Что называют потерей напряжения в проводах
Что такое потери напряжения и причины образования потерь напряжения
Рис. 1. Схема с одной нагрузкой на конце линии
Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений для линии с одной нагрузкой. Потери напряжения в линии.
Условились называть потерей напряжения алгебраическую разность фазных напряжений в начале и конце линии, т. е. отрезок ad или почти равный ему отрезок ас’.
Векторная диаграмма и выведенные из нее соотношения показывают, что потеря напряжения зависит от параметров сети, а также от активной и реактивной составляющих тока или мощности нагрузки.
При расчете величины потери напряжений в сети активное сопротивление необходимо учитывать всегда, а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осветительных сетях и в сетях, выполненных сечениями проводов до 6 мм2 и кабелей до 35 мм2.
Определение потери напряжения в линии
Потерю напряжения для трехфазной системы принято обозначать для линейных величин определять по формуле
Если заменить ток мощностью, то формула примет вид:
Изменение напряжения в линии
Допустимые потери напряжения
Для подсчета величины этих потерь напряжения следует воспользоваться формулой:
Расчет потерь напряжения
Пример. Потребитель, состоящий из асинхронных двигателей, подключен к шинам трансформаторной подстанции предприятия, на которых поддерживается постоянное в течение суток напряжение U1 = 400 В.
Необходимо определить действительное напряжение у потребителя в режимах наибольшей и наименьшей нагрузок и проверить лежи г ли оно в зоне желаемых напряжений.
Решение. Определяем действительные значения напряжений:
Желаемые напряжения для асинхронных двигателей с Uн = 380 В должны удовлетворять условию:
Подставив в неравенство вычисленные значения напряжений, убеждаемся, что для режима наибольших нагрузок соотношение 399 > 343 > 361 не удовлетворяется, а для наименьших нагрузок 399 > 384,8 > 361 удовлетворяется.
Вывод. В режиме наибольших нагрузок потеря напряжения настолько велика, что напряжение у потребителя выходит за пределы зоны желаемых напряжений (снижается) и не удовлетворяет потребителя.
Этот пример можно проиллюстрировать графически потенциальной диаграммой рис. 3. При отсутствии тока напряжение у потребителя будет численно равно напряжению на питающих шинах. Так как потеря напряжения пропорциональна длине питающей линии, то напряжение при наличии нагрузки изменяется вдоль линии по наклонной прямой от величины U1 = 400 В до величины U2 макс = 343 В и величины U2 мин = 384,8 В.
Как видно из диаграммы, напряжение в режиме наибольшей нагрузки вышло из зоны желаемых напряжений (точка Б графика).
Таким образом, даже при постоянной величине напряжения на шинах питающего трансформатора, резкие изменения нагрузки могут создать у приемника недопустимую величину напряжения.
Кроме того, может оказаться, что при изменениях нагрузки в сети от наибольшей нагрузки в дневное время до наименьшей нагрузки в ночное время сама энергетическая система не сможет обеспечить должной величины напряжения на выводах трансформатора. В обоих этих случаях следует прибегнуть к средствам местного, главным образом, ступенчатого изменения напряжения.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Системы Безопасности
Блог Эдуарда Валитова
Сегодня-это завтра о котром мы позаботились вчера
Расчет падения напряжения в кабеле формула и причины
Доброго дня, уважаемые гости и читатели нашего блога! Сегодня мы хотели бы рассказать Вам о том, как выбрать электрический провод для системы энергоснабжения объекта так, чтобы
не пришлось кусать локти, сетуя на скачки напряжения или нехватку мощности для одновременного питания всего комплекса оборудования.
Основной акцент в этом деле делаем на диаметр провода для проходящего по нему тока, и расчет падения напряжения в кабеле как раз и призван решить эту задачу.
Давайте вместе выясним, как производится расчет, а также узнаем, каким образом можно увеличить показатель силового напряжения электрической сети, повысив тем самым безопасность электроустановок.
Что нам нужно знать?
Всем известно, что кабельная проводка передает электроэнергию от источника – линии электропередачи – к конечному потребителю – жилым, административным зданиям, строительным объектам и т.п.
При движении тока по металлическому проводу часть энергии теряется в нем из-за сопротивления току самого металла.
Поэтому потребителю достается не та часть электричества, которая отошла от источника, а несколько меньшая с учетом потерь при движении тока.
Для обеспечения оптимального распределения нагрузки и стабильности напряжения провод для электрической сети необходимо выбирать определенного размера – сечения, которое определяет диаметр провода.
Падение напряжения будет также зависеть от длины проводника.
Расчетная величина падения не должна сильно отклоняться от исходного нормативного значения.
При увеличении подключаемой нагрузки также возрастают препятствия для прохождения тока.
Кроме того, при небольшой силе тока увеличивается сопротивление проводника, поэтому происходит падение напряжения, ведь все мы из школы помним математическую зависимость:
I = U / R.
Поэтому, если взять два разных по длине проводника одинакового сечения, то потери выше у более длинного из них.
Следовательно, при прокладке токоведущего кабеля для ЛЭП или других электрических установок основным критерием наряду с сечением проводника выступает его длина.
А можно ли рассчитать эту величину в обычных бытовых условиях, используя подручные средства?
Разумеется, определить снижение напряжения мы сможем тремя способами:
Важно. Значение этой величины может быть минимальным — от 0,1 В. Советуем применять для измерения приборы не ниже класса точности 0,2.
Причины падения напряжения
В большинстве случае для монтажных работ выбор останавливают на жилах двух сортов металла. Это:
Они защищены изоляционной обмоткой.
Реже применяют термоусадку для самостоятельной изоляции жильных проводов.
То есть задача изоляции – создать диэлектрическую оболочку для проводника,
потому как в одном кабеле все провода лежат очень плотно друг к другу.
При протяженных линиях сердечники под обмоткой создают некоторый заряд с ёмкостным сопротивлением, по причине чего и возникает падение напряжения.
Оно происходит по следующему алгоритму.
Данную схему можно представить графически: горизонтальная прямая линия, выходящая из определенной точки – сила тока.
Из той же точки выходит линия входного напряжения U1 и линия выходного напряжения U2, первая под большим, а вторая под меньшим углом к вектору силы тока.
Падение напряжения будет равно геометрической разнице между направлениями U1 и U2.
На рисунке – отрезок AB и есть падение, это гипотенуза треугольника.
Катеты BC и AC – показатели понижения напряжения с учетом реактивного и активного сопротивлений.
Линия AD – это значение энергетических потерь.
Эту схему удобно применять, когда нет доступного способа описать показатель понижения напряжения математически, т.к. вручную его рассчитывать довольно трудно.
Результат падения напряжения
А что становится результатом этого процесса в фундаментальном смысле?
Давайте посмотрим, что происходит при снижении этой характеристики электрической энергии.
В соответствии с нормативной документацией ПУЭ, потери при движении тока от трансформаторной подстанции до самого отдаленного участка по электрической нагрузке для населенного пункта должны быть не более 9 %.
При этом потери в размере 4 % разрешаются от главного ввода до потребителя электроэнергии, а 5 % – от трансформатора до главного ввода.
В трехфазных коммуникациях нормативный показатель по ГОСТ 29322-2014 составляет 400 В ± 10 % при нормальной эксплуатации линии.
Отклонение этой величины от норматива может приводить к следующим результатам для стационарных объектов или электрических приборов.
Нормальным значением для потерь при стандартном рабочем режиме электролинии является 5 %.
Эту величину допускается принимать для электросетей на этапе проекта.
Относительно токов большой мощности строятся протяженные электрические магистрали.
Важно. К устройству ЛЭП на всех стадиях предъявляются высокие требования. Поэтому важно просчитывать потери на всех участках магистрали, от главного магистрального пути до линий второстепенного назначения.
Рассчитываем падение напряжения
При вычислении обязательно учитываем активное и реактивное сопротивления, составляющие комплексное (общее) сопротивление цепи, а также мощность.
Формула для расчета этого показателя на участке цепи длиной L выглядит так:
Как мы сказали выше, на практике допускаются отклонения от нормативного показателя по ПУЭ. Разрешенные пределы отклонения:
В итоге вычисления мы получим процентный показатель.
Приведем пример.
Суммарная потребляемая мощность всех приборов в доме – 2 кВт.
Все приборы подключены к сети.
Тогда сила тока I = 2 * 1000/220 = 9 А.
Далее нам необходимо знать формулу расчета потерь напряжения.
Она выглядит следующим образом:
∆U = (I * р * L) / S.
Используя эту формулу, получаем потери в кабеле:
∆U = (I * R / U) * 100 % = 2 (два провода) * 0,0175 / 1,5 * 30 = 0,7 Ом.
Тогда значение понижения напряжения будет равняться:
∆U = (9 * 0,7 / 220) * 100 % = 2,86 %.
Полученная величина вполне вписывает в нормативный по ПУЭ показатель 5 % отклонения.
Это значение, к тому же, очень выгодно для конечного потребителя, поскольку он получает электроэнергию полной мощности с потреблением электричества более низкого напряжения.
Это позволяет существенно снизить затраты потребителей на электроэнергию.
Еще один способ определения величины потерь напряжения предполагает использование таблицы, которая представлена в профильных методических указаниях для инженеров ЛЭП.
Там учтены все технические качества линии и оборудования, в зависимости от которых можно «достать» значение потерь для определенных условий эксплуатации.
Как уменьшить падение напряжения в электрической сети
При выполнении работ по прокладке кабеля сечение провода, взятое по допустимому понижению, превосходит таковую величину, выбранную по нагреву проводника.
Это приводит к удорожанию электричества для потребителя.
Как уменьшить этот показатель?
Ведь от него зависит итоговая цена за 1 кВт электроэнергии.
Опишем несколько способов сделать это.
Как уменьшить потери в кабеле
Потери напряжения приводят к дополнительным затратам.
Для того чтобы понизить этот показатель, можно воспользоваться следующими методами.
Замечание. Для того чтобы понизить сопротивление кабеля, а, соответственно, потери электричества в нем, можно попробовать улучшить вентиляцию в конструкциях кабеля и кабельных лотках.
Дорогие читатели, мы с Вами рассмотрели очередной вопрос, касающийся нашей безопасности в отношении электроснабжения, именно, узнали, как произвести правильный расчет падения напряжения.
Если информация была Вам полезна, порекомендуйте наш блог своим друзьям, подписывайтесь на нас в социальных сетях и будьте всегда под защитой!
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.
Потеря напряжения в проводах
При передаче электрической энергии по коротким проводам сопротивлением их можно пренебречь. При большей длине их (l > 10 м) сопротивлением проводов пренебрегать нельзя, так как прохождение тока вызовет в них заметное падение напряжения:
Разность напряжений в начале и конце линии (рис. 2-5) U1 — U2, равная падению напряжения в проводах, называется потерей напряжения.
При неизменном напряжении в начале линии напряжение в конце линии, т. е. на приемнике, изменяется от U2 = U1 при I = 0 до U2 = U1 — ΔU при нагрузке.
Колебание напряжения для осветительной нагрузки не должно превышать — 2,5, +5%, а для силовой ±5 и иногда + 10% номинального. Поэтому допускаемая потеря напряжения в линии не должна превышать тех же значений.
При заданной допустимой потере напряжения, используя формулу (2-31), можно определить необходимое сечение проводов линии
Найденное по формуле (2-33) сечение должно быть проверено на допустимое нагревание
(табл. 2-3).
Мощность потерь в линии определяется произведением потери напряжения и тока, т. е.
Коэффициент полезного действия линии
с увеличением нагрузки уменьшается.
При потерях напряжения 2—5% к. п. д. линии составляет 98—95%.
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.