سیم و کابل
روشنایی
برودت و حرارت
لوازم شبکه توزیع برق
کلید و پریز
تابلو برق
تجهیزات ارت
تهویه و هواکش
خانه هوشمند
داکت و تراکینگ
دربازکن تصویری
سینی کابل
فیوز برق
لوازم اندازه گیری
محافظ و استابلایزرهمه مقالات
محاسبه افت ولتاژ کابل ۲۰ کیلوولت | فرمول و مثال عددی
مهر
افت ولتاژ کابل ۲۰ کیلوولت به جریان بار، طول مسیر، مقاومت و راکتانس کابل و ضریب توان وابسته است. برای انتخاب سطح مقطع، باید افت ولتاژ را در کنار جریان مجاز، تحمل اتصال کوتاه و الزامات شبکه بررسی کرد.
در این مقاله، فرمول محاسبه را با واحدهای مشخص توضیح می‌دهیم و یک مثال برای کابل ۱۸۵ آلومینیوم حل می‌کنیم. همچنین نشان می‌دهیم چرا استفاده از مقاومت DC در ۲۰ درجه، به‌جای مقاومت مناسب شرایط بهره‌برداری، می‌تواند نتیجه را تغییر دهد.
برای مشاهده مدل‌ها، به دسته کابل فشار متوسط پایا نیرو مراجعه کنید.
افت ولتاژ چیست و چه تفاوتی با تلفات دارد؟
عبور جریان از امپدانس کابل، باعث اختلاف میان ولتاژ ابتدا و انتهای مسیر می‌شود. مقدار و جهت این تغییر به شرایط بار و شبکه وابسته است.
افت ولتاژ و تلفات انرژی یک مفهوم نیستند. مقاومت کابل موجب تلفات اکتیو و گرمایش می‌شود؛ راکتانس نیز در تغییر ولتاژ نقش دارد، اما نباید آن را مستقیماً معادل تلفات اکتیو دانست.
برای بار معمول القایی، افت ولتاژ بیش از محدوده طراحی می‌تواند عملکرد تجهیزات را مختل کند. اثر آن باید برای شرایط کار عادی و، در صورت لزوم، راه‌اندازی موتور بررسی شود.
فرمول افت ولتاژ کابل سه‌فاز
برای مدار سه‌فاز متعادل با بار پس‌فاز، رابطه تقریبی زیر کاربرد دارد:
ΔU ≈ √۳ × I × L × (R × cosφ + X × sinφ)
در این رابطه:
| نماد | تعریف و واحد |
|---|---|
| ΔU | افت ولتاژ خط به خط، بر حسب ولت |
| I | جریان خط، بر حسب آمپر |
| L | طول یک‌طرفه مسیر، بر حسب کیلومتر |
| R | مقاومت AC واحد طول در دمای مورد بررسی، بر حسب اهم بر کیلومتر |
| X | راکتانس واحد طول متناسب با آرایش خط، بر حسب اهم بر کیلومتر |
| cosφ | ضریب توان بار در فرض سینوسی |
| sinφ | برای بار پس‌فاز، برابر با √(۱−cos²φ) |
این شکل محاسبه در راهنمای محاسبه افت ولتاژ اشنایدر الکتریک نیز ارائه شده است.
اگر طول مسیر بر حسب متر باشد
رابطه به شکل زیر نوشته می‌شود:
ΔU ≈ √۳ × I × L(m) × (Rcosφ + Xsinφ) ÷ ۱۰۰۰
تقسیم بر ۱۰۰۰ فقط برای تبدیل متر به کیلومتر است. اگر طول را از ابتدا بر حسب کیلومتر وارد کرده‌اید، دوباره بر ۱۰۰۰ تقسیم نکنید.
طول کابل تک‌رشته را چگونه وارد کنیم؟
برای یک مدار سه‌فاز با سه کابل تک‌رشته و مسیر ۱۰۰۰ متری، در فرمول طول ۱ کیلومتر وارد می‌شود؛ نه مجموع ۳ کیلومتر کابل خریداری‌شده.
همچنین ضریب رفت‌وبرگشت مدار تک‌فاز نباید به این فرمول سه‌فاز اضافه شود.
فرمول درصد افت ولتاژ
درصد افت ولتاژ = ۱۰۰ × ΔU ÷ U
در شبکه مورد بررسی این مقاله، اگر مبنای محاسبه ولتاژ خط به خط ۲۰٬۰۰۰ ولت باشد، افت محاسبه‌شده نیز بر همین مقدار تقسیم می‌شود.
مثال اول؛ کابل ۱۸۵ آلومینیوم در مسیر یک کیلومتری
فرض آموزشی:
- جریان: ۲۵۰ آمپر.
- طول مسیر: ۱ کیلومتر.
- ضریب توان پس‌فاز: ۰٫۸.
- مقاومت فرض‌شده: ۰٫۱۶۴ اهم بر کیلومتر.
- راکتانس فرض‌شده: ۰٫۰۸ اهم بر کیلومتر.
ابتدا:
sinφ = √(۱−۰٫۸²) = ۰٫۶
سپس:
ΔU ≈ ۱٫۷۳۲ × ۲۵۰ × ۱ × [(۰٫۱۶۴ × ۰٫۸) + (۰٫۰۸ × ۰٫۶)]
ΔU ≈ ۷۷٫۶ ولت
درصد افت نسبت به ۲۰ کیلوولت:
۷۷٫۶ ÷ ۲۰٬۰۰۰ × ۱۰۰ ≈ ۰٫۳۸۸٪
این نتیجه فقط حاصل فرض‌های بالا است. استفاده از مقاومت DC در ۲۰ درجه و راکتانس فرضی، جایگزین محاسبه با مشخصات واقعی بهره‌برداری نیست.
چرا مقاومت کابل در محاسبه اهمیت دارد؟
مقدار مقاومت DC در ۲۰ درجه سانتی‌گراد، الزاماً برابر مقاومت AC در دمای بهره‌برداری نیست. دمای هادی و آثار جریان متناوب باید متناسب با دقت محاسبات لحاظ شوند.
برای نمونه، در دیتاشیت کابل آلومینیومی NA2XSY با رده 12/20(24) kV، مقادیر زیر آمده است:
| سطح مقطع | مقاومت DC در ۲۰ درجه | مقاومت AC اعلام‌شده در دمای کار و ۵۰ هرتز | راکتانس در ۵۰ هرتز |
|---|---|---|---|
| ۱۸۵ میلی‌متر مربع | ۰٫۱۶۴ | ۰٫۲۱۱ | ۰٫۱۰۹ |
| ۲۴۰ میلی‌متر مربع | ۰٫۱۲۵ | ۰٫۱۶۱ | ۰٫۱۰۴ |
واحد تمام مقادیر جدول، اهم بر کیلومتر است. این داده‌ها به مدل مرجع مربوط‌اند و مشخصات قطعی کابل زره‌دار متال یا مشهد نیستند.
مثال دوم؛ استفاده از داده‌های مرجع بهره‌برداری
با همان طول، جریان و ضریب توان مثال قبل، اما با R=۰٫۲۱۱ و X=۰٫۱۰۹:
ΔU ≈ ۱٫۷۳۲ × ۲۵۰ × ۱ × [(۰٫۲۱۱ × ۰٫۸) + (۰٫۱۰۹ × ۰٫۶)]
ΔU ≈ ۱۰۱٫۴ ولت، معادل حدود ۰٫۵۰۷٪
اختلاف دو مثال نشان می‌دهد انتخاب داده‌های ورودی اهمیت دارد. برای طراحی نهایی، مقاومت متناسب با دمای محاسباتی و پارامترهای همان کابل و آرایش نصب لازم است.
مقایسه افت ولتاژ کابل ۱۸۵ و ۲۴۰ آلومینیوم
با داده‌های مرجع جدول بالا و فرض یکسانِ جریان ۲۵۰ آمپر، مسیر یک کیلومتر و ضریب توان ۰٫۸ پس‌فاز:
| سطح مقطع | افت ولتاژ تقریبی | درصد افت نسبت به ۲۰ کیلوولت |
|---|---|---|
| ۱۸۵ میلی‌متر مربع | ۱۰۱٫۴ ولت | ۰٫۵۰۷٪ |
| ۲۴۰ میلی‌متر مربع | ۸۲٫۸ ولت | ۰٫۴۱۴٪ |
این مقایسه فقط برای فرض‌های مشخص‌شده معتبر است. افت کمتر، به‌تنهایی به معنی برتری اقتصادی یا تأیید نهایی سایز ۲۴۰ نیست؛ هزینه خرید، نصب، تلفات و الزامات پروژه نیز باید مقایسه شوند.
افت ولتاژ مجاز کابل ۲۰ کیلوولت چند درصد است؟
بدون معرفی ضابطه و شرایط پروژه، نمی‌توان ۵٪ را حد قطعی تمام کابل‌ها و شبکه‌های ۲۰ کیلوولت دانست.
محدوده قابل قبول باید براساس الزامات بهره‌بردار، ولتاژ نقطه اتصال، تنظیم ترانس، وضعیت شبکه و نیاز تجهیزات تعیین شود.
همچنین باید مشخص باشد محدودیت اعلام‌شده مربوط به کدام بخش است:
- همین مسیر کابل.
- کل مسیر تغذیه.
- تغییرات ولتاژ نقطه تحویل.
- شرایط عادی یا راه‌اندازی تجهیزات.
از نظر حسابی، ۵٪ از ۲۰ کیلوولت برابر ۱۰۰۰ ولت است؛ اما این محاسبه، مجازبودن آن افت را برای پروژه تأیید نمی‌کند.
آیا کم‌بودن افت ولتاژ برای انتخاب کابل کافی است؟
خیر. ممکن است افت ولتاژ یک کابل کم باشد، اما جریان بار از ظرفیت حرارتی آن بیشتر شود یا تحمل اتصال کوتاه کافی نباشد.
انتخاب باید همزمان شامل این کنترل‌ها باشد:
۱. رده ولتاژی و ساختمان مناسب.
۲. جریان مجاز در شرایط واقعی نصب.
۳. افت ولتاژ.
۴. تحمل اتصال کوتاه هادی و اسکرین.
۵. هماهنگی حفاظت و الزامات بهره‌بردار.
۶. سازگاری تجهیزات اتصال و محدودیت‌های نصب.
برای کنترل حرارتی، مقاله جدول جریان کابل ۲۰ کیلوولت و ظرفیت آمپردهی را مطالعه کنید.
محدودیت فرمول ساده افت ولتاژ
رابطه ارائه‌شده برای برآورد حالت ماندگار یک مدار متعادل با فرض‌های مشخص مناسب است. در این شرایط، بررسی دقیق‌تر ممکن است لازم باشد:
- کابل طولانی و بار سبک با اثر قابل توجه جریان خازنی.
- تولید پراکنده و احتمال افزایش ولتاژ.
- بار پیش‌فاز یا جبران‌سازی راکتیو.
- راه‌اندازی موتور بزرگ.
- نامتعادلی یا هارمونیک قابل توجه.
- چند مسیر موازی یا شبکه با آرایش پیچیده.
در کابل‌های طولانی، مدل‌کردن ظرفیت خازنی و انجام پخش بار می‌تواند لازم باشد؛ افزایش سطح مقطع، پاسخ خودکار تمام مسائل ولتاژ نیست.
بررسی محصولات مرتبط
برای دریافت مشخصات کابل‌های موردنیاز پروژه، این صفحات را بررسی کنید:
مقاومت، راکتانس، اسکرین، زره و شرایط نصب هر محصول باید از مدارک همان مدل استخراج شوند.
برای شناخت ساختمان کابل، مقاله مشخصات فنی و استاندارد کابل ۲۰ کیلوولت نیز در دسترس است.
اطلاعات لازم برای استعلام و بررسی کابل
برای دریافت پیشنهاد متناسب با پروژه، این اطلاعات را آماده کنید:
ولتاژ شبکه + جریان یا توان بار + ضریب توان + طول یک‌طرفه مسیر + جنس و سطح مقطع هادی + روش نصب + مشخصات اسکرین و زره + محدودیت افت ولتاژ پروژه
اگر کابل انتخاب شده است، دیتاشیت آن را نیز ارسال کنید. برای قیمت‌گذاری، متراژ سفارش، طول قرقره‌ها و شهر تحویل را اعلام کنید.
استعلام قیمت و دریافت پیش‌فاکتور در واتساپ پایا نیرو
سوالات متداول
در فرمول، طول مسیر را وارد کنیم یا مجموع کابل سه فاز را؟
طول یک‌طرفه مسیر هر فاز وارد می‌شود؛ نه مجموع متراژ خرید سه فاز.
آیا مقاومت درج‌شده در جدول ۲۰ درجه برای طراحی کافی است؟
باید بررسی شود که مقاومت DC است یا AC و به چه دمایی مربوط می‌شود. برای محاسبه بهره‌برداری، داده متناسب با شرایط کار لازم است.
آیا کابل مسی همیشه افت کمتری دارد؟
در مقایسه هم‌سطح‌مقطع و شرایط مشابه، مقاومت مس کمتر است؛ اما نتیجه نهایی به راکتانس، دما، آرایش و مشخصات مدار نیز وابسته است.
آیا سایز کابل را می‌توان فقط با طول و جریان تعیین کرد؟
خیر. جنس هادی، ضریب توان، شرایط نصب، جریان مجاز، اتصال کوتاه و الزامات شبکه نیز لازم‌اند.
آیا افت ولتاژ کم، مناسب‌بودن کابل را ثابت می‌کند؟
خیر. تمام کنترل‌های الکتریکی، حرارتی، حفاظتی و اجرایی باید انجام شوند.
