Потери напряжения в проводах
При передаче электрической энергии по коротким проводам сопротивлением их можно пренебречь. При большой длине их (L>10 М) сопротивлениемпроводов пренебрегать нельзя, так как электрический ток вызовет в них заметное падение напряжение.
Разность напряжений в начале и в конце линии равна
падению напряжению в проводах и называется
потерей напряжения ΔU.
При неизменном напряжении в начале линии
напряжение в конце линии, т. е. на приёмнике,
Чтобы линия была экономичной, необходимо выбирать сечение проводов S в зависимости от:
I – тока — определяется потребителем (приемником энергии);
ρ — удельного сопротивления материала жилы: медь или алюминий;
l – длины линии, определяется удалённостью потребителя от источника тока.
Взаимосвязь параметров определяется формулой:
При заданной допустимой потери напряжения определяют необходимо сечение проводов линии
Найденное по формуле сечение, округляют до ближайшего большего стандартного. Это сечение должно быть проверено на допустимое нагревание проводов.
При передаче электроэнергии нужно выбрать так сечение проводов линии передачи, чтобы обеспечить нормальное рабочее напряжение Uном (номинальное напряжение) на зажимах приемников электроэнергии. В особенности это важно для осветительных установок, так как при повышении напряжения только на 5% по отношению к номинальному, длительность горения нормальной лампы уменьшается на 50%; при понижении напряжения на те же 5% световой поток этой лампы уменьшается на 18%.
Согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок):
– на зажимах приборов рабочего освещения производственных помещений и общественных зданий, а так же в прожекторных установках наружного освещения допускается отклонения напряжения (потеря напряжения):
§12.4. Падение и потеря напряжения в линиях электроснабжения
В проводах возникает падение напряжения , пропорциональное току и сопротивлению линии . Напряжение на зажимах потребителя U меньше напряжения на зажимах источника U 1 . Разность D U = U 1 — U называют потерей напряжения .
Потерю напряжения часто выражают в процентах от номинального значения напряжения потребителя : D U U × 100
При заданном напряжении источника от потери напряжения зависит напряжение на зажимах потребителя , поэтому значение потери напряжения строго регламентируется . В линиях , по которым осуществляется питание силовой ( электродвигатели , гальванические ванны и др .) нагрузки , допускается потеря напряжения , не превышающая 6% от номинального напряжения потребителя . В осветительных сетях допускается потеря напряжения не более 2,5%. В
зависимости от конкретных условий могут быть установлены и другие предельные значения потери напряжения .
Несоблюдение норм потери напряжения приводит к нарушению работы потребителей , уменьшению пусковых и вращающих моментов двигателей , изменению светового потока осветительных установок . Например , при уменьшении напряжения на 10% световой поток ламп накаливания уменьшается на 1 / 3 . Незначительное превышение напряжения относительно номинального приводит к резкому сокращению срока службы ламп накаливания .
Нетрудно видеть , что в цепях постоянного тока понятия падения и потери напряжения совпадают : U = IR пр , где I — ток в линии ; R пр — сопротивление провода линии .
Несколько сложнее выглядят эти зависимости в цепях переменного тока .
Рассмотрим векторную диаграмму токов и напряжений , изображенную на рис . 12.4. Проходящий по линии ток нагрузки I сдвинут по фазе относительно напряжения U на угол ϕ , определяемый коэффициентом мощности нагрузки . Падение напряжения на активном сопротивлении линии IR совпадает по фазе с током I , а падение напряжения на реактивном сопротивлении линии I х опережает по фазе ток I на 90° ( считаем , что емкостное сопротивление линии меньше ее индуктивного сопротивления ). В этом случае падением напряжения считают
векторную разность напряжений в начале и конце линии : U = U 1 − U = I Z , где Z — комплекс полного сопротивления линии .
Рис . 12.4. Связь векторов напряжений на входе и
Рис . 12.5. Приближенное выражение потери напряжения
Для потребителя важно значение напряжения , поэтому целесообразно ввести понятие потери напряжения U как разности действующих значений напряжений U 1 и U .
Потерю напряжения U можно выразить через модуль
вектора U . В практических
расчетах принимают потерю напряжения ( отрезок ас на рис .
12.5) равной проекции вектора
падения напряжения U = I Z на вектор U ( отрезок ab ).
Рис . 12.6. Вид векторной диаграммы , если пренебречь реакт
При расчете сетей напряжением до 1000 В считают , что реактивное сопротивление линии мало по сравнению с ее активным сопротивлением и им можно пренебречь . Векторная диаграмма токов и напряжений для этого случая представлена на рис . 12.6. Полагая ab ≈ ac , находим U ≈ ab=IR cos ϕ , где U — потеря напряжения в линии ; I — ток нагрузки , проходящий в проводах линии ; R = R пр — активное сопротивление проводов линии ; cos ϕ — коэффициент мощности
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.
Падение напряжения в проводах — откуда оно берётся и как его посчитать
Электрическая энергия, при передаче по проводам на расстояние от источника к потребителю, всегда по пути расходуется. Будь то передача энергии от электростанции до подстанции, или от электрораспределительного щитка в нашем подъезде — до розетки и до потребителя (до того или иного электрического прибора, подключенного к розетке).
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.
Если сечение провода 1,5 кв. мм, то сопротивление двух жил метра такого провода составляет 0,024 Ом, а значит при токе в 9 ампер на нем постоянно, пока водонагреватель работает, в форме тепла рассеивается мощность примерно 2 Вт! А если взять электрический чайник с его метром двухжильного провода, а утюг, а масляный обогреватель… Да еще и попробовать подключить их к розетке через обычный дешевый удлинитель «для телевизора». Провод ощутимо разогреется, а это — явные потери.
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.
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Электричество в доме