ma ono w sieciach dystrybucyjnych o napięciu poniżej 1 kV. W praktyce dobiera się przekroje kabli, przewodów podczas obliczania maksymalnego spadku napięcia przy założonym wstępnie przekroju przewodów i porównaniu go z dopuszczalnym spadkiem napięcia. Musi przy tym zostać spełniony warunek:

$\Delta U_{\text{max}} \le \Delta U_{\text{dop}}$

(4.1)

gdzie: $\Delta U_{\text{dop}}$ – dopuszczalny spadek napięcia sieci dystrybucyjnej.

Wartości dopuszczalnych spadków napięcia są ustalone przez aktualnie obowiązujące przepisy i zarządzenia.

Spadek napięcia sieci promieniowej wielostopniowej (od rozdzielnicy niskiego napięcia, szyn niskiego napięcia stacji SN/nn do końca linii niskiego napięcia – do ostatniego odbioru) oblicza się jako sumę spadków napięcia na poszczególnych odcinkach toru prądowego:

$\Delta U_{m} =\sum\limits ^{m=1}_{j=1} \Delta U_{j}( j+1)$

(4.2)

Na dowolnym odcinku toru o długości $l$ , przekroju $S$ i konduktywności materiału żył $\gamma$ spadek napięcia oblicza się ze wzoru:

a) dla linii i instalacji jednofazowych

$\Delta U_\%=\dfrac{200}{U_{Nf}}I_B(R\ \cos \varphi + X \sin \varphi)$

(4.3)

b) dla obwodów trójfazowych

$\Delta U_\%=\dfrac{\sqrt3 \cdot 100}{U_N}I_B(R\ \cos \varphi + X \sin \varphi)$

(4.4)

gdzie: $I_B$ – prąd obciążenia [A]; $\cos \varphi$ – współczynnik mocy; $R,\ X$ – rezystancja, reaktancja przewodu, $[\Omega]$ .

$R=\dfrac{l}{\gamma S}$	(4.5)
$X=X\cdot l \cdot 10^{-3}$	(4.6)

gdzie: $X$ – reaktancja jednostkowa przewodów, $[\text{m}\Omega/\text{m}]$ ; $U_{Nf},\ U_N$ – napięcia znamionowe fazowe oraz międzyprzewodowe, $\text{[V]}$ .

W obliczeniach należy przyjmować długość przewodu w metrach, przekrój przewodów w mm², konduktywność $\gamma$ w $\mathrm{m/\Omega\cdot mm^2}$ (56 – dla żył miedzianych, 33 – dla żył aluminiowych).

Jednostkowe reaktancje $X"$ wynoszą dla kabli niskiego napięcia około $\mathrm{0,07\div0,08\ m\Omega/m}$ ; dla instalacji elektrycznych w rurkach $\mathrm{0,10\ m\Omega/m}$ ; dla linii napowietrznych niskiego napięcia $\mathrm{0,25\div0,30\ m\Omega/m}$ .

W sieciach miejskich i zakładach przemysłowych spotyka się linie i instalacje elektryczne wykonane kablami, przewodami wielożyłowymi lub jednożyłowymi ułożonymi w rurkach o przekroju przewodów nie większym niż 50 mm² Cu lub 70 mm² Al; ich rezystancje przewodów są ponad czterokrotnie większe od reaktancji. W obliczeniach praktycznych na ogół pomija się wtedy reaktancje przewodów, zachowując zadawalającą dokładność obliczeń.

W takim przypadku korzysta się z następujących wzorów:

a) dla obwodów jednofazowych

$\Delta U_\%=\dfrac{200Pl}{\gamma\cdot S\cdot U^2_N}$

(4.7)

b) dla obwodów trójfazowych

$\Delta U_\%=\dfrac{100Pl}{\gamma\cdot S\cdot U^2_{Nf}}$

(4.8)

gdzie: $P$ – moc czynna przesyłana odcinkiem toru prądowego sieci elektroenergetycznej.

W tabeli 4.1 podaje się dopuszczalne spadki napięć w sieciach nn i SN.

Tabela 4.1. Dopuszczalne spadki napięć w sieci nn i SN [10], [12]

Rodzaj odbiorców	Napięcie średnie (SN)		Napięcie niskie (nn) (obwody główne)
Rodzaj odbiorców	Stan normalny	Stan zakłóceniowy	Stan normalny	Stan zakłóceniowy
—	Dopuszczalny spadek napięcia		Napięcia w $\%\ U_N$
Odbiory przemysłowe zasilane z sieci terenowej	8	10 (13)	3	5
Wsie	8	10 (13)	5	10
Miasta zasilane z odległego GPZ	8	10	3	5