Sv1ca-4.ru

Строй журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Потеря силы тока от длины кабеля

От чего зависит потеря напряжения в проводах?

При передаче электрического тока возможна неравномерная работа потребителей на различных участках цепи. Причин такого явления может быть несколько, и основной из них является падение напряжения.

Для расчёта напряжения и сопротивления в цепи используются формулы или готовые онлайн калькуляторы.

Через силу тока и сопротивление

ЗначениеФормула
Базовый расчёт напряжения на участке цепиU=I/R, где I — сила тока в Амперах, а R — сопротивление в Омах
Определение напряжения в цепи переменного токаU=I/Z, где Z — сопротивление в Омах, измеренное по всей протяженности цепи

Закон Ома имеет исключения для применения:

  1. При прохождении токов высокой частоты происходит быстрое изменение электромагнитных полей. При расчёте высокочастотных цепей следует учитывать инерцию частиц, которые переносят заряд.
  2. При работе цепей в условиях низких температур (вблизи абсолютного нуля) у веществ может возникать свойство сверхпроводимости.
  3. Нагретый проходящими токами проводник является причиной возникновения переменного сопротивления.
  4. При нахождении под воздействием высокого напряжения проводников или диэлектриков.
  5. Во время процессов, проходящих в устройствах на основе полупроводников.
  6. При работе светодиодов.

Через мощность и силу тока

При известной мощности потребителей и силе тока напряжение высчитывается по формуле U=P/I, где P — мощность в Ваттах, а I — сила тока в Амперах.

При расчётах в цепях переменного тока используется формула иного вида: U=(P/I)*cosφ, где cosφ — коэффициент мощности, зависит от характера нагрузки.

При использовании приборов с активной нагрузкой (лампы накаливания, приборы с нагревательными спиралями и элементами) коэффициент приближается к единице. При расчётах учитывается возможность наличия реактивного компонента при работе устройств и значение cosφ считается равным 0,95. При использовании устройств с реактивной составляющей (электрические двигатели, трансформаторы) принято считать cosφ равным 0,8.

Для проверки расчётов рекомендуется сравнивать результат со стандартным напряжением, которое равняется 220 Вольт для однофазной сети и 380 Вольт — для трёхфазной.

Через работу и заряд

Методика расчёта используется в лабораторных задачах и на практике не применяется.

Формула имеет аналогичный закону Ома вид: U=A/q, где A — выполненная работа по перемещению заряда в Джоулях, а q — прошедший заряд, измеренный в Кулонах.

Расчёт сопротивления

При работе проводник создает препятствие течению электрического тока, которое называется сопротивлением. При электротехнических расчетах применяется понятие удельного сопротивления, которое измеряется в Ом*м.

ЗначениеФормула
Расчет сопротивления одного элементаR=U/I, где U — напряжение в Вольтах, а I — сила тока в Амперах
Расчет для однородного проводникаR=(ρ*l)/S, где ρ — значение удельного сопротивления (Ом*м, берётся из таблиц значений), l — длина отрезка проводника (метры), а S — площадь поперечного сечения (м2)

Последовательное подключение

При последовательном соединении выход элемента связан со входом следующего. Общее сопротивление находится при помощи расчётной формулы: R=R1+R2+…+Rn, где R=R1+R2+…+Rn — значения сопротивления элементов в Омах.

Параллельное подключение

Параллельным называется соединение, при котором оба вывода одного элемента цепи соединены с соответствующими контактами другого. Для параллельного подключения характерно одинаковое напряжение на элементах. Ток на каждом элементе будет пропорционален сопротивлению.

Общее сопротивление высчитывается по формуле: 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn.

В реальных схемах электропроводки применяется смешанное соединение. Для расчёта сопротивления следует упростить схему, просуммировав сопротивления в каждой последовательной цепи. Затем схему уменьшают путём расчёта отдельных участков параллельного соединения.

Потери напряжения

Потеря напряжения представляет собой расход электрической энергии на преодоление сопротивления и нагревание проводов.

Падение напряжения происходит при работе различных электронных компонентов, например, диодов. Складывается оно из суммы порогового напряжения p-n перехода и проходящего через диод тока, умноженного на сопротивление.

При прохождении тока через резистор также наблюдается падение напряжения. Этот эффект используется для снижения напряжения на отдельных участках цепей. Например, для использования приборов рассчитанных на низкое напряжение в цепях с высоким значением напряжения.

Последовательное включение сопротивления

На схеме приведен пример последовательного включения резистора, который вызывает падение напряжения на лампе с 12 до 7 Вольт. На этом принципе построены регуляторы интенсивности освещения (диммеры).

При эксплуатации проводки с длиной до 10 метров потерями напряжения можно пренебречь.

Потеря напряжения на резисторе и способы замера показаны в видео от канала «Радиолюбитель TV».

К чему приводит потеря напряжения

Потери напряжения в кабельной системе являются причинами ряда негативных явлений:

  • неполноценная и некорректная работа потребителей;
  • повреждение и выход из строя оборудования;
  • понижение мощности и крутящего момента электродвигателей (особенно заметное в момент пуска);
  • неравномерное распределение тока между потребителями на начальном участке и в конце цепи;
  • из-за работы ламп на неполном накале происходит неполное использование мощности тока, что ведет к потерям электроэнергии.

От чего зависит потеря

Потеря напряжения в цепях переменного и постоянного напряжения имеет зависимость от силы тока и сопротивления проводника. При увеличении указанных параметров потери напряжения возрастают. Кроме того, на потерю оказывает влияние конструкция кабелей. Плотность прижатия и степень изоляции проводников в кабеле превращают его в конденсатор, который формирует заряд с ёмкостным сопротивлением.

Потеря напряжения на диодах зависит от типа материала. При использовании германия значение лежит в пределах 0,5-0,7 вольта, на более дешевых кремниевых значение увеличивается и достигает 0,7-1,2 вольта. При этом падение не зависит от напряжения в цепи, а зависит только от силы тока.

К основным причинам потерь тока в магистралях относят:

  1. При прохождении тока происходит нагрев проводника и дополнительное формирование ёмкостного сопротивления, являющегося частью реактивного. При возникновении реактивной нагрузки возникает эффект неполной реализации энергии, частичного отражения от нагрузки и возникновения циркулирующих паразитных токов.
  2. При больших реактивных сопротивлениях возникают скачки напряжения и силы тока, а также дополнительный разогрев проводки.
  3. Индуктивная мощность, возникающая при работе обмоток трансформаторов.
Читать еще:  Сенсорные выключатели света polo

Ещё одной причиной падения напряжения на линиях является воровство электроэнергии.

В бытовых условиях потери напряжения зависят от ряда факторов:

  • затраты энергии на нагрев проводки из-за повышенного потребления;
  • плохой контакт на соединениях;
  • емкостный и индуктивный характер нагрузки;
  • применение устаревших потребителей.

Причины снижения напряжения изложены в видео от канала ElectronicsClub.

Допустимые значения

Значение потери напряжения относится к регламентированным значениям и нормируется несколькими правилами и инструкциями ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

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).

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:

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.

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:

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.

Расчет ЛЭП на потерю напряжения

  1. Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
  2. Расчет нагрузок P, Q.
  3. Расчет реактивной потери:

Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:

Сечение провода находится из отношения:

Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.

На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.

Кабельные жилы разных сечений

По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.

Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.

Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:

Если все нагрузки активные, cosφ=1.

Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.

По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм 2 .

Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм 2 )∙20 (м)/1,5 (мм 2 )=0,464 Ом.

В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.

Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.

Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм 2 .

Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.

Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:

  • Iном = 100 А;
  • cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
  • Iпусковой = 500 А;
  • cos φ = 0,35 при пуске;
  • падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.
Читать еще:  Схема простого акустического выключателя освещения

На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.

Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)

Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.

Таблица для определения потерь напряжения в кабеле

Сечение в мм 2Однофазная цепьСбалансированная трехфазная цепь
Питание двигателяОсвещениеПитание двигателяОсвещение
Обычный раб. режимЗапускОбычный раб. режимЗапуск
CuAlcos ȹ = 0,8cos ȹ = 0,35cos ȹ = 1cos ȹ = 0,8cos ȹ = 0,35cos ȹ = 1
1.52410,630209,425
2,514,46,418125,715
49,14,111,283,69,5
6106,12,97,55,32,56,2
10163,71,74,53,21,53,6
16252,361,152,82,0512,4
25351,50,751,81,30,651,5
35501,150,61,2910,521,1
50700,860,470,950,750,410,77
701200,640,370,640,560,320,55
951500,480,300,470,420,260,4
1201850,390,260,370,340,230,31
1502400,330,240,300,290,210,27
1853000,290,220,240,250,190,2
2404000,240,20,190,210,170,16
3005000,210,190,150,180,160,13

Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:

Для сечения 35 мм 2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆Uобщ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.

Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.

При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.

По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆Uобщ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.

Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.

Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.

Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм 2 , длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).

Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм 2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.

Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.

Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆Uлинии фаз= 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆Uлинии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.

Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆Uосв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆Uосв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.

Сокращение потерь

Вполне очевидно, что потери зависят от длины проводника в магистрали. Чем этот параметр выше, тем сильнее упадет напряжение. Для сокращения потерь можно использовать несколько методов:

  • Увеличить сечение проводника для равномерного распределения нагрузки на линии.
  • Уменьшить длину кабеля, что не всегда возможно.
  • Снизить мощность тока, передаваемого по проводу большой протяженности.

Последний способ отлично работает в электросетях, имеющих несколько резервных линий. Также следует помнить, что напряжение может падать при условии увеличения температуры кабеля. Если во время прокладки кабеля использовать дополнительные мероприятия по теплоизоляции, то потери можно сократить.

В энергетической отрасли расчет падения напряжения на магистрали является одной из важнейших задач. Если все вычисления были проведены грамотно, то у потребителя не возникнет проблем с эксплуатацией электрооборудования.

Сколько теряется напряжения при длинном удлинителе

При работах на даче, в частном доме постоянно возникает потребность подключить на участке какой либо электроприбор через удлинитель. Особенно это актуально при сварочных работах, когда нужно подключить сварочный аппарат. Инверторный сварочный аппарат взят за пример в связи с тем, что при его использовании возникают резкие перепады напряжения в цепи электропроводки в доме. При включении сварочного аппарата в домашнюю розетку потери напряжения на сопротивление проводов минимальны. А вот при использовании длинного удлинителя напряжение падает существенно.

Для начала проверим вольтметром напряжение в сети электропроводки в доме, это напряжение в 220В. При включении инверторного сварочного аппарата в розетку в доме без удлинителя, напряжение при сварке колеблется в пределах 190В – 220В. Сварочный аппарат при этом работает на полную мощность, сила тока на выходе аппарата максимальная 160А. Сварочный аппарат без сбоев, ровно, шов хороший. Нагрузка на розетку электропроводки в доме при кратковременных включениях терпимая, порядка 2500Вт – 3000Вт. Максимальная мощность включения в 16А розетку составляет 3520 Вт.

Теперь в эту же розетку подсоединим удлинитель длиной 120 метров и самым обычным сечением для таких удлинителей – 1.5мм2. В этот удлинитель подключим этот же инверторный сварочный аппарат. Варим тем же током, показания вольтметра теперь колеблются в пределах 160-200В. Как видно разница существенная. Потери напряжения при включении инверторного сварочного аппарата через удлинитель в 120 метров составляют 20%. Кстати, при сравнении швов первого включения в розетку электропроводки в доме и второго включения через удлинитель разницы ощутимой нет. То есть инверторный сварочный аппарат хорошо работает и при включении в удлинитель, хотя у многих есть и другое мнение.

В нашем случае нужно было выяснить, каковы могут быть потери напряжения при включении электроприборов и электроаппаратов в длинный удлинитель 10 и более метров и обычным сечением провода в 1.5мм2. Потери составляют 20%. Для инверторного сварочного аппарата это оказалось не очень важно. Но есть другие электроприборы, например, газонокосилки или электро-культиваторы, для которых потеря мощности будет уже ощутима.

Как правило, электропроводка в доме при грамотном подключении таких электроприборов не повреждается при использовании удлинителя, ни при включении электроприбора напрямую.

Если нужно сделать электромонтаж качественной электропроводки в доме, в которую можно без опаски подключать мощные бытовые электроприборы, звоните нам. У нас большой опыт в электромонтажных работах.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

поиск по сайту

Статьи по электротехнике

  • Старую алюминиевую проводку надо менять
  • Как делается электромонтаж по потолку квартиры
  • Подсветка потолка светодиодами
  • Подключение к электросети водонагревателя или бойлера
  • Плинтусные обогреватели или как сэкономить на отоплении.
  • Дифференциальный автомат или дифавтомат. Его назначение и применение.
  • Энергосберегающие лампы – польза или вред, экономия или расточительство
  • Выгодное электротепло — инфракрасные обогреватели, монтаж, установка
  • Не горят лампочки в люстре
  • Установка электрического распределительного щита
  • Укладка электрических тёплых полов
  • Ретро проводка — Электрика под старину на изоляторах
  • Электрика в деревянном доме
  • Подключение электричества от столба до дома. Провод СИП
  • Надежность электрооборудования и систем электроснабжения
  • Электропроводка Вашей квартиры
  • Защитная автоматика
  • Электрик в Москве
  • Подключение ТВ кабеля
  • Обязанности грамотного электрика.
  • Квартирный электрощит
  • Освещение в вашем доме
  • Установка, замена, перенос розеток
  • Электропроводка в квартире. Заземление.
  • Пускатель электромагнитный. Его назначение и устройство
  • Проверка электропроводки и экономия на ней
  • Требования к электропроводке в доме или квартире
  • Что такое автоматический выключатель или попросту автомат
  • Прокладка кабеля в коробе
  • Отделочные и электромонтажные работы – последовательность
  • Подключение розетки для стиральной машины
  • Установка или замена электрических розеток и выключателей.
  • Электрика в квартире.
  • Сколько лампочек нужно для освещения комнаты. Расчет освещенности
  • Сколько теряется напряжения при длинном удлинителе
  • Автоматы- автоматические выключатели
  • Услуги электрика в Подмосковье.
  • Противопожарное УЗО.
  • Электропроводка в бревенчатом доме. Скрытый монтаж.
  • Электропроводка в квартире с использованием кабеля ВВГ
  • Что значит «вольт-ампер»?
  • Услуги электрика
  • Короткое замыкание и его устранение
  • Стабилизатор напряжения и его выбор
  • Составления сметы на электромонтажные работы
  • Электрика в современной ванной комнате.
  • Вызов электрика
  • Навеска люстры на различные конструкции потолка. Подключение люстры.
  • Небольшие советы по электричеству.
  • Подключение люстры и светильников
  • Сам себе электрик
  • Новая электропроводка — Зачем она нужна?
  • Необходимые Документы для энергоснабжения дома
  • Двойное дно под коммуникации
  • Система заземления и молниезащиты
  • Освещение участка
  • Минимальное потребление электроэнергии- «ПАССИВНЫЙ ДОМ»
  • Электричество — как помощник, от протечек воды.
  • Электрик в доме
  • АВР – автоматический ввод резерва
  • Кабельные линии.
  • Электрическая система антиоблединения для крыш и водосточных труб
  • У нас качественные услуги электрика
  • Автономные электрогенераторы.
  • Электропроводка для кондиционера в квартире и в доме
  • Замена проводки на даче в Подмосковье
  • Датчики движения уличные
  • Электрика кухни.
  • Электромонтажные работы в квартире
  • Проходные и перекрестные выключатели
  • Грозозащита коттеджа
  • Поиск и устранение неисправностей в скрытой электропроводке, в квартире, офисе.
  • Неисправность электропроводки. 380 вольт вместо 220
  • Вызвать электрика
    или же проконсультироваться
    со специалистом по всем вопросам
    на тему электромонтажа,
    можно по телефону:
    8-495-506-25-42

    Пути снижения потерь мощности в кабеле

    Потери можно снизить несколькими способами:

    • увеличением площади сечения кабеля;
    • уменьшением длины материала;
    • снижением нагрузки.

    Часто с последними двумя пунктами сложнее, а потому приходится это делать за счет увеличения площади сечения жилы электро–кабеля. Это поможет снизить сопротивление. Такой вариант имеет несколько затратных моментов. Во–первых, стоимость использования такого материала для многокилометровых систем очень ощутима, а потому необходимо выбирать кабель правильного сечения, дабы снизить порог потери мощности в кабеле.

    Онлайн–расчет потерь напряжения позволяет сделать это за несколько секунд, с учетом всех дополнительных характеристик. Для тех, кто желает перепроверить результат вручную, существует физико–математическая формула расчета потерь напряжения в кабеле. Безусловно, это прекрасные помощники для каждого проектировщика электросетями.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector