Что такое падение напряжения на проводах
Любого обывателя больше всего беспокоит тот отрезок цепи, который расположен между счетчиком и потребителем, ведь именно за насчитанные счетчиком ватты нам и приходится платить. И лучше бы, чтобы бесполезных потерь энергии было бы как можно меньше.
Но уже здесь за бесполезные потери энергии отвечают как проводка, так и соединительные провода (шнуры), идущие от приборов к вилкам (и в конце концов — к розеткам). Дело в том, что провода эти, по закону Джоуля-Ленца, нагреваются, особенно если потребитель достаточно мощный. В общем и целом, нагрев проводов — это следствие падения напряжения на них, поскольку провода наши вполне реальны и обладают конечным электрическим сопротивлением R.
Для наглядной демонстрации предлагается устроить следующий эксперимент. Включите в сеть водонагреватель мощностью 2 кВт, и через минуту потрогайте провод, соединяющий его с розеткой. Провод ощутимо теплый, не так ли? Еще бы, ведь через него идет ток около 9 ампер.
В конце концов каждый провод, соединяющий какой бы то ни было прибор с розеткой, сам по себе всегда расходует определенную активную мощность, которую безжалостно учитывает счетчик. Мы уже и не говорим о сечении электропроводки, на меди в которой порой желают сэкономить бережливые хозяева. Начнем с того, что сопротивление любого реального проводника можно легко вычислить по следующей формуле:
Итак, в чем же суть потерь энергии на проводах, как эти расходы прикинуть, и как их в конце концов уменьшить? Начнем с того, что в проводах, шнурах, кабелях, принято использовать медь.
Медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,018 Ом*м/кв.мм. Это значит, что сопротивление одной жилы медного провода сечением 1 кв.мм, длиной 1 км составит 18 Ом. А если провод двухжильный, то сопротивление окажется 36 Ом. А один метр ДВУХЖИЛЬНОГО провода сечением 1 кв.мм даст сопротивление 0,036 Ом.
Падение напряжения на проводе зависит от электрического тока, который по нему в данный момент течет. Зная ток (поделив мощность прибора на напряжение в сети), из Закона Ома для участка цепи можно найти это падение напряжения:
Умножив падение напряжения на номинальный ток прибора, находим мощность, рассеиваемую на проводе. Вывод напрашивается сам собой: чем меньше сечение соединительного провода и чем он длиннее — тем больше падение напряжения на данном проводе, и, соответственно, — больше электрические потери, получаемые в форме тепла.
Вредные последствия неадекватно большого падения напряжения на проводах давно известны электрикам.
Во-первых, перегревается проводка, что практически повышает вероятность возгорания и возникновения пожара в помещении.
Во-вторых, расход энергии на бесполезный нагрев проводки ведет к лишним материальным расходам на оплату счетов за электричество.
В-третьих, падение напряжения на проводах отнимается по сути у прибора, который должен получить все напряжение полностью.
В-четвертых, ресурс проводов из-за их перегрева тратится быстрее, как и ресурс импульсных блоков питания потребителей, получающих напряжение меньше номинала, и поэтому вынужденных потреблять больше тока.
В заключении хотелось бы отметить, что никогда не стоит экономить на площади сечения медных проводов при выполнения проводки в помещении. К примеру: двухжильный медный провод сечением 2,5 кв.мм на 5 метрах даст 7,2 Вт тепла уже при токе в 10 А. Насколько это экономично? Лучше выбирать сечение провода таким образом, чтобы при максимальной нагрузке на сеть плотность тока была бы не более 4 А на кв.мм жилы.
Падение напряжения в проводах: что нужно знать?
Опубликовано 13.05.2020 · Обновлено 13.05.2020
Из-за чего происходит падение напряжения в проводах
Электричество проходит немалый путь от трансформаторной подстанции до потребителя. Иногда это большое расстояние, которое исчисляется десятками километров. На всем протяжении пути, электроэнергия расходуется.
При всем этом, данная проблема мало кого интересует. Куда больше интересен путь электричества от счетчика до конкретных потребителей (телевизоров, утюгов и т. д.) ведь, в конечном счете, именно за использованную электроэнергию и приходится платить.
Что касается падения напряжения в проводах, то здесь всё во многом зависит от их способов соединения и материалов изготовления. Если проводка греется, а случается это по разным причинам, то падение напряжения в проводах ощутимо, и может составлять десятки вольт. Особенно это наблюдается в том случае, когда потребитель электроэнергии достаточно мощный, свыше 2 кВт.
Из-за чего падает напряжение в проводах
В общем, падение напряжения в проводах — прямо пропорционально связано с их нагреванием. Например, если включить такой достаточно мощный потребитель, как 2 кВт водонагреватель и потрогать через полчаса провод питания, то он будет теплым. Такое же явление наблюдается и при подключении масляного обогревателя, электрочайника или утюга.
Провод сечением 1,5 мм² имеет сопротивление в 0,024 Ом, поэтому при подключении к нему водонагревателя, происходит падение напряжения в силу рассеивания мощности, почти в 2 Вт. Здесь целесообразно заметить, что чем длиннее будет проводник, и чем меньше его сечение будет, тем больше падение напряжения по нему можно наблюдать.
Вывод напрашивается сам по себе: нельзя экономить на сечении электропроводки, ведь падение напряжения в проводах чревато большими проблемами, вплоть до пожара.
Чем опасно падение напряжения в электропроводке
Ещё одной неприятной проблемой падения напряжения в проводах, является и то, что, по сути, полезное напряжение не доходит до электроприборов. То есть, потребитель должен получить столько энергии, сколько ему нужно, однако до него она не доходит, по причине падения напряжения в проводах.
Поэтому, как было сказано выше, никогда нельзя экономить на площади сечения проводов. Также нужно понимать, какую нагрузку можно подключать к проводам, поскольку в противном случае они могут попросту не выдержать.
Как пример можно привести двухжильный кабель ПУНП сечением 2,5 мм². При нагрузке в 10 Ампер он выдаст свыше 7,2 Вт тепла, при длине всего лишь в 5 метров.
Что называется падением напряжения на участке цепи
Работа электроприборов невозможна без определенных параметров сети. Они состоят из многих факторов. Один из них – сопротивление проводников электрическому току. Учитывая сечение при выборе проводов или кабелей, необходимо брать в расчет и падение напряжения.
Основные понятия
Падение напряжения – это величина, отраженная в изменении потенциала в разных частях проводника. Протекающий от источника по направлению к нагрузке ток меняет свои параметры в силу сопротивления проводов, но его направление остается неизменным. Измерить напряжение можно с помощью вольтметра:
Простейшая цепь – источник питания, проводник, нагрузка. Примером может быть лампа накаливания, включенная в розетку 220 В. Если замерить прибором напряжение на лампе, оно будет немного ниже. Падение возникло на сопротивлении лампы.
Напряжение или падение напряжения на участке цепи можно вычислять, применяя закон Ома, по формуле U = IR, где:
Зная две любые величины, можно вычислить третью. При этом нужно учитывать род тока – переменный или постоянный. Если в цепи несколько параллельно подключенных сопротивлений, расчет несколько усложняется.
Результат понижения напряжения
Распространено явление, когда входное напряжение определяется ниже установленной нормы. Проседание по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, который вызывает увеличение сопротивления. Также потери возрастают на линиях большой протяженности, что характерно для сельской местности.
Согласно нормативам, потери от трансформатора до самого удаленного участка должны составлять не более 9%. Результат отклонения параметров от нормы может быть следующим:
В рабочем режиме потери напряжения в кабеле могут быть до 5%. Это значение допустимо для сетей энергетической отрасли, так как токи большой мощности доставляются на дальние расстояния. К таким линиям предъявляются повышенные требования. Поэтому при потерях в быту следует уделить внимание вторичным сетям распределения энергии.
Причины падения напряжения
Перекос фаз в трехфазной цепи
Прежде всего нужно разобраться: это вина поставщика электроэнергии или потребителя. Проблемы с сетью возникают по таким причинам:
Эти проблемы связаны с поставщиком, самостоятельно их решить невозможно. Чтобы понять, правильно или нет работают высоковольтные линии, придется вызывать представителей энергосбыта. Они сделают замеры и составят заключение.
Удостовериться, что вина падения не связана с поставщиком, можно самостоятельно. Прежде всего, стоит выяснить у соседей, есть ли у них подобные проблемы. Для измерения напряжения в быту подойдет мультиметр. Его стоимость до 1000 рублей. Если прибор на входе в квартиру показывает нормальное напряжение, причину нужно искать в домашней сети.
Падать напряжение может из-за большой протяженности проводки. Когда длина сети превышает 100 метров, а сечение проводников 16 мм, колебания станут регулярными. Чтобы исправить ситуацию, придется менять проводку.
Слабые контакты – это дополнительное сопротивление току. К приборам он доходит в недостаточном количестве. К тому же неисправные контакты могут вызвать замыкание и привести к пожару. Чтобы нормализовать показатели, нужно заменить аварийный участок цепи и подгоревшие контакты.
Виновником может быть неправильное соединение проводов, идущих от ЛЭП к дому. Иногда вопреки требованиям безопасности соединяют медные провода с алюминиевыми или медные проводники соединены вместо клемм скруткой. Клеммы и зажимы изготовлены из некачественных материалов, либо срок их годности вышел.
Возможно, неисправность заключается в самом вводном аппарате. В этом случае его следует заменить.
Как рассчитать потери
Линейная зависимость между напряжением и током
При расчете электрической линии отклонения напряжений не должны превышать регламентированных норм. Допустимые колебания для бытовых однофазных сетей – 209–231В, для трехфазной сети напряжение может варьироваться от 361 до 399 В.
Колебания силы тока и потребляемой мощности приводит к изменению напряжения в токопроводящих жилах возле потребителя. Поэтому при составлении схемы электропроводки необходимо учитывать допустимые потери.
В однофазной сети идет два провода, поэтому падение напряжения можно найти по следующей формуле: U=I*R, в свою очередь, R=(r*2i)/S.
Программа AutoCad для расчета падения напряжения
В трехфазной сети мощности на фазных проводах компенсируют друг друга, а длина нулевого проводника не учитывается, так как по нему не идет ток. Если нагрузка по фазам неравномерная, расчет выполняют как для однофазной сети. Для линий большой протяженности дополнительно учитывают емкостное и индуктивное сопротивление.
Расчет падения можно выполнять с помощью онлайн-калькулятора, также существуют специальные таблицы. В них показаны допустимые токовые нагрузки для кабелей разных типов. При расчетах сечения кабеля должны учитываться следующие данные:
При протекании тока по кабелю, проводу или шине, происходит их нагревание. Этот процесс изменяет физические свойства проводников. Происходит оплавление изоляции, перегрев контактов, перегорание провода. От правильного подбора кабеля зависит надежность и бесперебойная работа электросети.
Как уменьшить падение напряжения и снизить потери в кабеле
Можно снизить количество потерь, уменьшив сопротивление на всем участке электросети. Экономию дает способ повторного заземления нуля на каждой опоре линии электропередач.
Стоимость электроснабжения линией большой протяженности, выбранной по допустимому падению напряжения, больше выбора, выполненного по нагреву кабеля. Все же есть возможность снизить эти расходы.
Экономию дает должное содержание и профилактика электросетей – проверка плотности и прочности контактов, использование надежных клеммников.
Подходить к вопросу сохранения энергии нужно с полной ответственностью. Проблема потери напряжения может вывести из строя дорогостоящие приборы, инструменты. Не стоит пренебрегать мерами безопасности, они будут нивелировать скачки напряжения и защищать бытовую технику и оборудование на предприятии.
Нас часто спрашивают, можно ли светодиодные лампы на 12 вольт такой-то мощности в таком-то количестве отдалить от трансформатора на такое-то расстояние?
Но что делать, если требуется больше 5 метров? Часто из-за конструктивных ограничений невозможно уложиться в такое короткое расстояние.
В некоторых ситуациях можно превратить число 5 в гораздо большее значение. Для этого нужно оценить падение напряжения на проводах.
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 [википедея] материала проводника.
Проведя простые выкладки, получим вот такую формулу, дающую оценку значения падения напряжения на проводах:
Оценка 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:
Формула проста, но применима только в случае, если ожидаемое падение напряжения невелико, не более нескольких процентов, т.е. когда расстояние между трансформатором и потребителем не превышает 10 метров, а мощность менее 10-20 ватт.
В иных случаях следует воспользоваться более точной формулой:
Точное значение падения напряжения на проводах
Оценка падения мощности на проводах
Если эта мощность получится слишком большой, то, очевидно, нужно увеличить толщину провода. Иначе можно получить различные неприятности вплоть до пожара.
Выводы
Как легко видеть из формул, чем толще провод, тем падение напряжения меньше.
При этом падение напряжения обратно пропорционально площади сечения проводника.
Также возможным решением проблемы может быть увеличение значения напряжения источника тока. Если, конечно, потребители тока это позволяют.
Падение напряжения на проводе линейно падает с увеличением напряжения источника тока.
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.
А для трансформаторов на 12 вольт падение напряжения и расход мощности будут ещё в два раза больше.
Расчёт потерь напряжения в кабеле
Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.
 |  |
| Рис.1 | Рис.2 |
При равенстве сопротивлений Zп 1 =Zп 2 =Zп 3 и Zн 1 =Zн 2 =Zн 3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.
В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп 1 =Zп 2 ).
Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения
Пояснения к расчёту
Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:
 или (если известен ток) |
 где |
 |
Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:
 или (если известен ток) |
 где |
 |
Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.
Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.
Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте support@ivtechno.ru
Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.