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)
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