Потеря силы тока от длины кабеля

Расчет потери напряжения по длине кабеля

При проектировании электросетей с небольшими токами часто проводятся расчет потерь напряжения в проводниках. Полученные результаты затем используются для определения оптимального сечения токоведущих жил. Если во время выбора проводов и кабелей будет допущена ошибка, то электросистема быстро выйдет из строя либо вовсе не запустится. Для проведения необходимых вычислений используются специальные формулы или онлайн-калькуляторы.

Причины потерь
Последствия снижения напряжения
Рекомендации по расчетам
- Применение таблиц и формул
- Онлайн сервисы
Сокращение потерь

Причины потерь

Каждый электрик знает, что кабеля состоят из жил. Они изготавливаются из меди либо алюминия и покрыты изоляционным слоем. Для защиты от механических повреждений проводники помещаются в дополнительную полимерную оболочку. Так как токоведущие жилы плотно расположены и сжаты защитным покрытием, при большой протяженности магистрали они начинают работать по принципу конденсатора. Говоря проще, в сердечниках создается заряд, обладающий емкостным сопротивлением.

Схема потери напряжения в проводах имеет следующий вид:

При прохождении электротока проводник нагревается, что приводит к появлению емкостного сопротивления, являющегося частью реактивного.
Под воздействием процессов, протекающих в различных элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
В итоге резистивное сопротивление токоведущих жил кабеля в каждой фазе электроцепи преобразуется в активное сопротивление.
Провод подсоединяется на токовую нагрузку с комплексным сопротивлением по каждой жиле.
Если сеть трехфазная, то все три линии будут симметричными, а нейтральный проводник пропускает электроток по значению близкий к нулю.
Из-за общего сопротивления жил наблюдается падение напряжения по длине кабеля при прохождении тока с векторным отклонением благодаря наличию реактивной составляющей.

Если этот процесс представить графически, то показателем потерь окажется отрезок AD.

Выполнять такие вычисления вручную довольно сложно и сейчас часто используется онлайн-калькулятор. Потери напряжения, рассчитанные с его помощью, оказываются довольно точными, а погрешность минимальна.

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.

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.

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

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.

Читать еще: Сетевого кабеля 2 пары розетка

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 [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:

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 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

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 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.

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.

Хочу все знать

Про кабель и провод и электротехническую продукцию

Хочу все знать
Основные особенности расчета кабеля по его длине

Основные особенности расчета кабеля по его длине

Одним из самых важных критериев в процессе выбора кабеля, который обеспечивает электропитание, является определенное количество величин, потому стоит обращать внимание на такой способ, как расчет сечения кабеля по нагрузке, а также расчет по сечению. Для того чтобы обеспечить высокий уровень безопасности и предельной надежности, очень важно обратить внимание на длину каждого из элементов линии, кроме того, всей линии в целом. Стоит отметить, что практически все современные приспособления в первую очередь рассчитаны на какие-то определенные максимальные значения рабочего напряжения, которое может быть равно показателям от 185 до 240 Вольт. Именно по этой причине, если при расчете не учитывать показатели потери напряжения, которые связаны именно с длиной кабеля, появляется большая вероятность того, что напряжение на конце линии будет значительно меньше, чем то, что требуется для обеспечения нормальной работы всех имеющихся устройств. В свою очередь это может привести к невозможности их эксплуатации или, что еще более неприятно, могут вообще выйти из строя. Таким образом, проводя подобные расчеты сечения кабеля по показателям длины, можно обеспечить безопасность и качественную работу всей системы в целом.

Читать еще: Чтобы здесь был свет ток должен идти по нам

Расчет сечения кабеля по длине в быту

Прежде всего, подобный метод идеально подойдет в быту. Как правило, такой расчет в данных условиях необходим в процессе изготовления удлинителей, которые рассчитаны на достаточно большие расстояния. Что касается остальных случаев, то при прокладке кабеля в бытовых условиях подобные сложные расчеты не требуются. Это основано на том, что длина линий в быту отличается относительно небольшой длиной, потому все потери напряжения настолько малы, что ими вполне можно пренебречь. Несмотря на это, в процессе прокладки линии всегда следует оставлять определенный запас, равный примерно 15 см, причем оставлять его требуется с каждой стороны на проведение таких процессов, как коммутация проводов, их подключение, где осуществляется такой процесс, как пайка, сварка или обжим. Что касается концов кабелей, то те, которые входят в щиток, должны иметь еще больший запас для подключения защитной автоматики и достаточно аккуратной укладки.

Говоря иными словами, в бытовых условиях на той поверхности, где планируется прокладывать кабель, прежде всего, стоит проставить определенные отметки мест расположения розеток, выключателей, электропотребителей, коммутационных коробок и иных подобных приспособлений. После этого рулеткой осуществляется замер расстояния и отрезается кабель, но с небольшим запасом. По окончании данных работ крепится непосредственно сам кабель к поверхности, но в строго соответствии со всеми требованиями ПУЭ.

Многие монтажники, имеющие большой опыт работы в данной сфере деятельности, а также те, которые имеют напарника, поступают еще более просто, что позволяет им сэкономить немалое количество времени. В самом начале производится разметка расположения таких устройств, как коммутационные коробочки, выключатели и розетки. Затем, без предварительного замера осуществляется прокладка и крепление кабеля, но с запасом, после чего отрезается.

Расчет сечения кабеля по длине в промышленности

Что касается области промышленности, то здесь требуемый расчет сечения кабеля по длине осуществляется уже на этапе проектирования электрических сетей. Подобные расчеты важно сделать в том случае, если на кабель будут возложены долговременные и достаточно серьезные нагрузки.

Практически все проводники по причине своих свойств, обладают определенной величиной электрического сопротивления, которое может вызвать потери в процессе прохождения по проводам электрического тока. Стоит отметить такие факторы, влияющие на параметры величины потерь и сопротивления, как материал, из которого выполнен проводник, то есть алюминий и медь, имеет значение сечение проводника, как правило, чем меньше сечение, тем потери больше. Кроме того, важна длина проводника, то есть чем больше данный параметр, тем соответственно больше и потери.

На основании всех вышеперечисленных факторов становится ясно, по какой причине в проводниках присутствует явление некоторого падения напряжения, которое, как правило, равно величине тока, умноженного на показатели сопротивления проводника. Согласно установленным правилам, примерное значение падения показателей напряжения должно быть равно 5%. Если данный параметр немного выше, проводник следует подобрать с большим сечением.

Для осуществления подобных расчетов, как правило, используется специальная формула. В ней содержаться показатели длины, удельное сопротивление самого проводника, площадь сечения. При этом сопротивление определяется по специальным справочным таблицам, при этом можно убедиться в том, что много здесь зависит от марки провода и самого кабеля. После определения всех необходимых составляющих, определяются особые расчетные значения тока. Для этой цели суммарная мощность нагрузки разделяется на величину показателей напряжения в сети. По специальной справочной формуле рассчитывается величина падения в сети или в линии напряжения. Оценка величины соотношения в процентах к значению изначального напряжения, а также выбор оптимального сечения проводника, который должен укладываться в пятипроцентный барьер.

Важно обратить внимание, что для промышленных и иных предприятий со средним и крупным товарооборотом, рекомендуется производить специальный комплексный расчет, в процессе которого учитываются все необходимые требования для тех или иных конкретных условий эксплуатации. Для проведения подобных расчетов можно обратиться за помощью к специалистам, которые на самом высоком профессиональном уровне, с определенными гарантиями обеспечения работоспособности сети в процессе рабочих нагрузок произведут все расчеты. Кроме того, будут выполнены расчеты, которые обеспечат минимальные затраты, если есть необходимость произвести наращивание производственной мощности.

Читать еще: Провода для соединения светодиодной ленты rgb

Если после осуществления подсчета суммарной мощности потребителей было получено 3,8 кВт, находится сила тока по такой формуле — I = P/U·cosφ. Здесь P – представляет собой суммарную мощность, (Вт), I — это сила тока, (А), cosφ – коэффициент, который равен 1, но только если сети бытовые, а также U — напряжение в сети, (В).

В данном случае, если 3,8 кВт разделить на напряжение 220 В, получится число, равное 17,3 А. Применяя специальные таблицы ПУЭ под номерами 1.3.4 и 1.3.5 определяется необходимое сечение медного кабеля или выполненное из алюминия. Что касается материала, то в быту рекомендуется использовать именно медь, потому при полученных показателях силы тока потребуется кабель из меди с сечением 1,5 кв. мм.

После этого, как правило, рассчитывается показатель сопротивления, по формуле R = p·L/S, где R — это сопротивление провода, (Ом), указатель p представляет собой значение удельного сопротивления, (Ом·мм2/м), L – это параметр длины провода или кабеля, (м), а S — площадь поперечного сечения, который выражается в мм2. Стоит отметить, что удельное сопротивление Р – это постоянная величина, которая прямо зависит от материала. Если это медь, то удельное сопротивление равно 0,0175, если алюминий, то он равен 0,0281. На основании проведенных расчетов для одной жилы в кабеле, длина которого составляет 20 м, получается R = 0,0175·20/1,5 = 0,232 Ом. По той причине, что ток проходит только по одной жиле, а по другой возвращается, параметр длины удваивается, то есть получается Rобщ = 0,464 Ом.

При необходимости рассчитать потери напряжения используется формула dU = I·R. В данной формуле I — это сила тока, (А),dU – потери напряжения, (В), а R — показывает сопротивление кабеля или провода в Ом. После проведения расчетов получается такой пример dU = 17,3·0,464 = 4,06 В = 8,02 В.

Что касается расчета потерь в процентном соотношении, то данный показатель выводится так — 8,02 В / 220 В х 100% = 3,65%. Как видно, полученный показатель не превышает 5% то есть допустимое значение, а соответственно выбор был осуществлен верно. В ситуации, если цифра будет больше данной величины, рекомендуется подобрать медный кабель с параметром сечения не 1,5 мм, а 2,5 кв. мм.

Онлайн помощник домашнего мастера

Расчет потерь напряжения в кабеле

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.

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:

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.

Когда рассчитывают потерю напряжения в кабеле, за основу берут данные значения тока или мощности. На протяженной электрической линии учитывают индуктивное сопротивление.

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.

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.

Таблица потерь напряжения по длине кабеля

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами:

0 0 голоса

Рейтинг статьи