Формула падения напряжения на участке цепи: при нагрузке, порядок расчета и способы определения — Мир Антенн

Содержание

Расчёт потерь напряжения в кабеле

Online расчёт заземления
Online расчёт сечения кабеля по мощности и току

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 Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 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 Zп1=Zп2).

Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения

Расчёт потерь напряжения в кабеле

Постоянный ток	Переменный ток

Материал кабеля:		АлюминийМедь
Длина линии (м):
Сечение кабеля (мм²):
Мощность нагрузки (Вт):			Мощность
Сила тока (А):			Ток
Напряжение сети (В):			1 фаза
Коэффициент мощности (cosφ):			2 фазы
Температура кабеля (°C):			3 фазы

Потери напряжения (В / %):
Сопротивление провода (ом):
Реактивная мощность (ВАр):
Напряжение на нагрузке (В):

Материал кабеля:
Длина линии (м):
Сечение кабеля (мм²):			Сечение
Диаметр (мм):			Диаметр
Мощность нагрузки (Вт):			Мощность
Сила тока (А):			Ток
Сопротивление нагрузки (Ом):			Сопротивление
Напряжение сети (В):
Температура кабеля (°C):

Потери напряжения (В / %):
Сопротивление провода (ом):
Напряжение на нагрузке (В):

*Формат ввода — х. хх (разделитель — точка)

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 [email protected]

Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.

ВСЕ РАСЧЁТЫ

Расчет падения напряжения в кабеле рассчет и мероприятия

Пример HTML-страницы

Содержание

Что нам нужно знать?
Причины падения напряжения
Результат падения напряжения
Рассчитываем падение напряжения
Приведем пример.
Как уменьшить падение напряжения в электрической сети
Как уменьшить потери в кабеле

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:

Используя два вольтметра, производим замер этой величины на концах кабеля.
Измеряем напряжение последовательно на разных участках провода. При этом методе показания могут быть не объективными, т.к. возможно изменение нагрузки или условий работы сети.
Подключаем один электроприбор параллельно замеряемому кабелю. Здесь также возможны погрешности, потому что длинные соединительные провода способны влиять на искомую характеристику.

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:

медь;
алюминий.

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.

Проводящая жила под воздействием тока греется, затем создается ёмкостное реактивное сопротивление.
Преобразования в элементах цепи делают мощность электрической энергии индуктивной.
Сопротивление каждой фазы всей цепи возникает из-за резистивного сопротивления проводов.
Каждая токопроводящая жила имеет полное сопротивление при подключении кабеля на токовую нагрузку.
Если используются три фазы, то линии тока в них симметричны, нейтральная жила при этом проводит почти нулевой ток.
Полное (комплексное) сопротивление создает потери напряжения, потому что ток в цепи движется с некоторым отклонением за счет реактивного сопротивления.

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.

Сбои в работе электроустановок, неправильная работа оборудования, выход его из строя, нарушение освещения объекта.
Отключение электроприборов или сбои их корректной работы.
Понижение ускорения вращения у электрических двигателей при старте, потери энергии, отключение устройств при нагреве.
Некорректное распределение электронагрузки от начала линии до удаленного конца провода между объектами потребления.
Работа на 50 % осветительных устройств помещения.

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:

∆U = (P * r₀ + Q * x₀) * L / U_ном,

где

P — активная мощность;
Q — реактивная мощность;
r₀ — активное сопротивление;
x₀ — реактивное сопротивление;
U_ном — номинальное напряжение.

Как мы сказали выше, на практике допускаются отклонения от нормативного показателя по ПУЭ. Разрешенные пределы отклонения:

силовые линии – ±5 %;
внутреннее и наружное бытовое освещение – ±5 %;
производственное освещение (также для общественных зданий) – от +5 % до -2,5 %.

В итоге вычисления мы получим процентный показатель.

Приведем пример.

Выполним расчет наиболее удаленного модуля контроля пуска (МКП-СА) для запуска спринклерных оросителей с принудительным пуском для системы ПКТС «Олимп».

Падение напряжения рассчитаем из математической зависимости Закона Ома:

Мы видим, что величина напряжения U, напрямую зависит от силы тока I и от сопротивления R, а это значит, что чем длиннее линия и больше потребителей, тем больше «падает» напряжение.

I — Ток в режиме «Пожар» принимаем из технического руководства на оборудование — 220 мА

Количество 10 шт

Всего ток потребления 10 х 220 = 2200 мА = 2,2 А

Кабель используется КПСЭнг(А) -FRHF 1×2х1,5

R — сопротивление медного провода длиной 1 м рассчитывается по формуле:

где
R – сопротивление провода, Ом,
𝛒 – удельное сопротивление провода, Ом*мм2/м,
l – длина провода, м,
S – площадь поперечного сечения, мм2.

Падение напряжение на проводе из Закона Ома:

Откуда получаем:

Подставляем данные:

U = (0,0175 х 380/1,5) х 2,2 = 8,72 В

Значит к последнему модулю МКП-СА «придет»:

24 В -8,72 В = 15,27 В

Открываем руководство по эксплуатации на МКП-СА и видим, что минимальное напряжение в дежурном режиме, при котором обеспечивается возможность принудительного пуска за время 30 с составляет — 21 В

Значит нам нужно или увеличивать сечение жилы кабеля, или сокращать расстояние путем переноса приборов, или менять количество запускающих модулей.

Для упрощения просчета и подбора кабеля, а так же остальных параметров я составил табличку в xlsx :

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.

Установить стабилизатор около нагрузки для устойчивости сети.
Повысить значение потенциала у начала кабеля, подключившись к отдельному трансформатору.
Расположить на небольшом расстоянии от потребителя блок питания или понижающий трансформатор при подключенной нагрузке 12-36 В.

Как уменьшить потери в кабеле

Потери напряжения приводят к дополнительным затратам.

Для того чтобы понизить этот показатель, можно воспользоваться следующими методами.

увеличить сечение питающих кабелей;
уменьшить количество ломаных линий (поворотов) в проводке, тем самым уменьшив длину маршрута проводника для снижения общего сопротивления;
понизить температуру окружающей среды, т.к. при нагревании металла возрастает его сопротивление, охлаждение даст обратный эффект;
уменьшить нагрузку на сеть;
привести угол между вектором напряжения и вектором силы тока к единице.

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!

Всего Вам хорошего.

Пример HTML-страницы

Простое руководство – Как рассчитать падение напряжения на резисторах

Понимание того, как рассчитать падение напряжения, является частью фундаментальных знаний для людей, заинтересованных в создании собственных электронных схем. Нахождение падения напряжения может сбивать с толку, поскольку методы расчета могут меняться в зависимости от схемы и количества резисторов в цепи, что мы объясним в этой статье.

Прежде чем мы перейдем непосредственно к тому, как рассчитать падение напряжения на резисторах, мы рассмотрим базовые знания, полезные не только для расчета падения напряжения на резисторе, но и для разработки любой электронной схемы.

Содержание

Каково падение напряжения на резисторе?

Говорить о расчете падения напряжения на резисторе не имеет смысла, если мы не понимаем, что такое падение напряжения на резисторе. Давайте возьмем следующие схемы на изображении ниже, чтобы внести больше ясности.

Падение напряжения на резисторе

На изображении выше вы видите две цепи. Первая схема только с одним резистором, а вторая схема с двумя резисторами. Говоря о падении напряжения на резисторе, мы имеем в виду напряжение на резисторе или напряжение после прохождения тока через резистор .

Понимание закона Ома

Если вы еще не слышали о законе Ома, мы сделаем короткую остановку, чтобы понять его.

Закон Ома — это формула, которую обычно преподают студентам, изучающим электронику, и она помогает рассчитать взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением цепи . Закон Ома лучше всего описывается с помощью пирамиды, отображающей взаимосвязь между этими тремя величинами.

Формула закона Ома

Закон Ома утверждает, что если в цепи есть два известных значения, таких как ток и сопротивление, мы можем найти третье значение, изменив положение значений в пирамиде и выполнив простой расчет.

Формулы для расчета напряжения, тока и сопротивления с использованием закона Ома

Таким образом, мы можем получить следующие формулы:

Сопротивление равно напряжению, деленному на ток
Напряжение равно произведению тока на значение сопротивления
Ток равно напряжению, деленному на значение сопротивления

Расчет падения напряжения на резисторах на основе типа цепи

Последовательная цепь

Что такое последовательная цепь?

Последовательная цепь — это цепь, в которой ток протекает только в одном направлении через каждый компонент. В следующем примере обратите внимание на то, что есть один путь и как ток должен течь через два сопротивления, R1 и R2.

Пример последовательной цепи

Последовательные цепи имеют один принцип, который необходимо учитывать при расчете падения напряжения на резисторах: ток одинаков во всех компонентах цепи. Если мы применим эту концепцию к предыдущей цепи, это означает, что ток будет одинаковым после сопротивления R1 и сопротивления R2.

Как рассчитать ток в последовательной цепи?

К сожалению, в нашем предыдущем примере мы не знаем ток, протекающий по всей цепи.

Вы помните формулу закона Ома, которую мы рассмотрели ранее?

Правильно переставив элементы из пирамиды закона Ома, мы можем рассчитать ток, используя напряжение последовательной цепи, деленное на сопротивление.

Ток = Напряжение / Сопротивление
Формула для расчета тока по закону Ома

Мы знаем, что напряжение (V1) цепи равно 9 В. Однако мы не знаем полного сопротивления цепи, хотя знаем все значения сопротивления всех резисторов цепи.

Как определить значение полного сопротивления последовательной цепи?

Это приводит нас к другому принципу последовательной цепи: Общее сопротивление цепи равно сумме всех отдельных сопротивлений .

Общее сопротивление = R1 + R2 + Rn
Формула для расчета общего сопротивления в последовательной цепи

Это означает, что мы можем выполнить простой математический расчет, чтобы получить общее сопротивление цепи:

Сопротивление = 220 Ом + 220 Ом

Сопротивление = 440 Ом

Зная сопротивление и напряжение цепи, мы можем теперь рассчитать ток, используя закон Ома:

Ток = 9 В / 40003 Ом 0,2 А

Как рассчитать падение напряжения?

В этот момент вы можете задаться вопросом, почему мы вычисляем ток цепи, когда нам нужно рассчитать падение напряжения на резисторах цепи.

Чтобы рассчитать падение напряжения на резисторе в последовательной цепи, мы будем использовать закон Ома, который гласит, что напряжение равно произведению тока на значение сопротивления.

Напряжение = Ток x Сопротивление
Формула для расчета напряжения по закону Ома

Мы рассмотрим несколько примеров для расчета падения напряжения. Однако, прежде чем проверять некоторые примеры, есть еще один принцип, который служит руководством для определения правильности расчетов: общее напряжение последовательной цепи равно сумме всех отдельных напряжений .

Общее напряжение = V1+ V2 + Vn
Формула для расчета полного напряжения в последовательной цепи

Пример 1

объяснить, что такое последовательная схема и связанные с ней принципы.

Пример №1: Расчет падения напряжения на каждом резисторе в последовательной цепи
При следующих значениях:
Общее напряжение = 9 В
Сопротивление R1 = 220 Ом
Сопротивление R2 = 220 Ом
Ток = 0,02 А
Найдите падение напряжения на резисторе R1 и резисторе R2.
Решение
Напряжение на резисторе R1 = 0,02 А x 220 Ом
Напряжение на резисторе R1 = 4,5 В такое же, как падение напряжения, рассчитанное для резистора R1.
Напряжение на резисторе R2 = 0,02 А x 220 Ом
Напряжение на резисторе R2 = 4,5 В
напряжения цепи должны быть равны напряжению последовательной цепи.
Общее напряжение = Напряжение R1 + Напряжение R2
Общее напряжение = 9 В = 4,5 В + 4,5 В
Пример 2
Давайте рассмотрим более простой пример последовательной цепи.
При следующих значениях:
Напряжение = 12 В
Сопротивление R1 = 330 Ом
Пример 2. Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе в последовательной цепи
Найдите падение напряжения на резисторе R1 и ток, протекающий через него. резистор R1.
Решение
В этом случае нам не нужно вычислять падение напряжения на резисторе R1, так как напряжение уже указано в упражнении. Используя принцип суммирования всех отдельных напряжений цепи, которые должны быть равны напряжению последовательной цепи, мы можем сделать вывод, что напряжение резистора R1 составляет 12 В.
Общее напряжение = напряжение R1
12 В = 12 В
Чтобы рассчитать ток, протекающий через резистор R1, мы найдем ток всей цепи.
Помните первый принцип, который мы рассмотрели в последовательной схеме?
Ток одинаков во всех компонентах цепи. Следовательно, мы собираемся использовать формулу закона Ома, поскольку у нас уже есть напряжение на резисторе R1 и значение его сопротивления.
Ток = 12 В / 330 Ом
Ток = 0,036 А
Пример 3
Давайте рассмотрим пример с большим количеством резисторов в цепи.
При следующих значениях:
Напряжение = 5 В
Сопротивление R1 = 33 Ом
Сопротивление R2 = 100 Ом
Сопротивление R3 = 4,7 кОм
Сопротивление R4 = 220 Ом в последовательной цепи
Найдите падение напряжения на резисторах R1, R2, R3 и R4 и ток, протекающий по всей цепи.
Решение
Чтобы рассчитать ток в цепи, мы будем использовать формулу закона Ома, так как нам нужно получить значение полного сопротивления цепи.
Общее сопротивление = R1 + R2 + R3 + R4
Общее сопротивление = 33 Ом + 100 Ом + 4,7 кОм + 220 Ом
Общее сопротивление = 5053 Ом общее сопротивление.
Общий ток = Общее напряжение / Общее сопротивление
Общий ток = 5 В / 5053 Ом
Общий ток = 0,00098 А
Теперь, когда у нас есть общий ток цепи, это означает, что у нас есть ток, который протекает через все резисторы.
Резистор тока R1 = 0,00098 А
Резистор тока R2 = 0,00098 А
Резистор тока R3 = 0,00098 А
Резистор тока R4 = 0,00098 А
у нас есть значение сопротивления, а также текущее значение.
Напряжение для резистора R1 = 0,00098a x 33 Ом = 0,032 В
Напряжение для резистора R2 = 0,00098a x 100 000 = 0,098 В
Напряжение для резистора R3 = 0,00098a x 4. 7Kω = 4.6В = 4.6.
Напряжение для резистора R4 = 0,00098 А x 220 Ом = 0,21 В
В случае, если нам нужно проверить падение напряжения на каждом резисторе, мы можем взять в качестве эталона принцип суммирования всех отдельных напряжений цепи должен быть равен к напряжению последовательной цепи.
Общее напряжение = Напряжение R1 + Напряжение R2 + Напряжение R3 + Напряжение R4
Общее напряжение = 5 В ≈ 0,032 В + 0,098 В + 4,6 В + 0,21
Параллельная цепь
Что такое параллельная цепь?
Параллельная цепь — это цепь, в которой электричество может проходить по нескольким различным путям. Распространенная аналогия, используемая для обозначения параллельного контура, — это река, которая делится на несколько разных потоков.
Пример параллельной цепи
Параллельные цепи отличаются от последовательных, поскольку значение тока может быть разным на каждом пути, по которому он проходит.
Как рассчитать падение напряжения?
Если вы посмотрите на предыдущую схему параллельных цепей, у нас есть два разных пути, по которым течет ток. Технически это означает наличие двух последовательных цепей на случай, если каждый резистор (R1 и R2) не будет подключен к цепи с одинаковым напряжением.
Параллельная цепь, разделенная на несколько последовательных цепей
Если вы помните все принципы последовательной цепи, то можно сказать, что общее напряжение последовательной цепи равно сумме всех отдельных напряжений.
Зная это, мы можем определить падение напряжения без каких-либо вычислений для резисторов R1 и R2, так как мы знаем общее напряжение цепи.
Резистор напряжения R1 = 9 В
Резистор напряжения R2 = 9 В
В этом случае напряжение одинаково в обоих цепях параллельной цепи. Однако ток может быть разным на каждом пути.
Резистор тока R1 = Резистор напряжения R1 / Сопротивление R1
Резистор тока R1 = 9 В / 330 Ом = 0,027 А
Резистор тока R2 = Резистор напряжения R2 / Сопротивление R2
Резистор тока R2 = 9 В / 100 Ом = 0,09 А
Давайте рассмотрим несколько примеров для расчета падения напряжения в различных параллельных цепях.
Пример 1
Дана следующая схема.
Пример №1: Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе в последовательной цепи
Рассчитайте падение напряжения на резисторах R1, R2 и R3.
Раствор
Все пути в параллельной цепи имеют только один последовательный резистор. Это легче визуализировать, если мы разделим параллельную цепь на несколько последовательных цепей, у нас будут следующие схемы.
Параллельная цепь, разделенная на несколько последовательных цепей
Это означает, что напряжение на каждом резисторе равно общему напряжению цепи.
Резистор напряжения R1 = 12 В
Резистор напряжения R2 = 12 В
Резистор напряжения R3 = 12 В
Пример 2
Давайте рассмотрим более сложный пример. Дана следующая схема.
Пример #2: Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе в последовательной цепи
Рассчитайте падение напряжения на резисторах R1, R2 и R3.
Решение
Чтобы упростить задачу, я рекомендую разделить параллельную цепь на несколько последовательных цепей. Параллельная цепь, разделенная на несколько последовательных цепей
общее напряжение цепи.
Напряжение резистора R3 = 9 В
Это немного отличается в случае другой последовательной цепи. Сначала нам нужно рассчитать общий ток, протекающий по этой цепи, чтобы мы могли применить формулу закона Ома для расчета напряжения на резисторах R1 и Р2.
Помните, что ток одинаков во всех компонентах последовательной цепи. Следовательно, мы просуммируем все резисторы в цепи и рассчитаем напряжение.
Суммарный ток в последовательной цепи = 9V / (150 Ом + 330 Ом) = 0,01875A
Общий ток в последовательной цепи = текущий резистор R1 = текущий резистор R2
Текущий резистор R1 = 0,01875A
. Текущий резистор R2 = 0,01875A
, что резистор R2 = 0,01875A
, что резистор R2 = 0,01875A
. у нас есть ток, протекающий на каждом резисторе (R1 и R2), мы можем рассчитать падение напряжения на резисторах.
Напряжение для резистора R1 = 0,01875 А x 150 Ом = 2,8125 В
Напряжение для резистора R2 = 0,01875 А x 330 Ом = 6,1875 В
Зачем нужно снижать напряжение в цепи?
Лучший способ понять, почему нам нужно понизить напряжение в цепи, — это рассмотреть пример. Если у вас есть светодиодная лампочка и батарея 9 В, вы бы подключили светодиодную лампу напрямую к батарее?
Это зависит.
Нам нужно посмотреть допустимый диапазон напряжения, в котором светодиод должен включать свет. Как правило, светодиодные лампы имеют диапазон напряжения от 1,8 В до 3,4 В в зависимости от цвета светодиода.
Теперь, если мы знаем, что диапазон напряжения для нашей светодиодной лампы находится в диапазоне от 3 В до 3,2 В, и мы подключаем светодиод напрямую к аккумулятору, это убьет светодиод.
Следовательно, нам нужно рассчитать, какое сопротивление мы можем использовать, чтобы понизить напряжение до 9-вольтовой батареи. Выполнив расчет, мы находим подходящий резистор, используя цветовой код резистора, чтобы определить правильный. Наконец, мы используем резистор в цепи последовательно со светодиодом, чтобы не допустить отключения лампочки после подключения батареи.
Заключение
Поначалу расчет падения напряжения на резисторах может сбить с толку. Советы, которые упростят этот расчет:
Поймите закон Ома и его различные варианты формулы для определения сопротивления, напряжения и тока в цепи и ее компонентах.
Определение того, какая у нас схема, будь то последовательная или параллельная схема
Понимание принципов последовательной и параллельной схем
Преобразование параллельной цепи в несколько последовательных цепей.
Не позволяйте падению напряжения вывести из строя вашу систему
Благодарим вас за посещение одной из наших самых популярных классических статей.
Если вы хотите ознакомиться с обновленной информацией по этой теме, ознакомьтесь с недавно опубликованной статьей «Низковольтные двигатели , падение напряжения и NEC ».
Вопреки распространенному мнению, NEC обычно не требует, чтобы размер проводников соответствовал падению напряжения. Это просто предлагает в примечаниях мелким шрифтом к 210.19(A), 215.2(A)(4), 230.31(C) и 310.15(A)(1), которые вы настраиваете на падение напряжения при выборе размеров проводников. Важно помнить, что примечания мелким шрифтом — это рекомендации, а не требования [90.5(C)].
NEC рекомендует, чтобы максимальное комбинированное падение напряжения для фидера и ответвления не превышало 5 %, а максимальное значение для фидера или ответвления не должно превышать 3 % (
Рис. 1 ). Эта рекомендация касается производительности, а не безопасности.
Если NEC не требует определения падения напряжения, зачем вообще об этом думать? Примите во внимание следующие причины:
Эффективность системы — Если цепь выдерживает большую нагрузку, проводник большего размера окупит себя во много раз только за счет экономии энергии.
Производительность системы — Осветительные нагрузки работают лучше всего, когда падение напряжения минимально. Вы получаете свет более мощной системы, просто используя провода большего диаметра.
Поиск и устранение неисправностей — Если вы будете следовать рекомендациям NEC по падению напряжения, вам не придется гадать, указывают ли ваши полевые измерения на проблему или напряжение низкое из-за того, что в конструкции не учтено падение напряжения.

Защита нагрузки — Пониженное напряжение для индуктивных нагрузок может привести к перегреву, снижению эффективности и сокращению срока службы оборудования. Когда сопротивление проводника приводит к падению напряжения ниже допустимого значения, увеличьте размер проводника.

Что такое падение напряжения?
Падение напряжения в цепи прямо пропорционально сопротивлению проводника и величине тока. Если вы увеличиваете длину проводника, вы увеличиваете его сопротивление и, следовательно, увеличиваете падение напряжения. Если вы увеличиваете ток, вы увеличиваете падение напряжения на проводнике. Таким образом, длительные пробеги часто приводят к падению напряжения, превышающему рекомендации NEC.
Чтобы проверить свои знания, пройдите следующий тест. Каково минимальное рекомендуемое NEC рабочее напряжение для нагрузки 115 В, подключенной к источнику 120 В ( Рис. 2 )?

(a) 120 В
(b) 115 В
(c) 114 В
(d) 116 В
Максимальное рекомендуемое падение напряжения на проводнике как для фидера, так и для ответвленной цепи составляет 5 % от источника напряжения (120 В). Суммарное падение напряжения на проводниках (фидер и ответвление) не должно превышать 120В×0,05=6В. Рассчитайте рабочее напряжение на нагрузке, вычитая падение напряжения на проводнике из напряжения источника: 120В — 6В = 114В. Следовательно, правильный ответ (с), 114 В.
Выполнение расчетов
Вы можете определить падение напряжения на проводнике, используя метод закона Ома или метод формул, но вы можете использовать метод закона Ома (I × R) только для однофазных систем. Независимо от того, какой метод вы используете, обратите внимание на следующее:
Для проводников 1/0 AWG и меньше разница в сопротивлении между цепями постоянного и переменного тока настолько мала, что ею можно пренебречь. Кроме того, вы можете не обращать внимания на небольшую разницу в сопротивлении между многожильными и одножильными проводами.

VD = Падение напряжения
I = нагрузка в амперах при 100 %, а не 125 %, для двигателей или длительных нагрузок
R = сопротивление проводника, глава 9, таблица 8 для постоянного тока или глава 9, таблица 9 для переменного тока
Проведем примерный расчет по закону Ома. Каково падение напряжения двух проводников THHN 12 AWG, питающих нагрузку 16 А, 120 В, расположенную на расстоянии 100 футов от источника питания?
(a) 3,2 В
(b) 6,4 В
(c) 9,6 В
(d) 12,8 В
Математика проста:
I = 16A
R = 2 Ом на 1000 футов, согласно главе 9, таблица 9: (2 Ом ÷ 1000 футов) × 200 футов = 0,4 Ом
VD = I × R
VD = 16A × 0,4 Ом = 6,4 V
Следовательно, правильный ответ (б), 6,4 В.
Этот метод немного сложнее, чем метод закона Ома, но его большое преимущество заключается в том, что вы можете использовать его для однофазных или трехфазных систем. Вот некоторые дополнительные пункты, на которые следует обратить внимание:

Однофазный VD = (2 × K × I × D) ÷ CM.
3-фазный VD = (1,732 × K × I × D) ÷ CM.
K = постоянная постоянного тока. K представляет собой сопротивление постоянному току для проводника диаметром 1000 мил и длиной 1000 футов при рабочей температуре 75°C. K составляет 12,9 Ом для меди и 21,2 Ом для алюминия.
Q = поправочный коэффициент переменного тока. Для цепей переменного тока с проводниками 2/0 AWG и больше необходимо отрегулировать постоянную сопротивления постоянному току K с учетом эффектов самоиндукции (вихревых токов). Рассчитайте поправочный коэффициент «Q», разделив сопротивление переменного тока в омах относительно нейтрали, указанное в главе 9., Таблица 9 по сопротивлению постоянному току, указанному в Главе 9, Таблица 8.
I = нагрузка в амперах при 100 % (не при 125 % для двигателей или длительных нагрузок)
D = Расстояние между нагрузкой и источником питания. При расчете расстояния до проводника используйте это расстояние плюс любое расстояние вверх или вниз. Достаточно хорошее приближение. Например, нагрузка находится на расстоянии 140 футов от источника, но цепь поднимается на 10 футов к потолку, а затем опускается на 10 футов от потолка к нагрузке. Общее расстояние составит 160 футов.
CM = круговые милы проводника цепи, как указано в NEC, глава 9, таблица 8
.
Рассмотрим пример с тремя фазами. 3-фазная 36-киловатная нагрузка с номинальным напряжением 208 В подключена к щиту с 80-футовым алюминиевым проводом 1 AWG THHN. Каково приблизительное падение напряжения на проводниках фидерной цепи?
(a) 3,5 В
(b) 7 В
(c) 3 %
(d) 5 %
Применение трехфазной формулы, где:
K = 21,2 Ом, алюминий
I= [36 000 ВА ÷ (208 В) × 1,732)] = 100 А
D = 80 футов
CM = 83 690 (получено из главы 9, таблицы 8)
VD = (1,732 × 21,2 × 100 A × 80 футов) ÷ 83 690 CM = 3,51 В
Следовательно, правильный ответ: (a), 3,5 В.
Не забудьте убедиться, что вы не превысили рекомендованное требование Кодекса о падении напряжения на 3% в конце ответвленной цепи или фидера.
%VD = (3,51 В ÷ 208 В) × 100 = 1,69%
Алгебраические вариации
Используя базовую алгебру, вы можете применить ту же базовую формулу, чтобы найти одну из других переменных, если вы уже знаете падение напряжения. Например, предположим, что вы хотите знать, какой размер проводника вам нужен, чтобы уменьшить падение напряжения до желаемого уровня. Просто переставьте формулу. Для 3-х фаз это будет выглядеть так:
CM (3 фазы) = (1,732 × K × I × D) ÷ VD
Помните, что для однофазных расчетов вы должны использовать 2 вместо 1,732.
Предположим, у вас есть 3-фазная сеть мощностью 15 кВА с номинальным напряжением 480 В и проводом длиной 390 футов. Какой размер проводника предотвратит падение напряжения более чем на 3 % ( рис. 3 )?

K = 12,9 Ом, медь
I = [15 000 ВА ÷ (480 В × 1,732)] = 18 А
D = 390 футов
VD = 480 В × 0,03 = 14,4 В футов) ÷ 14,4 В = 10,892 см (8 AWG, глава 9, таблица 8)
Вы также можете изменить формулу для решения такой задачи: Какова максимальная длина 6 AWG THHN, которую вы можете использовать для подключения 480 В, 3 фазы, 37,5 трансформатор кВА к щиту, чтобы падение напряжения не превышало 3% ( Рис. 4 )?

D (3 фазы) = (CM × VD) ÷ (1,732 × K × I)
CM = 26 240 (6 AWG, глава 9, таблица 8)
VD = 480 В × 0,03 = 14,4 В
K = 12,9 Ом, медь
I = [37 500 ВА ÷ (480 В × 1,732)] = 45 А
D = (26 240 см × 14,4 В) ÷ (1,732 × 12,9 Ом × 45 А) = 376 футов
Иногда единственным способом ограничить падение напряжения является ограничение нагрузки. Опять же, вы можете изменить основную формулу алгебраически: I = (CM × VD) ÷ (1,732 × K × D). Предположим, что установка содержит проводники THHN 1 AWG длиной 300 футов в алюминиевом желобе, питаемые от трехфазного источника питания 460/230 В. Какую максимальную нагрузку могут нести проводники без превышения рекомендаций NEC по падению напряжения ( Рис. 5 )? Выполним необходимый расчет:
I = (CM × VD) ÷ (1,732 × K × D)
CM = 83 690 (1 AWG, глава 9, таблица 8)
VD = 460 В × 0,03 = 13,8 В
K = 12,9 Ом, медь
D = 300 футов
I = (83 690 см × 13,8 В) ÷ (1,732 × 12,9 Ом × 300 футов) = 172 А
Примечание: Максимальная допустимая нагрузка на 1 AWG 5° THHN C равно 130A [110.