Как рассчитать потери напряжения в кабеле?

Содержание

В процессе проектирования электрической проводки, необходимо провести точные расчеты потери напряжения в кабеле. Это позволяет предотвратить сильное нагревание поверхности проводов в процессе эксплуатации. Благодаря этим мерам удаётся избежать появления короткого замыкания и преждевременной поломки бытовых приборов.

Помимо этого, формула позволяет правильно подобрать диаметр сечения провода, который подойдет для разного вида электромонтажных работ. Неправильный выбор, может стать причиной поломки всей системы. Облегчить поставленную задачу помогает онлайн – расчет.

image

Как рассчитать потерю напряжения?

Калькулятор в режиме онлайн позволяет правильно вычислить необходимые параметры, которые в дальнейшем сократят появление различного рода неприятностей. Для самостоятельного вычисления потери электрического напряжения используют следующую формулу:

U =(P*ro+Q*xo)*L/U ном:

Читайте также:  Как сделать катушку Тесла (трансформатор), устройство и применение.

  • Р – это активная мощность. Её измеряют в Вт;
  • Q – реактивная мощность. Единица измерения вар;
  • ro – выступает в качестве активного сопротивления (Ом);
  • хо – реактивное сопротивление (м);
  • U ном – это номинальное напряжение (В). Оно указывается в техническом паспорте устройства.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) допустимой нормой возможных отклонений напряжения принято считать:

  • в силовых цепях оно может составлять не выше +/- 6%;
  • в жилом пространстве и за его пределами до +/- 5%;
  • на производственных предприятиях от +/- 5% до -2%.

Потери электрического напряжения от трансформаторной установки до жилого помещения не должны превышать +/- 10%.

В процессе проектирования, рекомендуется сделать равномерную нагрузку на трехфазной линии. Допустимая норма составляет 0,5 кВ. В ходе монтажных работ электродвигатели необходимо подключить к линейным проводникам. Линия освещения будет заключена между фазой и нейтралью. В результате этого, нагрузка правильно распределяется между проводниками.

image

Таблица потерь напряжения по длине кабеля

Ниже приведены приблизительные падения напряжения по длине кабеля (таблица Кнорринга). Определяем необходимое сечение и смотрим значение в соответствующем столбце.

ΔU, % Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 220 В
При сечении проводника s, мм², равном
1,5 2,5 4 6 10 16
1 18 30 48 72 120 192
2 36 60 96 144 240 384
3 54 90 144 216 360 576
4 72 120 192 288 480 768
5 90 150 240 360 600 960
Потери напряжения в электрических сетях 220/380 В и 12 Вольт. Сравнение расчетов с опытомПотери напряжения в электрических сетях 220/380 В и 12 Вольт. Сравнение расчетов с опытом

Как снизить потери ?

Одним из способов снижения потери напряжения в проводнике, является увеличение его сечения. Помимо этого, рекомендуется сократить его протяженность и удаленность от точки назначения. В некоторых случаях эти способы не всегда можно применить по техническим причинам.В большинстве случаем, сокращение сопротивления позволяет нормализовать работу линии.

Главным недостатком большой площади сечения кабеля, являются существенные материальные затраты в процессе использования. Именно поэтому правильный расчёт и подбор нужного диаметра, позволяют избавиться от этой неприятности. Калькулятор в режиме онлайн применяют для проектов с высоковольтными линиями. Здесь программа помогает правильно рассчитать точные параметры для электрической цепи.

Как воспользоваться калькулятором онлайн?

В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат. Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:

  • Указывая коэффициент мощности косинус фи равен единице.
  • Линии сети постоянного тока.
  • Сеть переменного тока с частотой 50 Гц выполненная проводниками с сечениями до 25.0-95.0.

Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.

Обязательно заполняйте все значения!

Основные причины появления потери напряжения

Большие потери электрического напряжения возникают в из – за чрезмерного рассеивания энергии. В результате этого, поверхность кабеля сильно нагревается, тем самым провоцируя деформирование изоляционного слоя. Такое явление распространено на высоковольтных линиях, где отмечают большие нагрузки.

Чаще всего существенные потери наблюдают на протяженных электролиниях. Помимо этого, здесь отмечают большие финансовые расходы на электричество в процессе эксплуатации.

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.

Читайте также:  Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля

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.

Применение делителя напряжения на резисторах

В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.

Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.

Если контакты резистора подключения к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), то центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.

Переведите движок потенциометра в верхнее положение и напряжение на выходе будет равно входному напряжению. Теперь переведите движок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если же установить ручку потенциометра в среднее положение, то мы получим половину входного напряжения.

Резистивные датчики

Большинство датчиков применяемых в различных устройствах представляют собой резистивные устройства. Фоторезистор представляет собой переменный резистор, который изменяет свое сопротивление, пропорциональное количеству света, падающего на него. Так же есть и другие датчики, такие как датчики давления, ускорения и термисторы и др.

Так же резистивный делитель напряжения помогает измерить напряжение при помощи микроконтроллера (при наличии АЦП).

Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Допустим, сопротивление фоторезистора изменяется от 1 кОм (при освещении) и до 10 кОм (при полной темноте). Если мы дополним схему постоянным сопротивлением примерно 5,6 кОм, то мы можем получить широкий диапазон изменения выходного напряжения при изменении освещенности фоторезистора.

Как мы видим, размах выходного напряжения при уровне освещения от яркого до темного получается в районе 2,45 вольт, что является отличным диапазоном для работы большинства АЦП.

Стенд для пайки со светодиодной подсветкой

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка…

Подробнее

Читайте также:  Как перенести выключатель света без штробления стен

Что означает падение напряжения

Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах. Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети.

Мнемоническая диаграмма для закона Ома

Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.

Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя. Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.

Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.

Вам это будет интересно Как воздействует электрический ток на организм человека

Закон Ома для участка цепи

Методы сокращения потерь

Потери мощности можно сократить следующими методами:

  • Увеличить сечение проводников. В результате снизится сопротивление, и потери уменьшатся;
  • Снижение потребляемой мощности. Этот параметр не всегда можно изменить;
  • Изменение протяженности кабеля.

Уменьшение мощности и изменение длины линии осуществить практически не возможно. Поэтому если увеличивать сечение провода без расчета, то на длинной линии это приведет к неоправданным затратам.

А это значит, что очень важно произвести расчет, который позволит правильно рассчитать потери мощности в кабеле и выбрать оптимальное значение сечения жил.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения предполагает, что нам известно, по крайней мере, три величины из приведенной выше схемы: входное напряжение и сопротивление обоих резисторов. Зная эти величины, мы можем рассчитать выходное напряжение.

Формула делителя напряжения

Это не сложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.

Для того чтобы узнать какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу исходя из закона Ома. Предположим, что мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь на основании этих данных выведем формулу для Uout. Давайте начнем с обозначения токов I1 и I2, которые протекают через резисторы R1 и R2 соответственно:

Наша цель состоит в том, чтобы вычислить Uout, а это достаточно просто используя закон Ома:

Хорошо. Мы знаем значение R2, но пока неизвестно сила тока I2. Но мы знаем кое-что о ней. Мы можем предположить, что I1 равно I2. При этом наша схема будет выглядеть следующим образом:

Что мы знаем о Uin? Ну, Uin это напряжение на обоих резисторах R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, при этом их сопротивления суммируются:

И, на какое-то время, мы можем упростить схему:

Закон Ома в его наиболее простом вид: Uin = I *R. Помня, что R состоит из R1+R2, формула может быть записана в следующем виде:

А так как I1 равно I2, то:

Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению сопротивлений R1 и R2.

Сопротивление металлов

Расчёт электрической и акустической проводок

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:

Читайте также:  Реле тока. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Применение

  • 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.

Симптомы снижения напряжения у потребителя

Если эти показатели не соблюдаются, конечные потребители не смогут обеспечить номинальные параметры. При снижении напряжения возникают следующие симптомы:

  • Осветительные приборы, в которых используются лампы накаливания, начинают работать (светиться) в половину накала;
  • При включении электродвигателей уменьшается пусковое усилие на валу. В результате чего двигатель не вращается, и как следствие происходит перегрев обмоток и выход из строя;
  • Некоторые электроприборы не включаются. Не хватает напряжения, а другие приборы после включения могу выходить из строя;
  • Установки, чувствительные к входному напряжению, работают нестабильно, так же могут не включаться источники света, у которых нет нити накаливания.

Передача электроэнергии производится по воздушным или кабельным сетям. Воздушные изготовлены из алюминия, а кабельные могут быть алюминиевыми или медными.

В кабелях кроме активного сопротивления имеется емкостное сопротивление. Поэтому потеря мощности зависит от длины кабеля.

    Жилы любого кабеля при прохождении по ним электрического тока выделяют тепло. Чем больше величины тока и сопротивления жил, тем  выше потери в кабеле. Зная сопротивление жил кабеля и величину проходящего по ним тока можно вычислить потери практически в любой цепи. Потери выражают в процентах от номинального напряжения и рассчитывают по формуле:

ΔU,%=(Uном-U)∙100/ Uном,

где Uном – номинальное напряжение на входе кабеля, U – напряжение, подведенное к нагрузке.

    На практике удобнее пользоваться специальными таблицами, предложенными Кноррингом, которые широко используются при проектировании электропроводки. Эти таблицы связывают потери в кабеле с параметром «момент нагрузки», вычисляемый как произведение мощности Р нагрузки в кВт на длину линии L в метрах.

В таблице 1 даны зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для медных проводников двухпроводных линий при напряжении 220 В.

    В Таблице 2 представлены зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для четырехпроводных трехфазных линий с нулем на напряжение 380/220 В или трехпроводных без нуля на напряжение 380 В. Таблица 2 справедлива только для случая равенства нагрузок во всех трех фазах. В этом случае в четырехпроводной линии с нулем ток в нулевой жиле кабеля равен нулю. 

     Следует иметь ввиду, что при несимметричной нагрузке в трехфазной линии потери увеличиваются. Чтобы избежать ошибок при большой асимметрии нагрузки в линии с нулем целесообразно потери вычислять для наиболее нагруженной фазы по Таблице 1.

    В таблице 3 даны зависимости потерь в кабеле от моментов нагрузки для медных проводников двухпроводных линий при напряжении 12 Вольт. Таблица предназначена для расчета потерь в линиях, питающих низковольтные светильники от понижающих трансформаторов.

    В данных таблицах индуктивное сопротивление линий не учитывается, так как оно при использовании кабелей пренебрежимо мало по сравнению с активным сопротивлением.

Таблица 1

 

 ΔU, %

Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 220 В

При сечении проводника s, мм2, равном

1,5

2,5

4

6

10

16

0,2

4

6

10

14

24

38

0,4

7

12

19

29

48

77

0,6

11

18

29

43

72

115

0,8

14

24

38

58

96

154

1

18

30

48

72

120

192

1,2

22

36

58

86

144

230

1,4

25

42

67

101

168

269

1,6

29

48

77

115

192

304

1,8

32

54

86

130

216

346

2

36

60

96

144

240

384

2,2

40

66

106

158

264

422

2,4

43

72

115

173

288

461

2,6

47

78

125

187

312

499

2,8

50

84

134

202

336

538

3

54

90

144

216

360

576

3,2

58

96

154

230

384

614

3,4

61

102

163

245

408

653

3,6

65

108

173

259

432

691

3,8

68

144

182

274

456

730

4

72

120

192

288

480

768

4,2

76

126

202

302

504

806

4,4

79

132

211

317

528

845

4,6

83

138

221

331

552

883

4,8

86

144

230

346

576

922

5

90

150

240

360

600

960

Таблица 2

  ΔU, %

Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, линий четырехпроводных трехфазных с нулем на напряжение 380/220 В или трехпроводных трехфазных без нуля на 380 В при сечении проводника s, мм2, равном

1.5

2,5

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

0,2

22

36

58

86

144

230

360

504

720

1 008

1 368

1 728

2 160

2 664

0,4

43

72

115

173

288

461

720

1 008

1 440

2 016

2 736

3 456

4 320

5 328

0,6

65

108

173

259

432

691

1 080

1 512

2 160

3 024

4 104

5 184

6 480

7 992

0,8

86

144

230

346

576

922

1 440

2 016

2 880

4 032

5 472

6 912

8 640

10 656

1

108

180

288

432

720

1 152

1 800

2 520

3 600

5 040

6 840

8 640

10 800

13 320

1,2

130

216

346

518

864

1 382

2 160

3 024

4 320

6 048

8 208

10 368

12 960

15 984

1,4

151

252

403

605

1 008

1 613

2 520

3 528

5 040

7 056

9 576

12 096

15 120

18 648

1,6

173

288

462

691

1 152

1 843

2 880

4 032

5 760

8 064

10 944

13 824

17 280

21 312

1,8

194

324

518

778

1 296

2 074

3 240

4 536

6 480

9 072

12 312

15 552

19 440

23 976

2

216

360

576

864

1 440

2 304

3 600

5 040

7 200

10 080

13 680

17 280

21 600

26 640

2,2

238

396

636

950

1 584

2 534

3 960

5 544

7 920

11 088

15 048

19 008

23 760

29 304

2,4

259

432

691

1 037

1 728

2 765

4 320

6 048

8 640

12 096

16 416

20 736

25 920

31 968

2,6

281

478

749

1 121

1 872

2 995

4 780

6 552

9 360

13 104

17 784

22 464

28 100

34 632

2,8

302

504

806

1 210

2 016

3 226

5 040

7 056

10 080

14 112

19 152

24 192

30 200

37 296

3

324

540

864

1 296

2 160

3 456

5 400

7 560

10 800

15 120

20 520

25 920

32 400

39 960

3,2

346

576

922

1 386

2 304

3 686

5 760

8 064

11 520

16 128

21 888

27 648

34 560

42 624

3,4

367

612

979

1 469

2 448

3 917

6 120

8 568

12 240

17 136

23 256

29 376

36 720

45 280

3,6

389

648

1 037

1 555

2 592

4 147

6 480

9 072

12 960

18 144

24 624

31 104

38 880

47 952

3,8

410

684

1 094

1 642

2 736

4 378

6 840

9 576

13 680

19 152

25 992

32 832

41 040

50 616

4

432

720

1 152

1 728

2 880

4 608

7 200

10 080

14 400

20 160

27 360

34 560

43 200

53 280

4,2

454

756

1 210

1 814

3 024

4 838

7 560

10 584

15 120

21 168

28 728

36 288

45 360

55 944

4,4

475

792

1 267

1 901

3 168

5 069

7 920

11 088

15 840

22 176

30 096

38 016

47 520

58 608

4,6

497

828

1 325

1 987

3 321

5 299

8 280

11 592

16 560

23 184

31 464

39 744

49 680

61 272

4,8

518

864

1 382

2 074

3 454

5 530

8 640

12 096

17 280

24 192

32 832

41 472

51 840

63 936

5

540

900

1 440

2 160

3 600

5 760

9 000

12 600

18 000

25 200

34 200

43 200

54 000

66 600

Таблица 3

 

 ΔU, %

Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 12 В

При сечении проводника s, мм2, равном

1,5

2,5

4

6

10

16

1

0,05

0,09

0,14

0,22

0,36

0,58

2

0,1

0,18

0,29

0,43

0,72

1,15

3

0,16

0,27

0,43

0,65

1,08

1,73

4

0,22

0.36

0,58

0,86

1,44

2,3

5

0.27

0,45

0,72

1,08

1,8

2,88

6

0,32

0,54

0,86

1,3

2,16

3,46

7

0,38

0,63

1,0

1,51

2,52

4,03

8

0,44

0,72

1,16

1,72

2,88

4,6

9

0,49

0,81

1,3

1,94

3,24

5,18

10

0,54

0,9

1,44

2,16

3,6

5,76

    Приведенные таблицы справедливы для случая, когда нагрузка Рн подключена в конце линии длиной L, как показано на Рис. 1. В этом случае момент нагрузки М вычисляется как М=L∙Рн.

    Если нагрузка представляет собой большое количество равных по мощности отдельных нагрузок Рн, которые равномерно распределены по всей длине линии длиной L, как показано на Рис. 2, то в этом случае момент нагрузки М вычисляется как М=L∙Рн∙n/2, где n – количество равных между собой нагрузок.

    Часто встречается случай, показанный на Рис. 3. В этом случае имеется линия L1, к которой подключена линия L2 с равномерно подключенными по ее длине нагрузками. В этом случае потери напряжения определяются как сумма потерь в линиях L1 и L2. Сечение кабелей в обеих линиях может быть различным. При этом момент нагрузки М1=L1∙Рн∙n, а М2= L2∙Рн∙n/2.

24 февраля 2013 г.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

Как правильно и точно сделать расчет сечения кабеля по потере напряжения? Очень часто при проектировании сетей электроснабжения требуется грамотный расчет потерь в кабеле. Точный результат важен для выбора материала с необходимой площадью сечения жилы. Если кабель выбран неправильно, это повлечет за собой множественные материальные затраты, ведь система быстро выйдет из строя и перестанет функционировать. Благодаря сайтам помощникам, где имеется уже готовая программа для расчета сечения кабеля и потери на нем, сделать это можно легко и оперативно.

Как воспользоваться калькулятором онлайн?

В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат. Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:

  1. Указывая коэффициент мощности косинус фи равен единице.
  2. Линии сети постоянного тока.
  3. Сеть переменного тока с частотой 50 Гц выполненная проводниками с сечениями до 25.0–95.0.

Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.

Базовые формулы определения напряжения

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

Читайте также:  Освещение для гостиной: часть 1 — правила красоты и комфорта

Через силу тока и сопротивление

Значение Формула
Базовый расчёт напряжения на участке цепи U=I/R, где I — сила тока в Амперах, а R — сопротивление в Омах
Определение напряжения в цепи переменного тока U=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.

Значение Формула
Расчет сопротивления одного элемента R=U/I, где U — напряжение в Вольтах, а I — сила тока в Амперах
Расчет для однородного проводника R=(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.

Зачем нужно делать расчет потерь напряжения в кабеле?

Излишне рассеивание энергии в кабеле может повлечь за собой существенные потери электроэнергии, сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции. Это опасно для жизни людей и животных. При существенной длине линии это скажется на расходах за свет, что также неблагоприятно отразиться на материальном состоянии владельца помещения.

Помимо этого неконтролируемые потери напряжения в кабеле могут стать причиной выхода из строя многих электроприборов, а также полного их уничтожения. Очень часто жильцы используют сечения кабелей меньше чем нужно (с целью экономии), что вскоре вызывает короткое замыкание. А будущие затраты на замену или ремонт электропроводки не окупают кошельки «экономных» пользователей. Вот почему так важно правильно подобрать нужное сечение кабелей прокладываемых проводов. Любой электромонтаж в жилом доместоит начинать только после тщательного расчета потерь в кабеле. Важно помнить, электричество — не дает второго шанса, а потому все нужно делать изначально правильно и качественно.

Читайте также:  Разряд, избавляющий от перегрузки: ионные разрядники Bourns с газовым наполнением

Последствия снижения напряжения

В соответствии с нормативной документацией, потери на магистрали от трансформатора до самой удаленной точки для общественных объектов не должны превышать 9%. Что касается возможных потерь в месте ввода линии к конечному пользователю, то этот показатель должен составлять не более 4%.

В случае отклонения от указанных пределов возможны следующие последствия:

  • Энергозависимое оборудование не сможет нормально функционировать.
  • При низком напряжении на входе возможен отказ в работе электроприборов.
  • Токовая нагрузка не будет распределяться равномерно между потребителями.

К характеристикам ЛЭП предъявляются высокие требования. При их проектировании необходимо рассчитать возможные потери не только в магистральных сетях, но и вторичных.

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.

Таблица по расчету сечения провода по мощности

Сечение кабеля, мм2 Открытая проводка Прокладка в каналах
Медная Алюминиевая Медная Алюминиевая
Ток Мощность, кВт Ток Мощность, кВт Ток Мощность, кВт Ток Мощность, кВт
А 220В 380В А 220В 380В А 220В 380В А 220В 380В
0,5 11 2,4
0,75 15 3,3
1,0 17 3,7 6,4 14 3,0 5,3
1,5 23 5,0 8,7 15 3,3 5,7
2,0 26 5,7 9,8 21 4,6 7,9 19 4,1 7,2 14,0 3,0 5,3
2,5 30 6,6 11,0 24 5,2 9,1 21 4,6 7,9 16,0 3,5 6,0
4,0 41 9,0 15,0 32 7,0 12,0 27 5,9 10,0 21,0 4,6 7,9
6,0 50 11,0 19,0 39 8,5 14,0 34 7,4 12,0 26,0 5,7 9,8
10,0 80 17,0 30,0 60 13,0 22,0 50 11,0 19,0 38,0 8,3 14,0
16,0 100 22,0 38,0 75 16,0 28,0 80 17,0 30,0 55,0 12,0 20,0
25,0 140 30,0 53,0 105 23,0 39,0 100 22,0 38,0 65,0 14,0 24,0
35,0 170 37,0 64,0 130 28,0 49,0 135 29,0 51,0 75,0 16,0 28,0

Причины падения напряжения

Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников — на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку — диэлектрический корпус.

Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.

Падение напряжения происходит по следующей схеме:

  1. Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
  2. Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
  3. В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
  4. Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
  5. При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
  6. Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.

Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия — вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.

Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения

Читайте также:  ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НА ЕГО РАЗМЕРЫ, ВЕС, ПОТЕРИ И ДРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB — гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.

Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.

Применение сервис-калькулятора

Расчеты, таблицы, графики, диаграммы — точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.

Как это работает:

  1. Онлайн-калькулятор разработан для быстрого выполнения расчетов на основе исходных данных.
  2. В калькулятор нужно ввести следующие величины — ток (переменный, постоянный), проводник (медь, алюминий), длина линии, сечение кабеля.
  3. Обязательно вводят параметры по количеству фаз, мощности, напряжению сети, коэффициенту мощности, температуре эксплуатации линии.
  4. После введения исходных данных программа определяет падение напряжения по линии кабеля с максимальной точностью.
  5. Недостоверный результат можно получить при ошибочном введении исходных величин.

Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.

Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.

Как сократить потери

Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.

Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:

  1. Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
  2. Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
  3. Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.

Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.

Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.

В процессе проектирования электрической проводки, необходимо провести точные расчеты потери напряжения в кабеле. Это позволяет предотвратить сильное нагревание поверхности проводов в процессе эксплуатации. Благодаря этим мерам удаётся избежать появления короткого замыкания и преждевременной поломки бытовых приборов.

Помимо этого, формула позволяет правильно подобрать диаметр сечения провода, который подойдет для разного вида электромонтажных работ. Неправильный выбор, может стать причиной поломки всей системы. Облегчить поставленную задачу помогает онлайн – расчет.

image

Как рассчитать потерю напряжения?

Калькулятор в режиме онлайн позволяет правильно вычислить необходимые параметры, которые в дальнейшем сократят появление различного рода неприятностей. Для самостоятельного вычисления потери электрического напряжения используют следующую формулу:

U =(P*ro+Q*xo)*L/U ном:

Читайте также:  Кабельно-проводниковая продукция: отличия ГОСТ и ТУ!

  • Р – это активная мощность. Её измеряют в Вт;
  • Q – реактивная мощность. Единица измерения вар;
  • ro – выступает в качестве активного сопротивления (Ом);
  • хо – реактивное сопротивление (м);
  • U ном – это номинальное напряжение (В). Оно указывается в техническом паспорте устройства.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) допустимой нормой возможных отклонений напряжения принято считать:

  • в силовых цепях оно может составлять не выше +/- 6%;
  • в жилом пространстве и за его пределами до +/- 5%;
  • на производственных предприятиях от +/- 5% до -2%.

Потери электрического напряжения от трансформаторной установки до жилого помещения не должны превышать +/- 10%.

В процессе проектирования, рекомендуется сделать равномерную нагрузку на трехфазной линии. Допустимая норма составляет 0,5 кВ. В ходе монтажных работ электродвигатели необходимо подключить к линейным проводникам. Линия освещения будет заключена между фазой и нейтралью. В результате этого, нагрузка правильно распределяется между проводниками.

image
image
image
image
image
image

ПУТИ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В КАБЕЛЕ.

Потери в кабеле можно снизить путем увеличения площади сечения кабеля, уменьшением длины кабеля или уменьшением нагрузки. Очень часто длину кабеля или нагрузку уменьшить невозможно, поэтому приходится увеличивать площадь сечения жилы кабеля, чтобы уменьшить его сопротивление.

С другой стороны использование кабеля у которого площадь сечения слишком большая приводит к увеличению затрат, т.к. кажущаяся небольшая разница между ценами на два кабеля с разной площадью сечения становится ощутимой при многокилометровых кабельных системах. Следовательно, при проектировании необходимо обязательно выбирать кабель нужного сечения, а для этого необходимо производить расчет потерь мощности в кабеле.

Если производить эти расчеты вручную, на подбор кабеля уйдет немало времени. Сегодня можно легко и быстро произвести расчет потерь в кабеле онлайн. С помощью различных специализированных калькуляторов можно произвести расчёт потерь напряжения в кабеле, расчет потери мощности в кабеле и расчет потерь электроэнергии в кабеле исходя из длины кабеля, площади сечения кабеля, параметров нагрузки (потребляемые напряжение и ток), а так же материала из которого изготовлены его жилы. Калькулятор для расчета потерь в кабеле онлайн – безусловно, хороший помощник любого проектировщика

Как снизить потери ?

Одним из способов снижения потери напряжения в проводнике, является увеличение его сечения. Помимо этого, рекомендуется сократить его протяженность и удаленность от точки назначения. В некоторых случаях эти способы не всегда можно применить по техническим причинам.В большинстве случаем, сокращение сопротивления позволяет нормализовать работу линии.

Главным недостатком большой площади сечения кабеля, являются существенные материальные затраты в процессе использования. Именно поэтому правильный расчёт и подбор нужного диаметра, позволяют избавиться от этой неприятности. Калькулятор в режиме онлайн применяют для проектов с высоковольтными линиями. Здесь программа помогает правильно рассчитать точные параметры для электрической цепи.

РАСЧЁТ ПОТЕРЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КАБЕЛЕ.

Расчёт потерь напряжения в кабеле можно осуществить по следующей формуле:

ΔU=I*RL

Где ΔU – потери напряжения в линии,

I – ток потребления (определяется главным образом характеристиками потребителя),

RL — сопротивление кабеля (зависит от длины кабеля и площади сечения кабеля).

Потери мощности в кабеле в кабеле зависит так же главным образом от сопротивления кабеля. Излишнее рассеивание энергии в кабеле может привести к существенным потерям электроэнергии. Излишки тепла идут на нагрев кабеля, поэтому при больших нагрузках неправильный расчет потерь электроэнергии в кабеле может привести к сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции, что небезопасно для жизни людей. Так же при существенной длине линии это может привести к повышенному расходу электроэнергии, что при длительной эксплуатации может сказаться на расходах на электроэнергию. Неправильный расчёт потерь напряжения в кабеле может вызвать некорректную работу оборудования при передаче сигнала (например, периметральная система сигнализации). Кроме того, расчёт потерь напряжения в кабеле очень важен, если питание оборудования осуществляется от источника с низким напряжением питания (12-48 В постоянного или переменного тока). В этом случае, если длина провода и мощность нагрузки слишком велика, напряжение может упасть до уровня ниже номинальной потребляемой мощности устройства. Это приведет к тому, что устройство не будет работать.

Читайте также:  Разводка телевизионного кабеля: что нужно знать об этом?

Основные причины появления потери напряжения

image Большие потери электрического напряжения возникают в из – за чрезмерного рассеивания энергии. В результате этого, поверхность кабеля сильно нагревается, тем самым провоцируя деформирование изоляционного слоя. Такое явление распространено на высоковольтных линиях, где отмечают большие нагрузки.

Чаще всего существенные потери наблюдают на протяженных электролиниях. Помимо этого, здесь отмечают большие финансовые расходы на электричество в процессе эксплуатации.

Как сократить потери

Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.

Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:

  1. Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
  2. Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
  3. Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.

Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.

Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.

Применение делителя напряжения на резисторах

В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.

Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.

Если контакты резистора подключения к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), то центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.

Переведите движок потенциометра в верхнее положение и напряжение на выходе будет равно входному напряжению. Теперь переведите движок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если же установить ручку потенциометра в среднее положение, то мы получим половину входного напряжения.

Резистивные датчики

Большинство датчиков применяемых в различных устройствах представляют собой резистивные устройства. Фоторезистор представляет собой переменный резистор, который изменяет свое сопротивление, пропорциональное количеству света, падающего на него. Так же есть и другие датчики, такие как датчики давления, ускорения и термисторы и др.

Так же резистивный делитель напряжения помогает измерить напряжение при помощи микроконтроллера (при наличии АЦП).

Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Допустим, сопротивление фоторезистора изменяется от 1 кОм (при освещении) и до 10 кОм (при полной темноте). Если мы дополним схему постоянным сопротивлением примерно 5,6 кОм, то мы можем получить широкий диапазон изменения выходного напряжения при изменении освещенности фоторезистора.

Читайте также:  Разбираемся что лучше – сетевой фильтр или стабилизатор напряжения

Как мы видим, размах выходного напряжения при уровне освещения от яркого до темного получается в районе 2,45 вольт, что является отличным диапазоном для работы большинства АЦП.

Что означает падение напряжения

Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах. Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети.

Мнемоническая диаграмма для закона Ома

Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.

Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя. Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.

Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.

Вам это будет интересно Понятие электрического тока

Закон Ома для участка цепи

Сопротивление металлов

Расчёт электрической и акустической проводок

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.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий