در یک شبکه برق، زمانی که تعداد مصرف کنندگان افزایش مییابد، جریان گرفته شده از شبکه نیز افزایش مییابد. درنتیجه، افت ولتاژ رخ میدهد که منجر به کاهش قابل توجه ولتاژ در مصرف کننده انتهایی میشود. برای تثبیت سطح ولتاژ، شرکتهای برق از تکنیکهای مختلفی مانند بانکهای خازنی، استابلایزر و تزریق جریان استفاده میکنند؛ بنابراین، درک نحوه محاسبه افت ولتاژ در کابلهای برق از اهمیت بالایی برخوردار است. این مقاله یک راهنمای جامع در مورد این موضوع ارائه میدهد که عوامل مؤثر بر افت ولتاژ، انتخاب کابل، تعیین سطح مقطع، ارزیابی درصد افت ولتاژ و ملاحظات اقتصادی را پوشش میدهد.
آشنایی با افت ولتاژ در شبکههای برق
افت ولتاژ به کاهش ولتاژ اشاره دارد که هنگام عبور جریان از کابل یا هادی اتفاق میافتد. این یک پارامتر حیاتی است که هنگام طراحی شبکه برق باید در نظر گرفته شود زیرا افت ولتاژ بیش از حد میتواند منجر به تلفات انرژی، آسیب کابل و خرابی احتمالی تجهیزات شود. با محاسبه دقیق افت ولتاژ، مهندسان میتوانند اطمینان حاصل کنند که ولتاژ دریافتی توسط مصرف کنندگان در محدوده قابل قبول باقی میماند.
عوامل مؤثر بر افت ولتاژ در کابل
عوامل متعددی بر میزان افت ولتاژ در کابلهای برق تأثیر میگذارد. درک این عوامل برای طراحی یک شبکه برق کارآمد و قابل اعتماد ضروری است.
1- سطح مقطع کابل
سطح مقطع کابل ظرفیت حمل جریان آن را تعیین میکند. اگر جریان از حداکثر امتیاز کابل بیشتر شود، تلفات انرژی، تخریب کابل و حتی فرسودگی کابل ممکن است رخ دهد. انواع مختلف کابلها مانند کابلهای برق و کابلهای روشنایی و سیمکشی ظرفیت انتقال جریان متفاوتی دارند. انتخاب کابل مناسب بر اساس بار مورد انتظار بسیار مهم است.
برای تعیین سطح مقطع کابل مناسب، مهندسان باید عواملی مانند محاسبه توان، شرایط محیطی و نوع کابل را در نظر بگیرند.
فرمول محاسبه توان
فرمول محاسبه توان برای تعیین جریان عبوری از کابل استفاده میشود. توسط:
I = (P) / (1.732 · V · pf )
• I جریان (A)
• P توان واقعی (W)
• V ولتاژ خط (V)
• Pf ضریب توان
2- شرایط محیطی
برای تعیین دقیق سطح مقطع کابل، مهندسان باید شرایط محیطی مانند دمای خاک، مقاومت حرارتی مواد عایق و غلاف و طول کابل را در نظر بگیرند.
3- ظرفیت حمل فعلی
ظرفیت حمل جریان کابل به شرایط محیطی مختلف ازجمله دمای کابل و مقاومت حرارتی مواد عایق و غلاف بستگی دارد. با در نظر گرفتن این عوامل، مهندسان میتوانند حداکثر جریان مجاز برای یک کابل خاص را تعیین کنند.
4- ضریب قدرت
ضریب توان نشان دهنده کارایی یک سیستم قدرت در تبدیل توان الکتریکی به کار مفید است. ضریب توان کم باعث افزایش افت ولتاژ در کابلها میشود که منجر به تلفات انرژی میشود. تکنیکهای تصحیح ضریب توان، مانند بانکهای خازن، میتوانند برای کاهش این مشکل استفاده شوند.
5- انتخاب کابل بر اساس رتبه فعلی
کابلهای برق که برای کاربردهای سنگین طراحی شدهاند، در مقایسه با کابلهای روشنایی و سیمکشی، ظرفیت انتقال جریان بالاتری دارند. جدول ۱ با در نظر گرفتن عواملی مانند نوع خاک، خشک شدن کابل و افزایش مقاومت حرارتی، حداکثر نرخ جریان را برای انواع مختلف کابلهای برق ارائه میدهد. انتخاب کابل مناسب بر اساس رتبه فعلی آن برای اطمینان از عملکرد و ایمنی بهینه در شبکه برق بسیار مهم است.
جدول 1: حداکثر درجهبندی جریان برای کابلهای برق
| نوع کابل | نوع خاک | کابل خشک | افزایش مقاومت حرارتی | ماکسیم رتبه جریان (A) |
|---|---|---|---|---|
| Type A | خشک | بله | بله | 100 |
| Type B | خشک | خیر | بله | 120 |
| Type C | مرطوب | بله | خیر | 150 |
| Type D | مرطوب | خیر | خیر | 180 |
6- کابلهای روشنایی و سیمکشی
کابلهای روشنایی و سیمکشی که در ساختمانهای مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار میگیرند، در مقایسه با کابلهای برق، ظرفیت انتقال جریان کمتری دارند. جدول زیر حداکثر درجه بندی جریان را برای کابلهای روشنایی و سیمکشی با در نظر گرفتن حداکثر دمای هادی ۷۰ درجه سانتی گراد و دمای محیط ۲۰ درجه سانتی گراد ارائه میدهد.
جدول 2: حداکثر درجه بندی جریان برای کابلهای روشنایی و سیمکشی
| نوع کابل | حداکثر دمای هادی (°C) | ماکسیمم رتبه جریان (A) |
|---|---|---|
| Type X | 70 | 10 |
| Type Y | 70 | 15 |
| Type Z | 70 | 20 |
7- ارزیابی درصد افت ولتاژ
ارزیابی درصد افت ولتاژ برای اطمینان از اینکه ولتاژ دریافتی توسط مصرف کنندگان در محدوده قابل قبول باقی میماند بسیار مهم است. فرمول محاسبه افت ولتاژ به شرح زیر است:
(ΔV = (R × L × I) + (X × L × I
- ΔV: افت ولتاژ (ولت)
- R: مقاومت کابل (اهم/کیلومتر)
- L: طول کابل (متر)
- I: جریان (آمپر)
- X: راکتانس القایی (اهم/کیلومتر)
این فرمول نشان میدهد که افت ولتاژ برابر جمع دو بخش است، افت ولتاژ ناشی از مقاومت کابل (R × L × I) و افت ولتاژناشی از راکتانس القایی کابل (X × L × I).
توصیه میکنیم در محاسبه افت ولتاژ، واحدهای متناسب را با هم استفاده کنید. به عنوان مثال، اگر مقاومت کابل را در اهم/کیلومتر دارید، طول کابل را نیز به کیلومتر تبدیل کنید تا نتیجه صحیحی بدست آید.
8- محاسبه طول کابل و اندوکتانس
هنگام محاسبه افت ولتاژ، در نظر گرفتن طول کابل و راکتانس القایی ضروری است. راکتانس القایی که با X نشان داده شده است را میتوان از جدول 2 به دست آورد. با گنجاندن این عوامل در فرمول محاسبه افت ولتاژ، مهندسان میتوانند به طور دقیق درصد افت ولتاژ را ارزیابی کنند.
9- بهینه سازی سطح مقطع
افزایش سطح مقطع کابل باعث کاهش مقاومت و درنتیجه کاهش افت ولتاژ و تلفات برق میشود. با این حال، کابلهایی با سطح مقطع بزرگتر، گرانتر هستند. بنابراین مهندسان باید سطح مقطع را بر اساس امکان سنجی اقتصادی و درصد افت ولتاژ مورد نظر بهینه کنند.
فرمول محاسبه افت ولتاژ
دو روش رایج برای محاسبه افت ولتاژ وجود دارند:
- روش تقریبی
- روش دقیق
- Evd= افت ولتاژ (ولت)
- Es= ولتاژ منبع (ولت)
- I= جریان (آمپر)
- R= مقاومت مدار (اهم)
- X= راکتانس (اهم)
- cosθ= ضریب توان بار (بین صفر و یک)
- sinθ= ضریب راکتیو بار (بین صفر و یک)
اگر ولتاژ پایانی سمت گیرنده، جریان بار و ضریب توان (PF) مشخص باشد.
ER ولتاژ نهایی سمت گیرنده است.
نتیجهگیری
محاسبه افت ولتاژ در کابلهای برق برای حفظ منبع تغذیه پایدار و جلوگیری از تلفات انرژی بسیار مهم است. با در نظر گرفتن عواملی مانند سطح مقطع کابل، ظرفیت حمل جریان، ضریب توان و ملاحظات اقتصادی، مهندسان میتوانند شبکههای برق کارآمد و قابل اعتمادی را طراحی کنند. محاسبات دقیق و تجزیه و تحلیل هزینه منجر به انتخاب بهینه کابل و تعیین سطح مقطع میشود و تضمین میکند که افت ولتاژ در محدوده قابل قبول باقی میماند.
منبع: https://electrical-engineering-portal.com/voltage-drop-calculation-methods
نظرات کاربران