Що таке падіння напруги?

Під терміном падіння напруги розуміють зниження напруги вздовж провідника, яке обумовлено наявністю опору провідника. Інше визначення величини падіння напруги пов'язане з характеристикою електростатичного поля, що називається електростатичним потенціалом.

Що означає падіння напруги

Сила впливу поля на заряди додає їм порцію енергії, тобто виконується робота. Приватне від поділу роботи А, проведеної полем переміщення зарядженої частинки з початкової точки в кінцеву, до кількості заряду q і є електрична напруга U між даними точками:

З формули випливає, що електрична напруга - це робота з пересування заряду розміром 1 кулон з початкової точки в кінцеву. Скориставшись попередньою формулою, можна отримати формулу для обчислення зробленої роботи:

Потенціал

Силовий характеристикою поля Е є його напруженість. Поняття потенціалу запроваджено для кількісної характеристики енергетичних здібностей поля. Потенціал поля – це потенційна енергія W_p заряду, поділена на його величину:

Тоді напруга U дорівнює:

Таким чином, напруга – це різниця потенціалів.

Від зменшення потенціалу до падіння напруги

У міру протікання струму ланцюгом відбувається зміна електричного потенціалу в меншу сторону і, як наслідок, зменшення напруги, яке визначається терміном «падіння напруги» (від англ. voltage drop).Для того щоб падіння напруги на споживачах електроенергії (елементах схем, побутових приладах, електродвигунах і т.д.) було в межах, що забезпечують нормальну роботу, необхідно мінімізувати втрати напруги на опорі джерела, проводів, контактів і роз'ємів, на яких марно розсіюється енергія заряджених частинок.

Як розрахувати

Оцінки та точні розрахунки величини падіння напруги засновані на фундаментальному фізичному законі Ома, названому на честь німецького дослідника Георга Ома, який відкрив цей закон у 1826 році.

• I - струм у ланцюзі (вимірюється в амперах, А);
• U - падіння напруги (вимірюється у вольтах, В);
• R - опір, одиницею виміру якого є Ом, названа також на честь німецького першовідкривача.

Таким чином, значення сили струму I в електричному ланцюзі знаходиться у прямій пропорційній залежності від величини U та у зворотній пропорційній залежності від величини опору R. Формула є базовою для розрахунку падіння напруги, при цьому залежно від наявних довідкових або вимірювальних даних можуть бути два варіанти обчислень.

Через силу струму та опір

Скориставшись вище формулою, можна отримати наступне вираз:

Тобто, знаючи величину струму, що протікає, яка може бути виміряна приладом (амперметром), і величину опору, отримуємо шукане значення U за допомогою множення величини струму I на значення опору R. Якщо значення R заздалегідь невідомо, то основна формула, застосовувана для обчислення R , виглядає так:

• L - Довжина провідника, м;
• S - площа поперечного перерізу, м 2;
• ρ - питомий опір.

Довжина та площа легко вимірюються доступними засобами.Величини питомих опорів всіх електротехнічних матеріалів давно виміряні, зведені в таблиці і знаходяться у відкритому доступі.

Через потужність та силу струму

Другий варіант обчислення заснований на формулі, що зв'язує потужність електричної енергії P, що виділяється на навантаженні, зі струмом I і падінням напруги U:

Формула є наслідком закону Джоуля-Ленца, відкритого майже одночасно двома фізиками (англійською та російською) у 1841 р.

• I - Струм, А;
• R - опір, Ом;
• t - час виміру, с;
• Q - кількість тепла, Дж.

Потужність P, за визначенням - це енергія, в даному випадку Q, що виділяється в одиницю часу.

Скориставшись формулою, отримуємо вираз для P:

Отже, знаючи струм, що протікає через навантаження і споживану потужність, можемо розрахувати падіння напруги:

Для розрахунків ланцюгів змінної напруги і струму справедлива наступна формула:

У цьому випадку буквою φ позначається коефіцієнт потужності, значення якого визначається властивостями навантаження. cos φ дорівнює 0,95. (Трансформатори, електродвигуни, конденсатори) cos φ приймається рівним 0,8.

До чого призводить втрата напруги

В силу різних причин, вхідна напруга, що подається для енергоємних споживачів (будівлі, промислові об'єкти), може бути нижчою за встановлені нормативи. Наприклад, падіння по довжині кабелю обумовлено перебігом великих струмів, що викликають зростання опору. Втрати зростають на протяжних лініях електропередач. При відхиленні вхідної напруги нижче встановлених нормативів можливі такі негативні наслідки:

• Можливі збої у роботі промислових установок та освітлювального обладнання.
• При низьких значеннях вхідної напруги виникає більша ймовірність виходу з ладу електроприладів.
• Падає крутний момент, необхідний для запуску компресорної техніки та електродвигунів.
• Виникає небажаний дисбаланс у струмовому навантаженні на початку лінії та на її кінці.
• Освітлювальне обладнання починає функціонувати «вповнокала», що не допускається нормами СанПіН та вимогами техніки безпеки.
• Деформуються вихідні характеристики та режими експлуатації електричних приладів. Типовим прикладом є зростання часу, необхідного нагріву води бойлером.
• Різко підвищується ймовірність спонтанних збоїв у роботі електроніки.

Від чого залежить

Втрати електроенергії, пов'язані з її транспортуванням по дротах, неминучі з вищевикладених фізичних причин. Основна причина пов'язана з падінням напруги на опорі дротів. Із закону Ома випливає, що чим вищий опір дроту, тим більше на ньому падіння напруги (втрати). Для низьковольтних мереж з параметрами 220-380 В втрати мінімізуються за допомогою вибору кабелю, що має оптимальну площу перерізу.

З формули випливає, що опір падає зі збільшенням площі перерізу і, навпаки, зростає зі збільшенням довжини проводу.Очевидно також, що чим менше питомий опір металу, з якого виготовлений провід, тим менше R. Завжди краще вибір дроту з мідною жилою в порівнянні з алюмінієвою, т.к. ρ_міді = 0,0175 Ом*мм 2 /м, тоді як ρ_{алюмінію} = 0,028 Ом * мм 2 /м. Слід враховувати, що варіант використання мідного дроту дорожчий за алюмінієвий. Підсумовуючи цього розділу, можна сказати, що для зменшення втрат електроенергії слідує:

• Оптимізувати довжину проводів, що прокладаються, — прибрати «все зайве».
• По можливості використовувати дроти з мідною жилою.
• Розрахувати оптимальний переріз проводу, що використовується при максимально допустимому навантаженні.

Допустимі значення

Основним документом, який встановлює рамки допустимих відхилень, є ГОСТ 29322-2014 «Міждержавний стандарт. Напруги стандартні». ГОСТ встановлює поняття короткострокового та тривалого допустимого відхилення.

Відповідно до цього документа короткостроково допустимі відхилення на 10% як у більшу, так і меншу сторону. Наприклад, для типової напруги 220 В значення в діапазоні 207-253 на короткий час вважаються допустимими. Тривале допустиме відхилення має бути трохи більше 5%. Для 220 В діапазон звужується до 218-242 Ст.

При виході напруги з допустимих меж слід діяти так:

• Звернутися із заявою до енергозбутової або керуючої компанії.
• Присутня при проведенні контрольних вимірів, що підтверджують факт неприпустимих відхилень.
• Зафіксувати проведені виміри та причину неприпустимих відхилень.
• При тривалому бюрократичному шляху вирішення цієї проблеми самостійно завдання вирішується шляхом встановлення власним коштом необхідної кількості джерел безперебійного харчування.

Як знизити напругу за допомогою резистора

При використанні серійних джерел живлення у вигляді акумуляторів або батарей часто виникає необхідність зниження цієї напруги до значення, яке забезпечує нормальну працездатність схеми або пристрою. Найпростіше такі завдання вирішуються за допомогою резисторів, що виконують роль дільника напруги. Типову схему такого дільника наведено на Рис.3.

Рис.3. Принципова схема дільника напруги (GND – «земля»)

Напруга від джерела U₀ = +5 подається на два послідовно підключених резистора R₁ та R₂. При послідовному з'єднанні через обидва резистори протікає однаковий струм I, отже, згідно із законом Ома, падіння напруги на кожному резисторі становитиме:

Формули відбивають суть дільника напруги, але в Рис.3 показано три варіанти такого дільника.

Висновок

Падіння напруги, пов'язане з втратами електричної енергії, є у всіх електричних ланцюгах і мережах. Мінімізації цих втрат можна домогтися правильним вибором проводів (матеріал жили, довжина та переріз), якими йде трансфер електроенергії. Допустимі відхилення напруги регулюються нормативними документами.

Визначення падіння напруги

Щоб зрозуміти, що таке падіння напруги, слід згадати, які види напруженості в ланцюзі бувають. Їх всього два: напруженість джерела живлення (при цьому джерело живлення має бути підключене до контуру) і, власне, зниження напруги, що розглядається окремо або щодо контуру. У цьому матеріалі буде розглянуто, як знайти падіння напруги і дана формула розрахунку падіння напруги в кабелі.

Що означає падіння напруги

Падіння відбувається, коли відбувається перенесення навантаження по всьому ділянці електричної ланцюга. Дія цього навантаження залежить від параметра напруженості в її вузлових елементах. Коли визначається переріз провідника, важливо доля, що його значення має бути таким, щоб у процесі навантаження зберігалося у певних межах, які мають підтримуватись для нормального виконання роботи мережі.

Мнемонічна діаграма для закону Ома

Понад те, не можна нехтувати і характеристикою опірності провідників, у тому числі складається ланцюг. Воно, звичайно, незначне, але його вплив дуже суттєвий. Падіння відбувається під час передачі струму. Саме тому, щоб, наприклад, двигун або мету освітлення працювали стабільно, необхідно підтримувати оптимальний рівень, для цього ретельно розраховують електродроти.

Важливо! Межа допустимого значення аналізованої характеристики відрізняється від держави до країни. Забувати це не можна. Якщо вона знижується нижче значень, визначених у певній країні, слід використовувати дроти з великим перетином.

Будь-який електроприлад працюватиме повноцінно, якщо до нього подається значення, на яке він розрахований. Якщо провід узятий неправильно, то через нього відбуваються великі втрати напруги, і обладнання працюватиме із заниженими параметрами. Особливо актуально це для постійного струму та низької напруженості. Наприклад, якщо воно дорівнює 12, то втрата одного-двох вольт вже буде критичною.

Допустиме падіння напруга в кабелі

Значення втрати напруги регламентується і нормується відразу кількома правилами та інструкціями влаштування електроустановок.Так, згідно з правилом СП 31-110-2003, сумарна втрата напруги від вхідної точки в приміщенні до максимально віддаленого від неї споживача електроенергії не повинна перевищувати 7.5 %. Це правило працює на всіх електроланцюжках з напругою не більше 400 вольт. Це правило використовується при монтажі та проектуванні мереж, а також при їх перевірці службами Ростехнагляду.

Важливо! Цей документ узагальнює відхилення електронапруги в мережах однофазного струму побутового призначення. Воно має бути не більше 5% при нормальній роботі та 10% після аварійної ситуації. Якщо мережа низьковольтна, тобто до 50 вольт, нормальним падінням вважається +-10 %.

Для кабелів мережі живлення використовують правило РД 34.20.185-94. Воно допускає параметр втрат трохи більше 6 %, якщо напруга становить 10 кВ і трохи більше 4–6 % при електронапрузі 380 вольт. Щоб одночасно дотриматися цих правил та інструкцій, домагаються втрат 1.5 % для малоповерхових знань і 2.5 % для багатоповерхових.

Падіння напруги на резисторі

Перевірка кабелю втратою напруги

Всім відомо, що протікання електричного струму по дроту або кабелю з певним опором завжди пов'язане із втратою напруги у цьому провіднику.

Згідно з правилами Річкового регістру, загальна втрата напруги в головному розподільчому щиті до всіх споживачів не повинна перевищувати наступні значення:

• при освітленні та сигналізації при напрузі понад 50 вольт – 5 %;
• при освітленні та сигналізації при напрузі 50 вольт – 10 %;
• при силових споживаннях, нагрівальних та опалювальних систем незалежно від електронапруги – 7%;
• при силових споживаннях з короткочасним та повторно-короткочасним режимами роботи незалежно від електронапруги – 10 %;
• під час пуску двигунів – 25 %;
• при живленні щита радіостанції або іншого радіообладнання або заряджання акумуляторів – 5 %;
• при подачі електрики в генератори та розподільчий щит – 1%.

Виходячи з цього і вибирають різні типи кабелів, здатних підтримувати таку втрату напруги.

Приклад калькулятора для автоматизації обчислень

Як знайти падіння напруги та правильно розрахувати його втрату в кабелі

Одним із основних параметрів, завдяки якому вважається напруженість, є питомий опір провідника. Для проведення від станції або щитка до приміщення використовуються мідні або алюмінієві дроти. Їхні питомі опори дорівнюють 0,0175 Ом*мм2/м для міді та 0,0280 Ом*мм2/м для алюмінію.

Розрахувати падіння електронапруги для ланцюга постійного струму 12 вольт можна наступними формулами:

• визначення номінального струму, що проходить крізь провідник. I = P/U, де P – потужність, а U – номінальна напруга;
• визначення опору R=(2*ρ*L)/s, де ρ – питомий опір провідника, s – перетин дроту у квадратних міліметрах, а L – довжина лінії у міліметрах;
• визначення втрати напруженості ΔU=(2*I*L)/(γ*s), де γ – це величина, яка дорівнює зворотному питому опору;
• визначення необхідної площі перерізу дроту: s=(2*I*L)/(γ*ΔU).

Важливо! Завдяки останній формулі можна розрахувати необхідну площу перерізу дроту по навантаженню та провести перевірочний розрахунок втрат.

У трифазній мережі

Для забезпечення оптимального навантаження трифазної мережі кожна фаза повинна бути навантажена рівномірно. Для вирішення поставленої задачі підключення електромоторів слід виконувати до лінійних провідників, а світильників – між нейтральною лінією та фазами.

Втрата електронапруги у кожному дроті трифазної лінії з урахуванням індуктивного опору проводів підраховується за формулою

Перший член суми – це активна, а другий – пасивна складові втрати напруги. Для зручності розрахунків можна використовувати спеціальні таблиці або онлайн-калькулятори. Нижче наведено приклад такої таблиці, де враховано втрати напруги трифазної ПЛ з алюмінієвими проводами електронапругою 0,4 кВ.

Втрати напруги визначені такою формулою:

Тут ΔU—втрата напруги, ΔUтабл — значення відносних втрат, % на 1 кВт·км, Ма — добуток потужності Р (кВт), що передається, на довжину лінії, кВт·км.

На ділянці ланцюга

Для того, щоб провести замір втрати напруги на ділянці ланцюга, слідує:

• Здійснити завмер на початку ланцюга.
• Виконати замір напруги на найвіддаленішій ділянці.
• Вирахувати різницю та порівняти з нормативним значенням. При великому падінні рекомендується провести перевірку стану проводки та замінити дроти на вироби з меншим перетином та опором.

Важливо! У мережах з напругою до 220 втрат можна визначити за допомогою звичайного вольтметра або мультиметра.

Базовим способом розрахунку втрати потужності може бути онлайн-калькулятор, який проводить розрахунки за вихідними даними (довжина, перетин, навантаження, напруга і число фаз).

Зразок калькулятора для обчислення втрат

Таким чином, обчислити та порахувати втрати напруги можна за допомогою простих формул, які для зручності вже зібрані в таблиці та онлайн-калькулятори, що дозволяють автоматично обчислювати величину за заданими параметрами.

Чи допомогла стаття? Оцініть

Як розрахувати падіння напруги за довжиною кабелю за формулою та таблицею

При відомої потужності споживачів і силі струму напруга обчислюється за формулою U = P/I, де P потужність у Ваттах, а I сила струму в Амперах.

При розрахунках ланцюгах змінного струму використовується формула іншого виду: U=(P/I)*cosφ, де cosφ — коефіцієнт потужності, залежить від характеру навантаження.

При використанні приладів з активним навантаженням (лампи розжарювання, прилади з нагрівальними спіралями та елементами) коефіцієнт наближається до одиниці. При розрахунках враховується можливість реактивного компонента під час роботи пристроїв і значення cosφ вважається рівним 0,95. При використанні пристроїв з реактивною складовою (електричні двигуни, трансформатори) вважається cosφ рівним 0,8.

Для перевірки розрахунків рекомендується порівнювати результат зі стандартною напругою, яка дорівнює 220 Вольт для однофазної мережі та 380 Вольт - для трифазної.

Через роботу та заряд

Методика розрахунку використовується у лабораторних завданнях і практично не застосовується.

Формула має аналогічний закону Ома вид: U = A/q, де A - виконана робота з переміщення заряду в Джоулях, а q - заряд, що пройшов, виміряний в Кулонах.

Розрахунок опору

Працюючи провідник створює перешкоду течії електричного струму, що називається опором. При електротехнічних розрахунках застосовується поняття питомого опору, яке вимірюється Ом*м.

Послідовне підключення

При послідовному з'єднанні вихід елемента пов'язаний з наступним входом. Загальний опір знаходиться за допомогою розрахункової формули: R = R1 + R2 + ... +Rn, де R=R1+R2+… +Rn — значення опору елементів Омах.

Паралельне підключення

Паралельним називається з'єднання, при якому обидва виведення одного елемента ланцюга з'єднані з відповідними контактами іншого. Для паралельного підключення характерна однакова напруга на елементах. Струм на кожному елементі буде пропорційний опору.

Загальний опір обчислюється за такою формулою: 1/R=1/R1+1/R2+… +1/Rn.

У реальних схемах електропроводки застосовується змішане з'єднання. Для розрахунку опору слід спростити схему, підсумувавши опори в кожному послідовному ланцюзі. Потім схему зменшують шляхом розрахунку окремих ділянок паралельного з'єднання.

Втрати напруги

Втрата напруги є витратою електричної енергії на подолання опору і нагрівання проводів.

Падіння напруги відбувається під час роботи різних електронних компонентів, наприклад, діодів. Складається воно із суми порогової напруги p-n переходу і проходить через діод струму, помноженого на опір.

При проходженні струму через резистор також спостерігається падіння напруги. Цей ефект використовується зниження напруги на окремих ділянках ланцюгів. Наприклад, для використання приладів розрахованих на низьку напругу в ланцюгах із високим значенням напруги.

Послідовне включення опору

На схемі наведено приклад послідовного включення резистора, що викликає падіння напруги на лампі з 12 до 7 Вольт. На цьому принципі побудовано регулятори інтенсивності освітлення (димери).

При експлуатації проводки з довжиною до 10 метрів втратами напруги можна знехтувати.

Втрата напруги на резисторі та способи виміру показані у відео від каналу «Радіолюбитель TV».

До чого призводить втрата напруги

Втрати напруги в кабельній системі є причиною низки негативних явищ:

• неповноцінна та некоректна робота споживачів;
• пошкодження та вихід з ладу обладнання;
• зниження потужності та крутного моменту електродвигунів (особливо помітне в момент запуску);
• нерівномірний розподіл струму між споживачами на початковій ділянці та в кінці ланцюга;
• через роботу ламп на неповному розпалюванні відбувається неповне використання потужності струму, що веде до втрат електроенергії.

Від чого залежить втрата

Втрата напруги в ланцюгах змінної та постійної напруги має залежність від сили струму та опору провідника. У разі збільшення зазначених параметрів втрати напруги зростають. Крім того, на втрату впливає конструкція кабелів. Щільність притискання та ступінь ізоляції провідників у кабелі перетворюють його на конденсатор, який формує заряд з ємнісним опором.

Втрата напруги на діодах залежить від типу матеріалу. При використанні германію значення лежить у межах 0,5-0,7 вольта, на більш дешевих кремнієвих значення збільшується і досягає 0,7-1,2 вольта. При цьому падіння не залежить від напруги в ланцюзі, а залежить від сили струму.

До основних причин втрат струму в магістралях відносять:

1. При проходженні струму відбувається нагрівання провідника та додаткове формування ємнісного опору, що є частиною реактивного.При виникненні реактивного навантаження виникає ефект неповної реалізації енергії, часткового відображення від навантаження та виникнення паразитних циркулюючих струмів.
2. При великих реактивних опорах виникають стрибки напруги та сили струму, а також додатковий розігрів проводки.
3. Індуктивна потужність, що виникає під час роботи обмоток трансформаторів.

Ще однією причиною падіння напруги на лініях є крадіжка електроенергії.

У побутових умовах втрати напруги залежать від ряду факторів:

• витрати енергії на нагрівання проводки через підвищене споживання;
• поганий контакт на з'єднаннях;
• ємнісний та індуктивний характер навантаження;
• застосування застарілих споживачів.

Причини зниження напруги викладені у відео від каналу Electronics Club.

Допустимі значення

Значення втрати напруги відноситься до регламентованих значень та нормується кількома правилами та інструкціями ПУЕ (Правила влаштування електроустановок).

Згідно з правилом СП 31-110-2003, сумарне значення втрати напруги від точки введення в будівлю до найбільш віддаленого споживача не повинно перевищувати 7,5%. Правило поширюється на електромережі з робочою напругою не вище 400 Вольт. Цей документ приймається в розрахунок під час проектування мереж та приймання та перевірки фахівцями Ростехнагляду.

Правило СП 31-110-2003 окремо обумовлює відхилення напруги у побутових мережах однофазного струму, яке не повинно перевищувати ±5% при нормальному режимі роботи мережі та ±10% у післяаварійному. При експлуатації низьковольтних мереж (до 50 Вольт) нормальним є відхилення не більше ±10%.

Для обліку втрат у кабелях мережі живлення застосовується інструкція РД 34.20.185-94, яка допускає втрати не більше 6% при напрузі 10 кВ і не більше 4-6% при напрузі 380 Вольт. При цьому менше значення відноситься до будівель з великими втратами у внутрішньобудинковій проводці (наприклад багатоповерхові житлові будинки з великою кількістю під'їздів або секцій). Більше значення приймається для будівель з малими внутрішніми втратами (малоповерхова забудова або багатоповерхівки з одним або двома під'їздами).

Для одночасного виконання вимог СП 31-110-2003 та РД 34.20.185-94 доводиться домагатися зниження втрати напруги до норми 1,5% (малоповерхові будівлі) або 2,5% (багатоповерхівки). Під час розрахунку повинні враховуватися дані про кабелі, починаючи від підстанції і закінчуючи підключенням до розподільного щита. На падіння напруги впливає перетин і матеріал жил, довжина проводки, стан ізоляції.

З початку 2013 року набув чинності новий стандарт ГОСТ Р 50571.5.52-2011, серед іншого, що регламентує та падіння напруги на мережах до 0,4 кВ. У документі зазначено, що падіння не повинно перевищувати 3% для ланцюгів освітлення та 5% для інших споживачів. У разі довжини проводки більше 100 метрів падіння напруги може коригуватися значення 0,005% на кожен метр перевищення. При цьому максимальний параметр коригування не може перевищувати 0,5%.

У документі не вказується, на яку проводку поширюються втрати — від розподільного щита до найвіддаленішого споживача або від підстанції до кінцевого світильника. При розрахунку мереж стандарт трактують як щодо падіння напруги від щита до найбільш віддаленої лампи (інакше він повністю суперечить діючим СП 31-110-2003 і РД 34.20.185-94).

На підставі описаної вище документації проектувальники намагаються досягти падіння напруги всередині будівлі не більше 3% при втраті на ділянці від підстанції до розподільчого щита не більше 4,5%. Це правило застосовується для ланцюгів з напругою 220В та 380В.

Формули

Одним із основних параметрів для розрахунку падіння є питомий опір.

Для виконання проводки від підстанції до розподільного щита і далі по будівлі застосовується мідний або алюмінієвий дріт, які мають питомі опори:

Розрахувати падіння для ланцюга постійного струму 12В можна за формулами:

• для визначення номінального струму, який проходитиме через провідник: I=P/U, де P — потужність, що передається (Ват), а U — номінальна напруга (Вольт);
• для визначення опору: R=(2*ρ*L)/s, де ρ — питомий опір провідника, s — перетин дроту (мм2), а L — довжина лінії (мм);
• втрата напруги у дроті дорівнює: ΔU=(2*I*L)/(γ*s), де L — довжина лінії (мм), γ — величина, зворотна питомому опору, а s — перетин дроту (мм2);
• за формулою s=(2*I*L)/(γ*ΔU) можна розраховувати необхідний переріз дроту за необхідним навантаженням або проводити перевірочний розрахунок втрати.

За відомим перерізом можна за формулами або таблицями визначити діаметр дроту, який потім порівнюється з реальним значенням.

Падіння напруги на довгих ділянках мереж однофазного струму можна вважати за формулами:

• I - номінальний струм, А;
• R - опір, Ом;
• U - номінальна напруга, В;
• s - площа перерізу, мм2;
• L - Довжина лінії, мм;
• Р - потужність, Вт;
• cos? - Коефіцієнт потужності;
• γ — величина, обернена до питомого опору

Як визначити втрату напруги

У мережах з напругою до 220в втрати можна визначити за допомогою вольтметра.

1. Здійснити завмер на початку ланцюга.
2. Виконати замір напруги на найвіддаленішій ділянці.
3. Вирахувати різницю та порівняти з нормативним значенням. При великому падінні рекомендується провести перевірку стану проводки та замінити дроти на вироби з меншим перетином та опором.

Другим способом є розрахунок за формулами.

Приклади розрахунків

Базовим способом розрахунку втрати потужності може бути онлайн-калькулятор, який проводить розрахунки за вихідними даними (довжина, перетин, навантаження, напруга і число фаз).

Зразок калькулятора для розрахунку втрат

Прикладом розрахунку формул для житлового будинку може бути завдання визначення падіння напруги в окремо взятому приміщенні. Максимальна розрахункова потужність складає 4 кВт при струмі 16 А, проводка виконана з алюмінієвої жили з перетином 1,5 квадрата та має довжину 40 метрів.

Падіння становитиме: U=(р*L*2)/(s*I)=0.028*40*2/1,5*16=9,33 Ст. Напруга з урахуванням втрати складе 220-9,33 = 210,67 (або 4,2%). Значення знаходиться на межі допуску, є ризик роботи споживачів з неповною потужністю (особливо у разі просадки основної напруги 220 В).

При більш детальному і точному розрахунку необхідно враховувати реактивну і активну складові опору і потужність, що передається. Прикладом складного розрахунку може бути магістральна лінія, виконана з використанням чотирижильного кабелю СІП. До магістралі підключено чотири відгалуження, до яких підключено дачні будиночки. Коефіцієнт потужності навантаження прийнято як 0,98. Основний кабель СІП2 має чотири жили по 50 мм2, кабель СІП4 для підключення будинку має дві жили по 16 мм2. Відстань вказано на схемі.

Для розрахунку необхідно:

1. Визначити погонні опори проводки СІП2 за довідником: Rпог=0,641·10-3 Ом/м. Xпог=0,0794·10-3 Ом/м.
2. З'ясувати аналогічні значення СІП4: Rпог=1,91·10-3 Ом/м. Xпог = 0,0754 · 10-3 Ом / м
3. Для трифазного ділянки розрахунок ведеться за такою формулою: ΔU=((L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100.
4. Для однофазних відгалужень: ΔU=((2*L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100, де P та Q – розрахункова активна потужність лінії (Вт), L – довжина ділянки лінії (м), Rпог (Xпог) – погонний опір дроту (Ом/м), U – номінальна фазна напруга мережі (В).

Оскільки значення Q*Xпог на порядок менше, ніж PR пог, то в розрахунках їм нехтують і спрощують формулу до виду: ΔU=((L*P*Rпог)/U2)*100 і ΔU=((2*L*P) *Rпог)/U2)*100.

Розрахункову потужність на кожній ділянці визначають за табличними значеннями із СП 31-110-2003. При розрахунках кількості споживачів на проміжних ділянках необхідно підсумовувати їх кількість на відгалуженні наприкінці ділянки та наступному.

У наведеному прикладі між вузлами 1 і 2 є 34 споживача енергії (вдома). Оскільки в таблицях дано значення тільки для 24 і 40 будинків, то для нашого випадку значення обчислюється за лінійним графіком: Р34 = Р24-((34-24)/(40-24)) * (Р24-Р40) = 0,9- ((34-24/(40-24))*(0,9-0,76)=0,81 кВт/будинок.

За отриманим значенням потужності ведеться розрахунок втрати напруги кожному ділянці.

Таблиця із частими значеннями

Існують таблиці для визначення втрати напруги (відсотків при передачі одного кіловата на один кілометр) залежно від матеріалу жили, перерізу та коефіцієнта реактивної потужності.

Нижче наведено приклад таблиці для магістрального алюмінієвого дроту трифазної лінії передач.

По таблиці видно, що з падіння коефіцієнта реактивної потужності відбувається зниження втрати.Додатково знижує втрату збільшення перерізу провідника.

Інший варіант таблиці для однофазної та трифазної мереж для електродвигунів та освітлення.

Наприклад, трифазний двигун працює при струмі 100 А і напрузі 400 В, але в момент пуску споживає до 500 А. За різних умов роботи косинус φ становитиме 0,8 або 0,35. Для живлення двигуна прокладено провід довжиною 50 метрів із перетином 35 квадратів. За нормальних умов на трифазній мережі втрати становлять один вольт на кілометр проводки (з таблиці).

У нашому випадку втрата становитиме 1в*0,05км*100а=5 вольт. У момент пуску на щиті спостерігається просідання напруги в межах 10 ст. Таким чином, сумарне падіння досягне 15 вольт, що становить 3,75%. Значення лежить у межах допуску ПУЕ і такий ланцюг застосовується до експлуатації.

Вибір кабелю

Для вибору кабелю з нагрівання та падіння напруги можна застосовувати готові онлайн-калькулятори.

Один із калькуляторів

Можливий спосіб розрахунку за формулами, але він застосовується під час проектування проводки для великих житлових будинків та промислових приміщень.

Відео

Ролик, наданий автором Сергієм Сощенком, демонструє замір падіння напруги тестовим приладом.