Что такое потеря напряжения в проводах

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.

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:

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:

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:

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.

Двукратное увеличение площади сечения проводника примерно двукратно уменьшает падение напряжения на проводах

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.

Двукратное увеличение питающего напряжения примерно в два раза снижает падение напряжения

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.

У Вас есть вопрос? Спросите консультанта.

Позвоните нам.
Или кликните здесь и задайте свой вопрос — подробный ответ Вы получите очень быстро.
Мы всегда стараемся помочь.

Потери в проводах, подбор сечения кабеля. Падение напряжения.

Любой провод, как известно обладает электрическим сопротивлением. У медных проводов сопротивление меньше, чем у алюминиевых, но все равно оно есть. Оно будет зависеть от длины и толщины провода, а также от материала провода. Рассчитать сопротивление можно по следующей формуле:

Рисунок 2 — Формула рассчета сопротивления.

Где р – это удельное сопротивление материала, из которого изготовлен провод. Для меди это 0,178 Ом*мм2/м, l – длина провода, а S – его площадь сечения.

Мощность, рассеиваемая в проводах. Нагрев проводов

Так как абсолютно любой провод имеет сопротивление, то в любой цепи, он тоже будетвыступать в качестве нагрузки. А значит, будет рассеивать и определенную мощность, которая будет зависеть от сопротивления провода и величины протекающего через него тока. В данном случае, рассеиваемую мощность можно рассчитать так:

Рисунок 3 — Формула рассчета рассеиваемой мощности.

Куда же девается эта мощность, раз она не доходит до потребителя? Она превращается в тепло, то есть наши провода нагреваются. Если нагрев слишком сильный, то это может даже привести к расплавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Подбор сечения кабеля

Сечение кабеля мм2

0,5

0,75

1,0

1,5

2,0

2,5

4,0

6,0

10,0

16,0

25,0

35,0

Таблица 1 — Сечение кабеля.

Чтобы этого не произошло, нужно правильно подобрать сечение кабеля. Кабели выпускаются нескольких стандартных сечений, а для подбора медного провода можно пользоваться простым соотношением:

на каждые 10А протекающего тока должно приходиться не менее 1 мм2 сечения провода.

Таким образом, при токе 18А, нужно использовать кабель 2мм2, а при 0,6А – 0,75мм2.

На рынке вы можете найти огромное разнообразие проводов, шнуров и кабелей, различающихся материалом, толщиной, количеством и расположением жил, материалом, толщиной и количеством слоев изоляции. Здесь надо смотреть в первую очередь на материал кабеля, лучше использовать медный. Второй по значимости параметр – это условия производства. Если кабель изготовлен по ГОСТ (государственный стандарт), то его сечение будет соответствовать заявленному. Если же он произведен согласно ТУ (технические условия), то его сечение может быть аж в полтора раза меньше. Если по такому проводу пустить ток, на который вы его рассчитали, то он может перегреться со всеми вытекающими последствиями. Поэтому, всегда лучше выбрать ГОСТированный кабель.

Потери в проводах

Теперь мы понимаем, что любые соединительные провода от источника до потребителя – это тоже своего рода потребители, подключенные последовательно, а значит, напряжение будет распределяться между потребителем и проводами. То есть, если напряжение источника питания – 12В, то на проводах мы можем потерять несколько вольт, и чем длиннее провода и больше ток, тем меньше достанется нашему потребителю (например светодиодной ленте). Простейший способ рассчитать эти потери – по закону Ома. Нам известен ток, который потребляет нагрузка (либо мы можем его посчитать, исходя из ее мощности и напряжения), и нам известно сопротивление провода (которое мы можем посчитать по формуле выше). Отсюда легко находим напряжение, которое «скушают» провода. Только не забывайте при расчете, что учитывать нужно длину обоих проводов между источником и потребителем.

1. Чем тоньше и длиннее провода, тем больше в них потери. По возможности, провода нужно делать толстыми и короткими.
2. С увеличением тока, квадратично растут потери. А так как при одинаковой мощности, чем выше напряжение, тем меньше ток (см урок 1а), то для уменьшения потерь можно использовать систему, рассчитанную на большее напряжение (например вместо 12В использовать 24). Этим активно пользуются энергетики, передавая электричество от электростанций на большие расстояния с помощью высоковольтных линий, а уже на месте понижая их до привычных 220В.

Вопросы для самопроверки:

1. Подберите сечение провода для подключения прибора на 24В, мощностью 300Вт.
2. У вас есть медный провод длиной 10 метров и сечением 1мм2, по которому течет ток 8А. Какое напряжение окажется на конце провода, если его начало подключено кблоку питания на 12 Вольт? Какая мощность выделится на этом проводе?

Потери напряжения

Поте́ри напряже́ния, алгебраическая разность фазных напряжений в начале и конце электрической линии:

Δ U = U 1 − U 2 ΔU=U_1−U_2 Δ U = U 1 ​ − U 2 ​ ,

где Δ U ΔU Δ U – потери напряжения в проводах линии; U 1 U_1 U 1 ​ – напряжение в начале линии ( генератор ); U 2 U_2 U 2 ​ – напряжение в конце линии (приёмник). В Российской Федерации потери напряжения на выводах приёмников электрической энергии измеряются в процентах и подразделяются на нормально допустимые (до 5 %) и предельно допустимые (до 10 %) значения от номинального напряжения электрической сети . Основная причина появления отклонений напряжения в электрической сети – потери напряжения в линиях электропередачи (основные потери) и силовых трансформаторах . Для увеличения передаваемой мощности на большие расстояния и стремления снизить потери от нагрева проводов эффективным средством уменьшения потерь напряжения является повышение напряжения U 1 U_1 U 1 ​ в начале линии. Поэтому передача электроэнергии производится при высоких напряжениях (10, 20, 35, 110 кВ и выше). Значение потерь напряжения от источника питания до потребителя электрической энергии служит критерием оценки технической осуществимости режима работы электрической сети с точки зрения обеспечения качества электрической энергии, получаемой потребителем .

Редакция технологий и техники

Опубликовано 21 августа 2023 г. в 14:04 (GMT+3). Последнее обновление 21 августа 2023 г. в 14:04 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Области знаний: Технологии в электроэнергетике

• Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
  Создан при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации.
  Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
  ISSN: 2949-2076
• Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
  Главный редактор: Кравец С. Л.
  Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
  Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru

• © АНО БРЭ, 2022 — 2024. Все права защищены.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

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.

P — активная мощность передаваемая по линии, Вт;
Q — реактивная мощность передаваемая по линии, ВАр;
R — удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
X — удельное индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
L — длина кабельной линии, м;
Uл — линейное напряжение сети, В;
Uф — фазное напряжение сети, В.

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.