Расчет падения напряжения – формула для определения потери по длине кабеля, на диоде, резисторе и участке цепи, допустимые значения по ПУЭ и таблица для расчета

Содержание

в кабеле при питании нагрузок шлейфом

Расчет падения напряжения при питании потребителей по радиальным схемам достаточно прост. Один участок, одно сечение кабеля, одна длина, один ток нагрузки. Подставляем эти данные в формулу и получаем результат.

При питании потребителей по магистральным схемам (шлейфом) расчет падения напряжения выполнить сложнее. Фактически, приходится выполнять несколько расчетов падения напряжения для одной линии: нужно выполнять расчет падения напряжения для каждого участка. Дополнительные сложности возникают при изменении потребляемой мощности электроприемников, запитанных по магистральной схеме. Изменение мощности одного электроприемника отражается на всей цепочке.

Насколько часто на практике встречается питание по магистральным схемам и шлейфом? Примеров привести можно много:

  • В групповых сетях — это сети освещения, розеточные сети.
  • В жилых домах этажные щиты запитаны по магистральным схемам.
  • В промышленных и коммерческих зданиях также часто применяются магистральные схемы питания и питания шлейфом щитов.
  • Шинопровод является примером питания потребителей по магистральной схеме.
  • Питание опор наружного освещения дорог.

Рассмотрим расчет падения напряжения на примере наружного освещения.

Предположим, что нужно выполнить расчет падения напряжения для четырёх столбов наружного освещения, последовательно запитанных от щита наружного освещения ЩНО.

Длина участков от щита до столба, между столбами: L1, L2, L3, L4.
Ток, протекающий по участкам: I1, I2, I3, I4.
Падение напряжения на участках: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Ток, потребляемый светильниками на каждом столбе, Ilamp.

Столбы запитаны шлейфом, соответственно:

  • I4=Ilamp
  • I3=I4+Ilamp
  • I2=I3+Ilamp
  • I1=I2+Ilamp

Ток, потребляемый лампой, неизвестен, зато известна мощность лампы и её тип (либо из каталога, либо по п.6.30 СП 31-110-2003).

Ток определяем по формуле:

Расчет падения напряжения при питании шлейфом. Формула расчета полного фазного тока

Формула расчета полного фазного тока

Iф — полный фазный ток
P — активная мощность
Uф — фазное напряжение
cosφ — коэффициент мощности
Nф — число фаз (Nф=1 для однофазной нагрузки, Nф=3 для однофазной нагрузки)

Напомню, что линейное (междуфазное) напряжение больше фазного напряжения в √3 раз:
Соотношение линейного (междуфазного) и фазного напряжения

При расчете падения напряжения в трехфазной сети подразумевают падение линейного напряжения, в однофазных — однофазного.

Расчет падения напряжения выполняется по формулам:

Расчет падения напряжения при питании шлейфом. Формула для расчета в трехфазной цепи

Формула расчета падения напряжения в трехфазной цепи


Расчет падения напряжения при питании шлейфом. Формула расчета падения напряжения в однофазной цепи

Формула расчета падения напряжения в однофазной цепи

Iф — полный фазный ток, протекающий по участку
R — сопротивление участка
cosφ — коэффициент мощности

Сопротивление участка рассчитывается по формуле
Формула для расчета сопротивления
ρ — удельной сопротивление проводника (медь, алюминий)
L — длина участка
S — сечение проводника

N — число параллельнопроложенных проводников в линии

Обычно в каталогах приводят удельные значения сопротивления для различных сечений проводников
Формула расчета удельного сопротивления
При наличии информации об удельных сопротивлениях проводников формулы расчета падения напряжения принимают вид:

Расчет падения напряжения при питании шлейфом. Формула для расчета в трехфазной цепи

Формула расчета падения напряжения в трехфазной цепи


Формула расчета падения напряжения в однофазной цепи

Формула расчета падения напряжения в однофазной цепи

Подставляя в формулу соответствующие значения токов, удельных сопротивлений, длины, количества параллельнопроложенных проводников и коэффициента мощности, вычисляем величину падения напряжения на участке.

Нормативными документами регламентируется величина относительного падения напряжения (в процентах от номинального значения), которая рассчитывается по формуле:
Формула расчета относительного падения напряжения
U — номинальное напряжение сети.

Формула расчета относительного падения напряжения одинакова для трехфазной и однофазной сети. При расчете в трехфазной сети нужно подставлять трехфазное падение и номинальное напряжения, при расчете в однофазной сети — однофазные:

Формула расчета относительного падения напряжения в трехфазной сети

Формула расчета относительного падения напряжения в трехфазной сети


Формула расчета относительного падения напряжения в однофазной сети

Формула расчета относительного падения напряжения в однофазной сети

С теорией закончено, рассмотрим, как это реализовать с использованием DDECAD.

Примем следующие исходные данные:

  • Мощность лампы 250Вт, cosφ=0,85.
  • Расстояние между столбами, от щита до первого столба L1=L2=L3=L4=20м.
  • Питание столбов осуществляется медным кабелем 3×10.
  • Ответвление от питающего кабеля до лампы выполнено кабелем 3×2,5, L=6м.

Для каждого столба в программе DDECAD создаём расчетную таблицу.

Заполняем данные для лампы в каждой расчетной таблице:

Расчет падения напряжения при питании шлейфом в программе DDECAD
Подключаем к расчетной таблице Столб 3 расчетную таблицу Столб 4, к Столб 2 — Столб 3, к Столб 1 — Столб 2, к ЩНО — Столб 1:
Расчет падения напряжения при питании шлейфом в программе DDECAD
Далее, из расчетной таблицы ЩНО рассчитанное программой значение падения напряжения в конце первого участка (Столб 1) переносим в зелёную ячейку расчетной таблицы Столб 1:
Расчет падения напряжения при питании шлейфом
Переносить значения следует делая ссылку на ячейку расчетной таблицы вышестоящего щита. В случае Столб 1 и ЩНО это делается так:

  1. В расчетной таблице Столб 1 курсор устанавливают на зелёную ячейку в столбике «∆U».
  2. Нажимают «=».
  3. Переключаются на расчетную таблицу ЩНО.
  4. Устанавливают курсор на ячейку в столбике «∆U∑», находящуюся в строке Столб 1.
  5. Нажимают «Enter».

Получаем рассчитанное значение падения напряжения в конце второго участка (Столб 2) — 0,37% и рассчитанное падение напряжения на лампе — 0,27%.
Расчет падения напряжения при питании шлейфом в программе DDECAD

Аналогично делаем для всех остальных расчетных таблиц и получаем рассчитанные значения падения напряжения на всех участках.
Так как мы выполнили связывание таблиц (средствами программы, подключая одну таблицу к другой, и вручную, перенося значения падения напряжения), то получили связанную систему. При внесении любых изменений всё будет

автоматически пересчитано.


Подпишитесь и получайте уведомления о новых статьях на e-mail

email

Читайте также:

Расчет падения напряжения в кабеле: калькулятор онлайн, формула расчета

Производя расчет потерь электроэнергии в кабеле, важно учитывать его длину, сечения жил, удельное индуктивное сопротивление, подключение проводов. Благодаря этой справочной информации вы сможете самостоятельно произвести расчет падения напряжения.

Виды и структура потерь

Даже самые эффективные системы электроснабжения имеют те или иные фактические потери электроэнергии. Под потерями понимается разница между данной пользователям электрической энергией и по факту пришедшей к ним. Это связано с несовершенством систем и с физическими свойствами материалов, из которых они изготовлены.

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Самый распространенный вид потерь электроэнергии в электрических сетях связан с потерями напряжения от длины кабеля. Для нормирования финансовых трат и подсчета их действительной величины была разработана такая классификация:

  1. Технический фактор. Он связан с особенностями физических процессов и может изменяться под влиянием нагрузок, условных постоянных затрат и климатических обстоятельств.
  2. Затраты на использование дополнительного снабжения и обеспечение нужных условий для деятельности технического персонала.
  3. Коммерческий фактор. В эту группу входят отклонения из-за несовершенства контрольно-измерительных приборов и прочие моменты, провоцирующие недоучет электрической энергии.

Основные причины появления потери напряжения

Основная причина потери мощности в кабеле — это потери в линиях электропередач. На расстоянии от электростанции до потребителей не только рассеивается мощность электроэнергии, но и падает напряжение (что при достижении значения меньше минимально допустимого может спровоцировать не только неэффективную работу приборов, но и полную их неработоспособность.

Также потери в электрических сетях могут быть вызваны реактивной составляющей участка электрической цепи, то есть наличием на этих участках любых индуктивных элементов (это могут быть катушки связи и контуров, трансформаторы, дроссели низкой и высокой частот, электродвигатели).

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Пользователь сети не может повлиять на потери в ЛЭП, но может снизить падение напряжения на участке цепи, грамотно подключив ее элементы.

Медный кабель лучше соединять с медным, а алюминиевый — с алюминиевым. Количество соединений проводов, где материал жилы изменяется, лучше свести к минимуму, так как в таких местах не только рассеивается энергия, но и увеличивается тепловыделение, что при недостаточном уровне теплозоляции может быть пожароопасным. Учитывая показатели удельной проводимости и удельного сопротивления меди и алюминия, более эффективно в плане энергозатрат использовать медь.

Если это возможно, при планировании электрической цепи любые индуктивные элементы, такие как катушки (L), трансформаторы и электродвигатели, лучше подключать параллельно, так как согласно законам физики, общая индуктивность такой схемы снижается, а при последовательном подключении, наоборот, увеличивается.

Еще для сглаживания реактивной составляющей используют конденсаторные установки (или RC-фильтры в совокупности с резисторами).

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

В зависимости от принципа подключения конденсаторов и потребителя имеется несколько типов компенсации: личная, групповая и общая.

  1. При личной компенсации емкости присоединяют непосредственно к месту появления реактивной мощности, то есть собственный конденсатор — к асинхронному мотору, еще один — к газоразрядной лампе, еще один — к сварочному, еще один — для трансформатора и т.д. В этой точке приходящие кабели разгружаются от реактивных токов к отдельному пользователю.
  2. Групповая компенсация включает в себя присоединение одного или нескольких конденсаторов к нескольким элементам с большими индуктивными характеристиками. В данной ситуации регулярная одновременная деятельность нескольких потребителей связана с передачей суммарной реактивной энергии между нагрузками и конденсаторами. Линия, которая подводит электрическую энергию к группе нагрузок, разгрузится.
  3. Общая компенсация предусматривает вставку конденсаторов с регулятором в основном щите, или ГРЩ. Он производит оценку по факту текущего потребления реактивной мощности и быстро подсоединяет и отсоединяет нужное число конденсаторов. В результате берущаяся от сети общая мощность приводится к минимуму в согласии с моментальной величиной необходимой реактивной мощности.
  4. Все установки компенсации реактивной мощности включают в себя пару ветвей конденсаторов, пару ступеней, которые образуются специально для электрической сети в зависимости от потенциальных нагрузок. Типичные габариты ступеней: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 квар.

Для приобретения больших ступеней (100 и больше квар) соединяют параллельно небольшие. Нагрузки на сети уменьшаются, токи включения и их помехи снижаются. В сетях с множеством высоких гармоник сетевого напряжения конденсаторы защищают дросселями.

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Автоматические компенсаторы обеспечивают сети, снабженной ими, такие преимущества:

  • уменьшают загрузку трансформаторов;
  • делают более простыми требования к сечению кабелей;
  • дают возможность загрузить электросети больше, чем можно без компенсации;
  • ликвидируют причины уменьшения напряжения сети, даже когда нагрузка подсоединена протяженными кабелями;
  • увеличивают КПД мобильных генераторов на топливе;
  • упрощают запуск электрических двигателей;
  • увеличивают косинус фи;
  • ликвидируют реактивную мощность из контуров;
  • защищают от перенапряжений;
  • совершенствуют регулировку характеристик сетей.

Калькулятор расчета потерь напряжения в кабеле

Для любого кабеля расчет потерь напряжения можно произвести онлайн. Ниже приведен онлайн-калькулятор потерь в кабеле напряжения.

Калькулятор находится в разработке, в ближайшее время он станет доступным.

Расчет с применением формулы

Если вы желаете самостоятельно посчитать, каково падение напряжение в проводе, учитывая его длину и прочие факторы, влияющие на потери, можно использовать формулу расчета падения напряжения в кабеле:

ΔU, % = (Uн — U) * 100/ Uн,

где Uн — номинальное напряжение на входе в сеть;

U — напряжение на отдельном элементе сети (считают потери в процентах от номинала, имеющегося на входе напряжения).

Из этого можно вывести формулу расчета потерь электроэнерг

Падение напряжения на проводах — расстояние от трансформатора до ламп или ленты

Падение напряжения на проводах

Нас часто спрашивают, можно ли светодиодные лампы на 12 вольт такой-то мощности в таком-то количестве отдалить от трансформатора на такое-то расстояние?

Общая рекомендация — это расстояние не должно превышать 5 метров. Это известный факт.

Но что делать, если требуется больше 5 метров? Часто из-за конструктивных ограничений невозможно уложиться в такое короткое расстояние.

Потери на проводах — суть проблемы

В некоторых ситуациях можно превратить число 5 в гораздо большее значение. Для этого нужно оценить падение напряжения на проводах.

Именно оно является причиной ограничений — сам провод имеет внутреннее сопротивление и поэтому «съедает» часть напряжения источника тока. И когда провод слишком длинный, может случиться так, что лампам останется такая малая часть исходного напряжения, что они не загорятся.

Вторая часть проблемы — провод не просто «съедает» часть напряжения, а превращает его в тепло. Помимо того, что это просто бестолковое расходование электричества, так оно ещё и несёт в себе пожарную проблему — провод может нагреться слишком сильно.

Чтобы быть уверенным, что требуемые, например, 15 метров между трансформатором и лампой не принесут неприятностей, нужно оценить, сколько именно вольт потеряется на этих 15 метрах.

Рассчитать падение напряжения на проводе очень просто. Все необходимые для этого данные у Вас, как правило, есть: длина провода, суммарная мощность подключаемых ламп (ленты), напряжение питания и площадь поперечного сечения проводника. Нужно лишь дополнительно узнать удельное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен провод.

Формула для расчёта падения напряжения на проводах

Достаточно легко выводится простая общая формула для расчёта падения напряжения, применимая в любой ситуации.

Нам понадобится только закон Ома R = V / I и формула связи электрической мощности, напряжения и силы тока W = V · I.

Также для оценки сопротивления провода нужно знать значение удельного электрического сопротивления [википедия] материала проводника.

Проведя простые выкладки, получим вот такую формулу, дающую оценку значения падения напряжения на проводах:

Формула оценки падения напряжения на проводахОценка падения напряжения на проводах

Падение напряжения зависит от типа материала провода, сечения провода, его длины, мощности потребителей и напряжения источника питания. В этой формуле обозначено:

  • W — мощность в ваттах потребителей тока на конце провода;
  • V — напряжение источника тока в вольтах, как правило, 12 вольт или 24 вольта;
  • L — длина провода в метрах, т.е. удалённость потребителей от трансформатора;
  • S — площадь сечения провода в мм²;
  • ρ — значение удельного электрического сопротивление в Ом·мм²/м, для меди это примерно 0.018 Ом·мм²/м

Формула проста, но применима только в случае, если ожидаемое падение напряжения не велико, не более нескольких процентов, т.е. когда расстояние между трансформатором и потребителем не превышает 10 метров, а мощность не велика — менее 10-20 ватт.

В иных случаях следует воспользоваться более точной формулой:

Формула для вычисления падения напряжения на проводахТочное значение падения напряжения на проводах

Теперь, вычислив значение падение напряжения на проводах, мы можем оценить, какая мощность будет теряться — просто расходоваться на нагрев проводов. Нужно полученное значение падения напряжения умножить на мощность потребителей тока W и поделить на напряжение трансформатора V:

Оценка падения мощности на проводахОценка падения мощности на проводах

Если эта мощность получится слишком большой, то, очевидно, нужно увеличить толщину провода. Иначе можно получить разные неприятности вплоть до пожара.

Выводы

Как легко видеть из формул, двукратное увеличение площади сечения проводника примерно двукратно уменьшает падение напряжения на проводах.

Также возможным решением проблемы может быть увеличение значения напряжения источника тока. Если, конечно, потребители тока это позволяют. Опять же, двукратное увеличение питающего напряжения примерно в два раза снижает падение напряжения.

Например, наши низковольтные лампы Е27 на 12-24 вольт одинаково светят и от 12 и от 24 вольт. И в этом случае имеет смысл перейти на трансформатор на 24 вольта.

Также становится понятно, что для мощных потребителей (порядка 100 ватт) понадобятся очень толстые провода.

Пример

Оценим падение напряжения на медном проводе сечением 1.5 мм² и длиной 20 м при 24 вольтах и мощности подключенной ленты 50 ватт.

Подставив в первую формулу эти значения, мы получим, что на проводах «потеряется» примерно 1 вольт и около 2 ватт. В принципе, это не много, но если есть возможность увеличить толщину провода, лучше это сделать.

Можно, конечно, увеличить напряжение источника тока, заложив падение напряжение, но это совсем не лучший выход. Например, если мощность светильников на конце провода 180 ватт, то падение напряжения на проводе составит уже 3.5 вольта, а мощности — 25 ватт. Светильникам останется только 20 вольт, и драйверы некоторых светильников от недостатка напряжения могут войти в нештатный режим работы и начать перегреваться, потребляя гораздо больше заявленной мощности (хотя светодиоды при этом будут выдавать ту же яркость), что только увеличит падения напряжения на проводе. В этой ситуации останется только гадать, что случится раньше — возгорание проводов или выход из строя светильников.

А для трансформаторов на 12 вольт падение напряжения и расход мощности будут ещё в два раза больше.

Единственное правильное решение — увеличить толщину проводника. Как уже было сказано, увеличиваем сечение провода в два раза — примерно в два раза уменьшаем потери на проводах.

рассчитываем потери и уменьшаем затраты

Для работы электроприборов необходимы определённые параметры сети. Провода обладают сопротивлением электрическому току, поэтому при выборе сечения кабелей необходимо учитывать падение напряжения в проводах.

Изменение напряжения вдоль линии

Изменение напряжения вдоль линии

Что такое падение напряжения

При измерении в разных частях провода, по которому течёт электрический ток, по мере движения от источника к нагрузке наблюдается изменение потенциала. Причина этого – сопротивление проводов.

Закон Ома

Закон Ома

Как замеряется падение напряжения

Измерить падение можно тремя способами:

  • Двумя вольтметрами. Замеры производятся в начале и конце кабеля;
  • Поочерёдно в разных местах. Недостаток метода в том, что при переходах может измениться нагрузка или параметры сети, что повлияет на показания;
  • Одним прибором, подключённым параллельно кабелю. Падение напряжения в кабеле мало, а соединительные провода большой длины, что приводит к погрешностям.

Важно! Падение напряжения может составлять от 0,1В, поэтому приборы используются класса точности не ниже 0,2.

Принцип замера потерь напряжения в кабеле

Принцип замера потерь напряжения в кабеле

Сопротивление металлов

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах это движение свободных электронов сквозь кристаллическую решётку, которая оказывает сопротивление этому движению.

В расчетах удельное сопротивление обозначается буквой “p” и соответствует сопротивлению одного метра провода сечением 1мм².

Для самых распространённых металлов, используемых для изготовления проводов, меди и алюминия, этот параметр равен 0,017 и 0,026 Ом*м/мм², соответственно. Сопротивление отрезка провода вычисляется по формуле:

R=(p*l)/S, где:

  • l – длина,
  • S – сечение кабеля.

Например, 100 метров медного провода сечением 4мм² имеет сопротивление 0,425 Ом.

Если сечение S неизвестно, то, зная диаметр проводника, оно рассчитывается как:

S=(π*d²)/4, где:

  • π – число “пи” (3,14),
  • d – диаметр.

Как рассчитать потери напряжения

По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём появляется разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.

Для нормальной работы электрооборудования величина напряжения сети не должна выходить за пределы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.

При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение возле потребителя меняется. Эти колебания необходимо учитывать при проектировании электроснабжения.

Выбор по допустимым потерям

При расчёте потерь необходимо учитывать, что в однофазной сети используется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения меняется:

U=I*R=(p*2l)/S.

В трёхфазной сети ситуация сложнее. При равномерной нагрузке, например, в электродвигателе, мощности, подключенные к фазным проводам, компенсируют друг друга, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.

Если нагрузка неравномерная, как в электроплитах, в которых может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазной сети.

В линиях большой протяжённости, кроме активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.

Принцип образования потерь напряжения

Принцип образования потерь напряжения

Расчёт можно выполнить по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазной сети и при расстоянии 100 метров необходимое сечение составит не менее 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².

Выбор сечения кабелей по нагреву

Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:

Р=I²*R.

В кабеле из предыдущего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Несмотря на длину, этого достаточно для того, чтобы нагреть проводник.

При нагреве провода свыше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к короткому замыканию. Величина допустимого тока зависит от материала токопроводящей жилы, изоляции и условий прокладки. Для выбора необходимо пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькулятором.

Как уменьшить падение напряжения в кабеле

При прокладке электропроводки на большие расстояния сечение кабеля, выбранное по допустимому падению напряжения, многократно превосходит выбор, сделанный по нагреву, что приводит к увеличению стоимости электроснабжения. Но есть способы уменьшить эти расходы:

  • Повысить потенциал в начале питающего кабеля. Возможно только это при подключении к отдельному трансформатору, например, в дачном посёлке или микрорайоне. При отключении части потребителей потенциал в розетках остальных окажется завышенным;
  • Установка возле нагрузки стабилизатора. Это требует расходов, но гарантирует постоянные параметры сети;
  • При подключении нагрузки 12-36В через понижающий трансформатор или блок питания располагать их рядом с потребителем.

Справка. При понижении напряжения растёт ток в сети, падение напряжения и необходимое сечение проводов.

Способы снижения потерь в кабеле

Кроме нарушения нормальной работы электроприборов, падение напряжения в проводах приводит к дополнительным расходам на электроэнергию. Уменьшить эти затраты можно разными способами:

  • Увеличение сечения питающих проводов. Этот метод требует значительных расходов на замену кабелей и тщательной проверки экономической целесообразности;
  • Уменьшение длины линии. Прямая, соединяющая две точки, всегда короче кривой или ломаной линии. Поэтому при проектировании сетей электроснабжения линии следует прокладывать максимально коротким прямым путём;
  • Снижение окружающей температуры. При нагреве сопротивление металлов растёт, и увеличиваются потери электроэнергии в кабеле;
  • Уменьшение нагрузки. Этот вариант возможен при наличии большого числа потребителей и источников питания;
  • Приведение cosφ к 1 возле нагрузки. Это уменьшает потребляемый ток и потери.

Важно! Все изменения необходимо отображать на схемах.

К сведению. Улучшение вентиляции в кабельных лотках и других конструкциях приводит к снижению температуры, сопротивления и потерь в линии.

Для достижения максимального эффекта необходимо комбинировать эти способы между собой и с другими методами энергосбережения.

Расчёт падения напряжения и потерь электроэнергии в кабеле важен при проектировании систем электроснабжения и кабельных линий.

Видео

Калькулятор падения напряжения в кабеле 12, 24, 36, 48, 60 вольт

Очень часто при монтаже слаботочных систем возникает вопрос “Как узнать падение напряжения 12 вольт по длине кабеля?”, чтобы не запутаться в формуле подсчета мы создали специальный удобный калькулятор, позволяющий рассчитать напряжение на конце линии.

Пример расчета

Допустим у нас стоит задача запитать камеру видеонаблюдения от блока питания 12 вольт. Расстояние от камеры видеонаблюдения до источника питания 100 метров.Планируемый кабель для подачи питания имеет сечение 0.75 мм². Далее мы узнаем ток потребления видеокамеры, в нашем случае это 0.3 А или 300 мА. Вбиваем количество камер на линии и выбираем величину напряжения источника питания. Жмем расчет и получаем точные данные.

Из результата ниже мы узнаем, что в нашем случае до камеры дойдет всего лишь 10.6 вольт, что не совсем корректно для работы камеры видеонаблюдения, следовательно нам нужно либо сократить дистанцию между камерой и блоком питания либо использовать более толстое сечение кабеля.

Калькулятор падения напряжения в кабеле 12, 24, 36, 48, 60 вольтКалькулятор падения напряжения в кабеле 12, 24, 36, 48, 60 вольт

Наш калькулятор позволяет произвести расчет падения напряжения в сечении кабеля 12, 24, 36, 48, 60 вольт в однофазной двухпроводной линии постоянного или переменного тока.

Внимание!

Все расчеты считаются верными при использовании медного кабеля, если Ваш кабель омедненный результаты будут расходиться.

Падение напряжения по длине кабеля: методы расчета, природа явления

Любой кабель ограничен в своей пропускной способности. По этой причине могут появиться такие условия в электросети, когда для нормальной работы оборудования величина напряжения окажется недостаточной. Такое явление часто встречается, и по этой причине заслуживает более детального рассмотрения, что и будет сделано далее в нашей статье.

Основные причины падения напряжения

Итак, на пропускную способность кабеля оказывают влияние два его главных параметра:

  • площадь поперечного сечения;
  • длина.

Но сила тока в жилах – это как раз та физическая величина, с которой перечисленные параметры находятся в неразрывной связи по закону Ома для участка электрической цепи:

Теория Теория

Среди указанных составляющих формулы сопротивления не хватает еще одной, связывающей силу тока и его неравномерное распределение по поперечнику жилы кабеля. Напоминаем, что это явление именуется поверхностным эффектом или скин-эффектом. Чем больше сила тока, тем заметнее скин-эффект. От него можно избавиться в кабеле, только делая жилы многопроволочными.

Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы

Но рассмотренные явления в полной мере соответствуют кабелям с постоянным током, используемым в основном для электрического транспорта. В остальном – это лишь часть того, что входит в понятие падения напряжения (ΔU) по длине кабеля, работающего в промышленной электросети, в которой действует переменное напряжение. В этих условиях любой проводник характеризуется импедансом, учитывающим его индуктивность и емкость, образующих реактивную составляющую напряжения и тока. Поэтому в целом получается комплексная проблема, которая, по сути, сводится к потерям электроэнергии. А ΔU – это их объективное проявление (см. поясняющее изображение далее):

Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы Скин-эффект и распределение тока по сечению токопроводящей жилы

Напоминаем, что в электротехнике для расчетов напряжений и токов с участием нагрузки, исчисляемой по импедансу, используются комплексные числа. Индуктивность и емкость вызывают сдвиг между током и напряжением. Поэтому комплексное число может быть представлено графически. Один вектор – это активная составляющая, другой – реактивная. Сдвиг между током и напряжением характеризуется углом между упомянутыми двумя векторами, выходящими из общей точки. На изображении выше изложенное представляют векторные диаграммы, выполненные красным цветом.

Варианты определения ΔU

Метод векторов

В ходе проектирования электрической сети в основе лежит нагрузка, работоспособность которой необходимо обеспечить. Если кабель будет выбран неправильно, ΔU на нем не позволит правильно работать этой нагрузке. Асинхронные двигатели не достигнут заданных оборотов, трансформаторы на вторичных обмотках не обеспечат номинальные напряжения и т.д., и т.п. Для однофазной сети нагрузка разделяется на активную и реактивную составляющие.

Трехфазная сеть представляется как три самостоятельные однофазные сети. Они называются схемами замещения. Этот метод обеспечивает достаточно точные результаты, если нагрузка симметрична. Если симметрия нарушается, то анализ причин, которые этот процесс вызвали, также можно выполнить, используя этот метод. На основании известных величин можно построить векторную диаграмму и, меняя длину векторов соответственно поставленной задаче, определять те величины, которые необходимы.

Схема 1 Схема 1

Например, известны параметры, которые необходимы для нормальной работы нагрузки. Параметры линии также известны. Следовательно, задача сводится к определению векторного напряжения U1. Шаги, приводящие к появлению искомого вектора, показаны далее.  

Схема 2 Схема 2

Длина вектора и его направление определяются исходя из закона Ома и направления вектора напряжения, определяющего ток (векторы тока и напряжения по направлению совпадают). Вектор напряжения, который получается как результат сложения активной и реактивной составляющих нагрузки (IR+IХ), – это и есть ΔU в линии, соединяющей источник напряжения U1 с нагрузкой. Из полученных векторов просто получить также и потери напряжения. Для этого векторы U1 и U2 совмещаются так, чтобы направление обоих было таким же, как у вектора U2. Разница между ними в длине – это будут потери напряжения.

Схема падения и потери напряжения Схема падения и потери напряженияОпределение ΔU и потерь напряжения Определение ΔU и потерь напряжения

Таблицы Кнорринга

Но заниматься построением векторов довольно-таки нудно. Тем более что за время существования потребности в проектировании электросетей для стандартных ситуаций придуманы решения более быстрые. К ним относятся таблицы Кнорринга. Стандартность ситуации для них состоит в постоянстве напряжения на входе кабеля или иного проводника (переменное напряжение с действующим значением 220 В). Это важно как для одной фазы, так и для трех фаз. То есть в трехфазной электросети нагрузка должна быть симметричной.

Также необходимо располагать величиной сечения токопроводящей жилы (в квадратных миллиметрах), длиной проводника (в метрах) и мощностью в нагрузке (в киловаттах). Получаем произведение мощности на длину, в столбце, начинающемся с подходящего сечения жилы, находим это значение, и в крайнем левом столбце смотрим ΔU на кабеле. Только и всего. Два варианта таблиц для напряжения однофазной и трехфазной электрической сети, а также одна для напряжения 12 В, показанные далее, читатель может использовать для расчетов.

Таблица 1 Таблица 1Таблица 2 Таблица 2Таблица 3 Таблица 3

Для всех таблиц принято ограничение – жилы должны быть из меди. Если читателю встретится такое определение, как момент нагрузки, – это как раз и будет число из таблицы Кнорринга для провода, соответствующее произведению мощности на длину.

Точные расчеты по формулам

Если по тем или иным причинам метод векторов и таблицы не устраивают, можно использовать либо формулы, показанные далее, либо калькулятор онлайн, на них основанный. Таких калькуляторов в сети немало, и найти подходящий несложно.

Расчет по формулам ΔU по длине кабеля Расчет по формулам ΔU по длине кабеля Похожие статьи:

разность напряжения в двух точках

autorEd Valitov date26.11.2018 Расчет падения напряжения в кабеле, гипотенуза треугольникакартинка

Доброго дня, уважаемые гости и читатели нашего блога! Сегодня мы хотели бы рассказать Вам о том, как выбрать электрический провод для системы энергоснабжения объекта так, чтобы

не пришлось кусать локти, сетуя на скачки напряжения или нехватку мощности для одновременного питания всего комплекса оборудования.

Основной акцент в этом деле делаем на диаметр провода для проходящего по нему тока, и расчет падения напряжения в кабеле как раз и призван решить эту задачу.

Давайте вместе выясним, как производится расчет, а также узнаем, каким образом можно увеличить показатель силового напряжения электрической сети, повысив тем самым безопасность электроустановок.

Содержание статьи

Что нам нужно знать?

Всем известно, что кабельная проводка передает электроэнергию от источника – линии электропередачи – к конечному потребителю – жилым, административным зданиям, строительным объектам и т.п.

При движении тока по металлическому проводу часть энергии теряется в нем из-за сопротивления току самого металла.

Поэтому потребителю достается не та часть электричества, которая отошла от источника, а несколько меньшая с учетом потерь при движении тока.Для обеспечения оптимального распределения нагрузки и стабильности напряжения провод для электрической сети необходимо выбирать определенного размера – сечения, которое определяет диаметр провода.

Падение напряжения будет также зависеть от длины проводника.

Расчетная величина падения не должна сильно отклоняться от исходного нормативного значения.

При увеличении подключаемой нагрузки также возрастают препятствия для прохождения тока.

Кроме того, при небольшой силе тока увеличивается сопротивление проводника, поэтому происходит падение напряжения, ведь все мы из школы помним математическую зависимость:

I = U / R.

Поэтому, если взять два разных по длине проводника одинакового сечения, то потери выше у более длинного из них.Следовательно, при прокладке токоведущего кабеля для ЛЭП или других электрических установок основным критерием наряду с сечением проводника выступает его длина.

А можно ли рассчитать эту величину в обычных бытовых условиях, используя подручные средства?

Разумеется, определить снижение напряжения мы сможем тремя способами:

  • Используя два вольтметра, производим замер этой величины в на концах кабеля.
  • Измеряем напряжение последовательно на разных участках провода. При этом методе показания могут быть не объективными, т.к. возможно изменение нагрузки или условий работы сети.
  • Подключаем один электроприбор параллельно замеряемому кабелю. Здесь также возможны погрешности, потому что длинные соединительные провода способны влиять на искомую характеристику.

Важно. Значение этой величины может быть минимальным — от 0,1 В. Советуем применять для измерения приборы не ниже класса точности 0,2.

Причины падения напряжения

В большинстве случае для монтажных работ выбор останавливают на жилах двух сортов металла. Это:

  1. медь;
  2. алюминий.

Они защищены изоляционной обмоткой.

Реже применяют термоусадку для самостоятельной изоляции жильных проводов.

То есть задача изоляции – создать диэлектрическую оболочку для проводника, потому как в одном кабеле все провода лежат очень плотно друг к другу.

При протяженных линиях сердечники под обмоткой создают некоторый заряд с ёмкостным сопротивлением, по причине чего и возникает падение напряжения.

Оно происходит по следующему алгоритму.

  1. Проводящая жила под воздействием тока греется, затем создается ёмкостное реактивное сопротивление.
  2. Преобразования в элементах цепи делают мощность электрической энергии индуктивной.
  3. Сопротивление каждой фазы всей цепи возникает из-за резистивного сопротивления проводов.
  4. Каждая токопроводящая жила имеет полное сопротивление при подключении кабеля на токовую нагрузку.
  5. Если используются три фазы, то линии тока в них симметричны, нейтральная жила при этом проводит почти нулевой ток.
  6. Полное (комплексное) сопротивление создает потери напряжения, потому что ток в цепи движется с некоторым отклонением за счет реактивного сопротивления.

Данную схему можно представить графически: горизонтальная прямая линия, выходящая из определенной точки – сила тока.

Из той же точки выходит линия входного напряжения U1 и линия выходного напряжения U2, первая под большим, а вторая под меньшим углом к вектору силы тока.

Падение напряжения будет равно геометрической разнице между направлениями U1 и U2.

На рисунке – отрезок AB и есть падение, это гипотенуза треугольника.

Катеты BC и AC – показатели понижения напряжения с учетом реактивного и активного сопротивлений.

Линия AD – это значение энергетических потерь. Эту схему удобно применять, когда нет доступного способа описать показатель понижения напряжения математически, т.к. вручную его рассчитывать довольно трудно.

Результат падения напряжения

А что становится результатом этого процесса в фундаментальном смысле?

Давайте посмотрим, что происходит при снижении этой характеристики электрической энергии.

В соответствии с нормативной документацией ПУЭ, потери при движении тока от трансформаторной подстанции до самого отдаленного участка по электрической нагрузке для населенного пункта должны быть не более 9 %.

При этом потери в размере 4 % разрешаются от главного ввода до потребителя электроэнергии, а 5 % – от трансформатора до главного ввода.

В трехфазных коммуникациях нормативный показатель по ГОСТ 29322-2014 составляет 400 В ± 10 % при нормальной эксплуатации линии.Отклонение этой величины от норматива может приводить к следующим результатам для стационарных объектов или электрических приборов.

  1. Сбои в работе электроустановок, неправильная работа оборудования, выход его из строя, нарушение освещения объекта.
  2. Отключение электроприборов или сбои их корректной работы.
  3. Понижение ускорения вращения у электрических двигателей при старте, потери энергии, отключение устройств при нагреве.
  4. Некорректное распределение электронагрузки от начала линии до удаленного конца провода между объектами потребления.
  5. Работа на 50 % осветительных устройств помещения.

Нормальным значением для потерь при стандартном рабочем режиме электролинии является 5 %.

Эту величину допускается принимать для электросетей на этапе проекта.

Относительно токов большой мощности строятся протяженные электрические магистрали.

Важно. К устройству ЛЭП на всех стадиях предъявляются высокие требования. Поэтому важно просчитывать потери на всех участках магистрали, от главного магистрального пути до линий второстепенного назначения.

Рассчитываем падение напряжения

При вычислении обязательно учитываем активное и реактивное сопротивления, составляющие комплексное (общее) сопротивление цепи, а также мощность.

Формула для расчета этого показателя на участке цепи длиной L выглядит так:

∆U = (P * r0 + Q * x0) * L / Uном,

где

  • P — активная мощность;
  • Q — реактивная мощность;
  • r0 — активное сопротивление;
  • x0 — реактивное сопротивление;
  • Uном — номинальное напряжение.

Как мы сказали выше, на практике допускаются отклонения от нормативного показателя по ПУЭ. Разрешенные пределы отклонения:

  • силовые линии – ±5 %;
  • внутреннее и наружное бытовое освещение – ±5 %;
  • производственное освещение (также для общественных зданий) – от +5 % до -2,5 %.

В итоге вычисления мы получим процентный показатель.

Приведем пример. Суммарная потребляемая мощность всех приборов в доме – 2 кВт. Все приборы подключены к сети. Тогда сила тока I = 2 * 1000/220 = 9 А.

Далее нам необходимо знать формулу расчета потерь напряжения. Она выглядит следующим образом:

∆U = (I * р * L) / S.

Используя эту формулу, получаем потери в кабеле:

∆U = (I * R / U) * 100 % = 2 (два провода) * 0,0175 / 1,5 * 30 = 0,7 Ом.

                Тогда значение понижения напряжения будет равняться:

∆U = (9 * 0,7 / 220) * 100 % = 2,86 %.

Полученная величина вполне вписывает в нормативный по ПУЭ показатель 5 % отклонения.

Это значение, к тому же, очень выгодно для конечного потребителя, поскольку он получает электроэнергию полной мощности с потреблением электричества более низкого напряжения.

Это позволяет существенно снизить затраты потребителей на электроэнергию.

Еще один способ определения величины потерь напряжения предполагает использование таблицы, которая представлена в профильных методических указаниях для инженеров ЛЭП.

Там учтены все технические качества линии и оборудования, в зависимости от которых можно «достать» значение потерь для определенных условий эксплуатации.

Как уменьшить падение напряжения в электрической сети

При выполнении работ по прокладке кабеля сечение провода, взятое по допустимому понижению, превосходит таковую величину, выбранную по нагреву проводника.

Это приводит к удорожанию электричества для потребителя. Как уменьшить этот показатель? Ведь от него зависит итоговая цена за 1 кВт электроэнергии.

Опишем несколько способов сделать это.

  • Установить стабилизатор около нагрузки для устойчивости сети.
  • Повысить значение потенциала у начала кабеля, подключившись к отдельному трансформатору.
  • Расположить на небольшом расстоянии от потребителя блок питания или понижающий трансформатор при подключенной нагрузке 12-36 В.

Как уменьшить потери в кабеле

Потери напряжения приводят к дополнительным затратам.

Для того чтобы понизить этот показатель, можно воспользоваться следующими методами.

  • увеличить сечение питающих кабелей;
  • уменьшить количество ломаных линий (поворотов) в проводке, тем самым уменьшив длину маршрута проводника для снижения общего сопротивления;
  • понизить температуру окружающей среды, т.к. при нагревании металла возрастает его сопротивление, охлаждение даст обратный эффект;
  • уменьшить нагрузку на сеть;
  • привести угол между вектором напряжения и вектором силы тока к единице.

Замечание. Для того чтобы понизить сопротивление кабеля, а, соответственно, потери электричества в нем, можно попробовать улучшить вентиляцию в конструкциях кабеля и кабельных лотках.

Дорогие читатели, мы с Вами рассмотрели очередной вопрос, касающийся нашей безопасности в отношении электроснабжения, именно, узнали, как произвести правильный расчет падения напряжения.

Если информация была Вам полезна, порекомендуйте наш блог своим друзьям, подписывайтесь на нас в социальных сетях и будьте всегда под защитой! Всего Вам хорошего.

Понравилась статья ? Поделитесь с друзьями!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *