为什么电缆长度越长,电压降越大?如何通过计算优化?

百科   2024-12-31 12:02   湖南  

电工兄弟们都清楚,电缆越长,电压越容易掉。这事儿说简单也简单,说复杂也确实有点技术门道。今天咱们聊聊这个问题的本质和优化方法!


一、 电压降增大原因

电压降,说白了就是电缆传输过程中“吃”掉了部分电压。为什么吃掉?咱一条条说清楚:


1、电缆有“电阻”,长了当然“吃”得多

电缆里的导体(铜或铝)本身有阻力,电流通过时会损耗电压。导体电阻 R 的计算公式是这样的:


ρ:电阻率


L:电缆长度(米),实际为回路长度(单程长度的两倍)

A:导体横截面积,单位平方毫米(mm²)

所以,电缆越长 L,电阻越大,电压降自然就大

2、不光有“电阻”,还有“感抗”捣乱

电缆中除了电阻,还有感抗 X。特别是交流系统,电缆周围的磁场会产生感抗,感抗也会“抢”掉一部分电压。公式如下:


f:电网频率,50 Hz。

L:电缆长度(米),此处应具体指“电缆回路长度”。

感抗由电缆的物理布局、电感值,以及交流频率共同决定。

长电缆=高感抗,这个“账”你算算就知道了。

3、负载功率因数低,“吃电压”更猛

功率因数低的话,感抗的影响会被放大。电压降公式直接看结果:


I:电流(A)

R:电阻(Ω)

X:感抗(Ω)

cosϕ:功率因数。

功率因数越低(比如 cosϕ=0.7),感抗部分占比越高,电压降就越大。



二、 计算电压降的步骤
咱们用一个实际案例说清楚,这样更直观。

已知条件:

单程电缆长度 L=100m,回路长度 L回路=200m。

负载电流I=50A。

铜电缆电阻R=0.017Ω/km。

感抗 X=0.08Ω/km。

功率因数 cosϕ=0.85。

1、计算电缆总阻抗:电缆的电阻和感抗按回路长度折算:


2、计算功率因数角的正弦值:


3、单相电压降计算:


代入:


4、验证电压降是否合理:系统电压为 220 V,相对电压降为:


低于 5% 的标准,说明合格



三、 如何优化电压降
电压降不能避免,但可以通过这些办法优化:

1、 换大截面积电缆

电阻跟截面积成反比,截面积越大,电阻越小。比如用 16 mm² 电缆代替 10 mm²,电阻会大幅降低,电压降也随之减少。

2、提高功率因数

用电容补偿装置提高功率因数,减小感抗的影响,优化公式中的 sinϕ 部分。

3、缩短电缆路径

电缆越短,电阻和感抗越小。合理规划线路,尽量减少多余长度。

4、用铜代替铝

铜的电阻率比铝低很多(铜是铝的 60%),直接换成铜芯电缆,效果立竿见影。

5、多点供电

对于超长线路,可以在中途增加中继供电点,降低电缆的总长度。


文章来源:电力学习网原创,作者:JACKERY;
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