Падение напряжения по длине кабеля: Потери напряжения в кабеле, как их рассчитать

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Пример определения потери напряжения в линии 10 кВ

В данной статье я буду рассматривать 2 примера определения потери напряжения в воздушной линии 10 кВ, когда нагрузка подключена в конце линии и с несколькими нагрузками вдоль линии.

Пример 1 – Определение потери напряжения, когда нагрузка подключена в конце линии

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cosϕ = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

где:

• γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
• s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

где:

• ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].
  

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25 [Л1.с.420]:

где:

• Дср. – среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;
• d = 6,40 мм – диаметр провода, для марки провода А-25. Значение диаметра провода можно определить по ГОСТ 839-80  – «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 – 4. В данном расчете я привожу значение диаметра провода, только для провода марки А, для остальных марок проводов значения диаметров проводов вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТе;
• µ — относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 10³ и даже больше.

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ, зная cosϕ:

4. Определяем потерю напряжения в линии [Л1.с.422]:

Пример 2 – Определение потери напряжения с несколькими нагрузками вдоль линии

Определить потерю напряжения в трехфазной сети 10 кВ, изображенной на рис.1. Сеть выполнена воздушной линией с алюминиевыми проводами марки А-35 сечением 35 мм2 на участке А-Б и проводами марки А-25 сечением 25 мм2 на участке Б-В. Расстояние между фазами равно 600 мм. Соответствующая нагрузка, коэффициент мощности cosϕ в ответвлениях, а также длины участков сети указаны на схеме.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-35 на участке А-Б:

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-35 [Л1.с.420]:

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 35 + 600 = 1235 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ1, зная cosϕ1:

4. Значения активного и индуктивного сопротивления для марки провода А-25 берем из примера 1: r₀₂ = 1,26 Ом/км; х₀₂ = 0,256 Ом/км; tgϕ₂ = 0,75.

5. Определяем суммарную потерю напряжения в линии 10 кВ [Л1.с.422] :

где:

• Uном. – номинальное напряжение, В;
• r₀₁, x₀₁, r₀₂, x₀₂ – активные и индуктивные сопротивления трехфазных линий, Ом/км;
• Р1,Р2 – мощности в ответвлениях, кВт;
• L₁,L₂ – длины от начала линии до соответствующего ответвления, км;
• tgϕ₁, tgϕ₂ – коэффициент мощности;
  

Литература:

1. Основы проектирования систем электроснабжения. Маньков В.Д. 2010 г.
2. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Падение напряжения в кабелях: ammo1 — LiveJournal

Я решил провести эксперимент и замерить падение напряжения в различных кабелях различной длины под разной нагрузкой, чтобы понять для себя, что делать можно, а чего нельзя.

Конечно, всё это можно рассчитать теоретически, но задача со многими неизвестными: реальные сечения кабелей оказываются ниже заявленных, кое-где вместо сечений указывают диаметр (например, у кабеля КСПВ), потребляемый ток не всегда такой, как по паспорту и он меняется от напряжения. Так что я решил, что лучше получить реальные данные в ходе эксперимента.

Использовались три нагрузки — автомобильная лампа 12В 21W (номинальный ток 1.75A), электромагнитный замок ML-295A (номинальный ток 0.5А), видеокамера KT&C KPC-S190 (номинальный ток 0.08А).

На входе — ровно 12 вольт. Значения на нагрузке в таблице.

Как видно из таблицы даже на самом толстом кабеле 2×1.5мм при большой нагрузке на 75 метрах падает целых 5 вольт, поэтому я провёл второй тест с входным напряжением 14 вольт (как раз столько на выходе у популярного источника бесперебойного питания ББП-20М).

Из своего небольшого эксперимента я сделал следующие выводы:

1. Питание к одной камере можно подводить даже очень тонким проводом. На 10 метрах КСПВ 2×0.4 или одной паре компьютерного провода UTP падает всего 0.1 вольта. На 85 метрах падает 1 вольт, что тоже вполне допустимо.

2. Питание к замку также можно подводить довольно тонким проводом: на 10 метрах одной пары из кабеля UTP падает всего 0.7 вольта, а если использовать все четыре пары на 85 метрах падает 1.6 вольта, значит при длине кабеля 40-50 метров падение напряжения составит не больше 1 вольта.

3. При большой нагрузке даже на очень толстом проводе падение напряжения большое. Даже на 7-метровом проводе 2×1.5 при токе 1.75А падает 0.5 вольта. Поэтому, если нужно добиться большой удалённости потребителей от блока питания, имеет смысл протягивать несколько кабелей, давая нагрузку на каждый кабель не больше 0.5А. При этом блок питания использовать 14-вольтовый, тогда на точке подключения нагрузок (например там, где соединяется питание десятка видеокамер) напряжение будет как раз около 12 вольт.

4. Компьютерная витая пара (разумеется медная, а не омеднённая) — отличный кабель низковольтного питания. Если объединить все четыре пары получится эквивалент кабеля 2×1.5.

Теория электрических цепей от Victron

Рассмотрим пример:

Если у нас есть 12-ти вольтовая батарея, которая подключена к 2400 ваттной нагрузке. Какой ток течет по проводам?

По закону Ома: P=IU; I=P/U; I=2400/12=200 (A)

Большим преимуществом использования мощности в расчетах или измерениях является то, что мощность не зависит от напряжения. Это полезно в системах с несколькими напряжениями. Примером этого может быть система с аккумулятором, сетевым питанием и, возможно, солнечной панелью.

Мощность остается одинаковой для разных напряжений. Например, если вы используете нагрузку переменного тока 2400 Вт через инвертор от батареи 12 В, это также потребует 2400 Вт от батареи (пренебрегая потерями на инверторе).

2.3 Проводимость и сопротивление

Некоторые материалы проводят электричество лучше, чем другие материалы. Материалы с низким сопротивлением хорошо проводят электричество, а материалы с высоким сопротивлением плохо или совсем не проводят электричество.

Металлы имеют низкое сопротивление и хорошо проводят электричество. Эти материалы называются проводниками. По этой причине они используются в электрических кабелях.

Пластик или керамика имеют очень высокое сопротивление, они вообще не проводят электричество. Они называются изоляторами. Вот почему непроводящие материалы, такие как пластик или резина, используются снаружи кабелей. При прикосновении к кабелю вы не получите поражения электрическим током, поскольку электричество не может распространяться через этот материал. Изоляторы также используются для предотвращения короткого замыкания, когда два кабеля касаются друг друга.

Каждый материал имеет свое удельное сопротивление. Измеряется в Ω.m обозначается символом ρ (rho).

В таблице справа перечислены различные проводящие материалы, их электропроводность и удельное сопротивление

Как видно из этой таблицы, медь хорошо проводит электричество и имеет низкое сопротивление. Это является причиной, почему электрический кабель сделан из меди. Но, например, титан плохо проводит электричество и поэтому имеет более высокое удельное сопротивление. Титан не очень подходит в качестве электрического проводника. 

Есть еще два фактора, которые определяют сопротивление кабеля. Это длина и толщина проводника (кабеля):

— Тонкий кабель имеет более высокое сопротивление, чем толстый кабель такой же длины.

— Длинный кабель имеет более высокое сопротивление, чем короткий кабель такой же толщины.

Сопротивление длины кабеля можно рассчитать.

Resistance = Rho x Length/Area

R = ρ x L /A

Как видите, есть 3 фактора, которые определяют сопротивление кабеля. А именно:

• Электрическое сопротивление используемого материала.

• Длина кабеля (чем длиннее кабель, тем больше сопротивление).

• Диаметр кабеля (чем тоньше кабель, тем больше сопротивление).

Важно знать сопротивление кабеля. Когда ток проходит через кабель, сопротивление кабеля отвечает за эти два эффекта.

• По длине кабеля будет падение напряжения (потеря).

• Кабели нагреваются.

Если ток увеличивается, эти эффекты будут хуже. Повышенный ток увеличит падение напряжения, и кабель будет больше нагреваться.

Рассчитаем сопротивление кабеля:

Вопрос:

Какое сопротивление кабеля длиной 1,5 метра, 16 мм²?

Дано:

 ρ_меди = 1,7 * 10^—8Ω.m 

L = 1.5м

А = 16 мм² = 16*10^-6 м²

Ответ:

R = ρ x L /A;

R = 1,7 * 10^—8 * 1.5 /(16*10^-6 ) = 0.159*10^-2 (Ω) = 1,6*10^-3  (Ω) = 1,6 (m Ω)

Влияние длины кабеля:

Давайте использовать предыдущий пример и теперь посчитаем для кабеля длиной 5 м

R = ρ x L /A;

R = 1,7 * 10^—8 * 5 /(16*10^-6 ) = 0.53*10^-2 (Ω) = 5,3*10^-3  (Ω) = 5,3 (m Ω)

В результате сопротивление будет равно 5,3 мОм. Если вы сделаете кабель длиннее, сопротивление увеличится.

Влияние толщины кабеля:

Давайте возьмем исходный пример и теперь посчитаем для кабеля сечением 2,5 мм².

R = ρ x L /A;

R = 1,7 * 10^—8 * 1.5 /(2,5*10^-6 ) = 1,02*10^-2 (Ω) = 10,2*10^-3  (Ω) = 10,2 (m Ω)

Если сделать кабель тоньше, сопротивление возрастет.

Заключение: 

Как толщина, так и длина кабеля оказывают большое влияние на сопротивление кабеля.

2.4 Ток, сопротивление кабеля и падение напряжения

Как уже понятно, ток, который протекает по электрической цепи для фиксированной нагрузки, отличается для различных напряжений цепи. Чем выше напряжение, тем ниже будет ток.

I = P/U

Ниже приведен обзор величины тока, который протекает в 3 различных цепях, где нагрузка одинакова, но напряжение аккумулятора изменяется.

Кроме того, как уже объяснялось, кабель имеет определенное сопротивление. Кабель является частью электрической цепи и может рассматриваться как резистор.

Когда ток протекает через резистор, резистор нагревается. То же самое происходит в кабеле; когда ток протекает через кабель, кабель нагревается. Энергия теряется в форме тепла. Эти потери называются  потерями на кабеле. Потерянная мощность может быть рассчитана по следующей формуле:

Power = Resistance x Current²

P = R*I²

Другой эффект потерь на кабеле — падение напряжения по всей длине кабеля. Падение напряжения можно рассчитать по следующей формуле:

Voltage = Resistance x Current

U = R*I

Чтобы рассчитать эффект падения напряжения в кабеле, вам нужно знать еще два электрических закона, первый и второй закон Кирхгофа.

1-й Закон Кирхгофа (по току)

Ток, текущий в соединении, должен быть равен току, вытекающему из него

Примером этого является параллельная схема соединения. Напряжение на каждом резисторе одинаково, а сумма тока, протекающего через каждый резистор, равна общему току.

2-й Закон Кирхгофа (по напряжению)

Сумма всех напряжений вокруг любого замкнутого контура в цепи должна равняться нулю

Здесь с точностью до наоборот. В последовательной цепи ток через каждый резистор одинаков, а сумма напряжений на каждом резисторе равна общему напряжению .

Теперь давайте рассмотрим реальный пример инвертора, подключенного к 12-вольтовой батарее, и рассчитаем потери в кабеле. На схеме справа вы видите инвертор мощностью 2400 Вт, подключенный к аккумулятору 12 В с помощью двух  кабелей длиной  1,5 м и сечением 16мм².

Как и рассчитывали ранее:

R = ρ x L /A;

R = 1,7 * 10^—8 * 1.5 /(16*10^-6 ) = 0.159*10^-2 (Ω) = 1,6*10^-3  (Ω) = 1,6 (m Ω)

I = P/U; I = 2400/12= 200(A)

Падение напряжения:

U = R*I = 1.6*10^-3 * 200 = 0.32V;

Так как кабеля два, общие потери напряжения системы равны 0,64V.

Из-за падения напряжения инвертор больше не получает 12 вольт, а 12 — 0,6 = 11,4V. 

Мощность инвертора является постоянной в этой цепи. Таким образом, когда напряжение на инверторе падает, ток увеличивается. Помните, I = P / U.

Батарея теперь будет выдавать больше тока, чтобы компенсировать потери. В этом примере это означает, что ток увеличится до 210 А.

Это делает систему неэффективной, потому что теперь мы потеряли 5% (0,64/12) от общей энергии. Эта потерянная энергия превратилась в тепло.

Важно, чтобы это падение напряжения было как можно ниже. Очевидный способ сделать это — увеличить сечение кабеля или сделать длину кабеля максимально короткой. Но есть кое-что еще, что вы можете сделать, и это увеличить напряжение цепи. Падение напряжения на кабеле варьируется для разных напряжений аккумулятора (системы). Вообще говоря, чем выше напряжение в цепях, тем ниже будет падение напряжения.

Пример:

Если мы посмотрим на ту же нагрузку 2400 Вт, но теперь напряжение цепи составляет 24 В:

— Нагрузка 2400 Вт при 24 В создаст ток 2400/24 ​​= 100 А.

—  Общее падение напряжения составит 2 x 100 x 0,0016 = 0,32 В (1,3%).

А при 48 В ток составляет 50 А. Падение напряжения составляет 0,16 В (0,3%).

Это приводит к следующему вопросу; насколько допустимо падение напряжения?

Мнения несколько различаются, но мы советуем стремиться к падению напряжения не более 2,5%. Для разных напряжений это указано в этой таблице.

Важно понимать, что сопротивление возникает не только в самом кабеле. Дополнительное сопротивление создается любыми предметами на пути, по которому должен протекать ток. Вот список возможных предметов, которые могут добавить к общему сопротивлению:

 — Длина и толщина кабеля.

— Предохранители;

— Шунты:

— Переключатели;

— Кабельные наконечники;

— Соединения.

И особенно следите за:

— Незатянутыми соединениям;

— Грязные или корродированные контакты;

— Плохие кабельные наконечники.

Сопротивление будет добавляться к электрической цепи каждый раз, когда устанавливается соединение, или что-то размещается на пути между батареей и инвертором.

Чтобы дать вам некоторое представление о том, сколько может быть этих сопротивлений:

— Каждое кабельное соединение: 0,06 мОм.

—  500A шунт: 0,10 мОм.

— Предохранитель на 150 А: 0,35 мОм.

— 2 м 35 мм² кабель: 1,08 мОм.

2.5 Негативные последствия падения напряжения в кабеле

Теперь мы знаем, что нужно сделать, чтобы снизить сопротивление в цепи, чтобы предотвратить падение напряжения. Но каковы негативные последствия, если в системе наблюдается высокое падение напряжения?

Вот список негативных последствий падения напряжения:

— Энергия теряется, и система становится менее эффективна.

— Аккумуляторы будут разряжаться быстрее.

— Ток системы увеличится. Это может привести к перегоранию предохранителей постоянного тока.

—  Высокие токи системы могут привести к преждевременному износу инвертора.

— Падение напряжения во время зарядки приведет к недостаточной зарядке батарей.

—  Инвертор получает более низкое напряжение батареи. Это может вызвать срабатывание сигнализации о низком напряжении.

— Кабели аккумулятора нагреваются. Это может привести к расплавлению изоляции проводов, повреждению кабеля или перегрузу оборудования. В крайних случаях нагрев кабеля может привести к пожару.

— Все устройства, подключенные к системе, имеют более короткий срок службы из-за пульсации постоянного тока.

Это как предотвратить потери напряжения:

— Кабели должны быть как можно короче.

— Используйте кабели с достаточной толщиной.

— Надежно соединяйте (но не слишком сильно, следуйте рекомендациям по крутящему моменту в руководстве).

 — Убедитесь, что все контакты чистые и не подвержены коррозии.

— Используйте качественные кабельные наконечники и обожмите их подходящим инструментом.

— Используйте качественные выключатели батареи.

— Уменьшите количество соединений в кабельной трассе.

— Используйте точку распределения постоянного тока или шины.

— Следуйте законодательству о проводке.

Рекомендуется измерять падение напряжения в системе после завершения электрической установки, содержащей батареи. Помните, что падение напряжения обычно происходит во время сильного тока. Падение напряжения становится больше, когда увеличивается ток. Это тот случай, когда инвертор загружен  максимальной нагрузкой или когда зарядное устройство заряжается при полном токе. 

Вот как можно измерить падение напряжения, например, в системе с инвертором:

—  Загрузите инвертор максимальной мощностью.

—  Измерьте напряжение на отрицательном кабеле между соединением инвертора и полюсом аккумулятора.

— Повторите это для положительного кабеля.

В случае, если батарея и инвертор находятся слишком далеко, или батарея находится в другом помещении или корпусе:

—  Загрузите инвертор максимальной мощностью.

— Измерьте напряжение на клеммах постоянного тока внутри преобразователя.

—  Измерьте напряжение на полюсах батареи.

— Сравните эти показания.

— Разница между двумя показаниями это и есть падение напряжения. 

2.6 Пульсация

Одним из негативных последствий большого падения напряжения в системе является пульсация. Пульсация появляется в системе, где источником питания является батарея (DC), а нагрузка — это устройство переменного тока. Это всегда имеет место в системе с инвертором. Инвертор подключается к аккумуляторам, но он питает нагрузку переменного тока.

Механизм, вызывающий пульсацию, напрямую связан с падением напряжения на кабелях постоянного тока, когда система находится под нагрузкой, а токи аккумулятора высокие. Высокий ток вызывает сильное падение напряжения, которое становится особенно заметным, когда используются тонкие кабели.

Падение напряжения в системе в целом может быть даже больше, особенно если используются свинцово-кислотные батареи, которые слишком малы, слишком старые или повреждены. Падение напряжения будет происходить не только над кабелями, но и внутри самой батареи.

Пульсация связана с тем, что когда инвертор питает большую нагрузку, напряжение постоянного тока системы падает. Но напряжение системы восстанавливается после отключения нагрузки. Этот процесс изображен на рисунке ниже.

1. Измеренное напряжение на преобразователе нормальное. В этом примере оно составляет 12,6 В.

2. При включении большой нагрузки напряжение батареи падает до 11,5 В.

3. Когда нагрузка выключается, напряжение батареи обычно восстанавливается до 12,6 В.

Как создается пульсация?

1. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.

2. Нагрузка, подключенная к инвертору, создает переменный ток в инверторе.

3. Этот переменный ток вызывает (через инвертор) колеблющийся постоянный ток на батарее.

4. Результатом этого колебания постоянного тока является следующее:

— При пиковом постоянном токе напряжение батареи падает.

— Когда падает постоянный ток, напряжение батареи восстанавливается.

— Когда постоянный ток достигает пика, напряжение батареи снова падает.

— И так далее.

Напряжение постоянного тока будет расти и падать и больше не будет постоянным. Так называемые колебания. Он будет увеличиваться и уменьшаться 100 раз в секунду (100 Гц). Величина колебаний напряжения постоянного тока называется пульсирующим напряжением.

Можно измерить пульсации. Есть два способа:

— Использовать мультиметр. Выберите режим переменного тока на мультиметре. Измерьте через соединения постоянного тока инвертора. Теперь вы измеряете переменную составляющую постоянного напряжения. Это переменное напряжение является пульсирующим напряжением.

—  Используйте VEConfigure, он отслеживает пульсации.

При измерении пульсации помните, что это происходит только тогда, когда система находится под полной нагрузкой. То же самое относится и к падению напряжения. Пульсация может быть обнаружена только тогда, когда инвертор питает  полную нагрузку или когда зарядное устройство заряжается с высоким током.

Небольшая пульсация может существовать без ощутимого воздействия. Однако чрезмерная пульсация может оказать негативное влияние

— Срок службы инвертора будет сокращен.

— Конденсаторы в инверторе будут пытаться максимально сгладить пульсации, и в результате конденсаторы будут стареть быстрее.

— Срок службы остального оборудования постоянного тока в системе также будет сокращен. Они тоже страдают от пульсации.

— Батареи преждевременно стареют, каждая пульсация действует как мини-цикл для батареи. Из-за увеличения циклов батареи срок службы батареи уменьшится.

— Пульсация во время зарядки уменьшит зарядную мощность.

— Инверторы или инверторы / зарядные устройства имеют встроенную сигнализацию о пульсации. Существует два уровня тревоги о пульсации

— Предварительная сигнализация о пульсации: Индикаторы перегрузки и разряда батареи мигают, и через 20 минут устройство выключается.

—  Сигнал о полной пульсации. Индикаторы перегрузки и разряда батареи включены, и устройство отключается.

Вот уровни пульсации тревоги для различных напряжений:

Пульсация произойдет только при падении напряжения в системе. Чтобы устранить пульсации, вам нужно уменьшить падение напряжения. Это означает, что вам нужно уменьшить сопротивление на пути от батареи к инвертору и обратно к батарее. Для получения дополнительной информации см. Главу 2.5.

Чтобы исправить высокую пульсацию в системе, сделайте следующее: 

— Уменьшите длинные кабели батареи.

— Используйте более толстые кабели.

— Проверьте предохранители, шунты и разъединители батарей на предмет их подключения.

— Проверьте характеристики предохранителей, шунтов и выключателей батареи.

— Проверьте, нет ли ослабленных клемм и слабых кабельных соединений.

— Проверьте наличие грязных или корродированных соединений.

— Проверьте на наличие плохих, старых или слишком маленьких батарей.

— Всегда используйте компоненты хорошего качества.

3. Соединение аккумуляторных батарей.

Калькулятор падения напряжения

Калькулятор падения напряжения рассчитает падение напряжения в цепи для длинных проводов на основе напряжения, тока, фаз, проводника, размера провода и расстояния в цепи. Он также рассчитает напряжение на нагрузке и падение напряжения в процентах.

Калькулятор падения напряжения

Введите информацию ниже, чтобы рассчитать падение напряжения в цепи.

Напряжение — Введите напряжение на источнике цепи.Однофазные напряжения обычно 115 В или 120 В, в то время как трехфазное напряжение обычно составляет 208 В, 230 В или 480 В.

Ампер — Введите максимальный ток в амперах, который будет протекать через цепь. Для моторов рекомендуется умножить значение FLA на паспортной табличке на 1,25 для определения диаметра провода.

Проводник — Выберите материал, используемый в качестве проводника в проводе. Общие жилы — медь и алюминий.

Phases — Выберите количество фаз в цепи.Обычно это однофазный или трехфазный. Для однофазные цепи, требуется три провода. Для трехфазных цепей потребуется четыре провода. Один из этих проводов — провод заземления. который может быть уменьшен по размеру. Чтобы рассчитать сечение заземляющего провода, используйте калькулятор сечения заземляющего провода.

Размер провода — Выберите размер провода в цепи. Единицы измерения диаметра провода — AWG или kcmil.

Расстояние — Введите одностороннюю длину проводов в цепи в футах.

Примечание. Результаты этого калькулятора основаны на температуре проводника 75 ° C .

Источник: NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс, глава 9, таблица 8

Как рассчитать падение напряжения

Падение напряжения рассчитывается с использованием самого универсального из всех электрических законов: закона Ома. Это означает, что потенциал напряжения на проводнике равен ток, протекающий по проводнику, умноженный на общее сопротивление проводника.Другими словами, Vd = I x R.Простая формула была получена из закона Ома. для расчета падения напряжения на проводнике. Эта формула может помочь вам определить падение напряжения в цепи, а также сечение провода, который вам понадобится для вашей цепи. исходя из максимального желаемого падения напряжения. Национальный электротехнический кодекс гласит, что падение напряжения в фидерной цепи не должно превышать 5%, а падение напряжения в ответвленной цепи. не должно превышать 3%.

Однофазные схемы

Падение напряжения рассчитывается для однофазных цепей следующим образом:

Vd = Падение напряжения

I = ток в проводнике (А)

L = длина цепи в одну сторону (футы)

см = площадь поперечного сечения кондуктора (круговые милы)

K = Сопротивление в омах 1 круглого милфута проводника.
Примечание: K = 12,9 для медных проводников при 75 ° C (167 ° F) и K = 21,2 для алюминиевых проводов при 75 ° C (167 ° F).

Трехфазные схемы

Падение напряжения рассчитывается для трехфазных цепей следующим образом:

Vd = падение напряжения

I = ток в проводнике (А)

L = длина цепи в одну сторону (футы)

см = площадь поперечного сечения кондуктора (круговые милы)

K = Сопротивление в омах 1 круглого милфута проводника.
Примечание: K = 12,9 для медных проводников при 75 ° C (167 ° F) и K = 21,2 для алюминиевых проводов при 75 ° C (167 ° F).

Чтобы рассчитать максимальное расстояние цепи на основе падения напряжения в процентах, используйте Калькулятор расстояния цепи.

Чтобы рассчитать размер провода для цепи, используйте калькулятор размера провода или расширенный калькулятор размера провода. Чтобы рассчитать допустимую нагрузку на провод для цепи, используйте Калькулятор допустимой нагрузки на провод или Расширенный калькулятор допустимой нагрузки на провод.

Посетите Условия использования и Политику конфиденциальности этого сайта.Ваше мнение очень ценится. Сообщите нам, как мы можем улучшить.

Определение падения напряжения | Lectromec

• Расчет падения напряжения важен для обеспечения правильной работы оборудования.
• То, что в цепи подается 115 В переменного тока, не означает, что подключенное оборудование «увидит» 115 В переменного тока. Длина и калибр провода будут иметь значение.
• Существуют хорошо зарекомендовавшие себя методы оценки падения напряжения.

Если в цепь подается напряжение, а подключенное оборудование не включается, значит, проблема связана либо с цепью, либо с поданным напряжением (при условии, что устройство полностью функционирует). Длина и калибр провода, которые иногда не учитываются в схемотехнике, могут влиять на напряжение нагрузки; это известно как «падение напряжения». Точно так же, как на пропускную способность проводов / жгутов по току влияют система и окружающая среда, падение напряжения тоже.

В этой статье мы рассмотрим идею падения напряжения, руководство по его применению в конструкции и пример количественной оценки падения напряжения на проводе / кабеле.

Проволочные проводники не являются идеальными электрическими проводниками, и из-за этого вдоль провода возникают потери энергии. В прошлых статьях мы рассматривали сопротивление проводника с точки зрения допустимой нагрузки, и нагрев проводника может происходить только при наличии сопротивления проводника. Общее сопротивление проводника для цепи может быть небольшим, но это нетривиально. В зависимости от тока в цепи длина провода 20AWG может быть не более 50 или 400 футов.

К счастью, есть руководство, которое поможет определить падение напряжения в цепи.

Пожалуй, один из самых популярных документов, опубликованных FAA, — это AC 43-13. В дополнение к руководству по большому количеству концепций проектирования системы, он также предоставляет руководство по устранению падения напряжения. Процитируем AC 43-13-1B, раздел 11-48, «Провода должны иметь такой размер, чтобы выдерживать постоянный ток, превышающий номинальные параметры устройства защиты цепи, включая его время-токовые характеристики, а также во избежание чрезмерного падения напряжения.”

Максимальное падение напряжения в цепи определяется таким образом, чтобы проектировщики оборудования знали ожидаемые характеристики своего оборудования. Источник: FAA.

AC 43-13-1B предоставляет таблицу допустимого падения напряжения для непрерывной и прерывистой работы. Важно отметить, что в таблице проводится различие между допустимым падением напряжения для непрерывной и прерывистой работы. Чтобы представить это в перспективе, AC 43-13-1B идентифицирует прерывистую нагрузку как такую, работа которой ограничена не более чем двумя минутами за раз.Ни в одной точке сети переменного тока нет информации о том, как часто может работать прерывистая цепь, но Lectromec предлагает, чтобы продолжительность между прерывистыми режимами работы была достаточно большой, чтобы позволить цепи вернуться к окружающим условиям (например, дать проводке время остыть. ).

В таблице 11-6 показано допустимое падение напряжения между шиной и заземлением оборудования. Эти значения соответствуют ожидаемым значениям производительности, указанным в документах по качеству электроэнергии, таких как MIL-STD-704.Для системы 115 В переменного тока максимально допустимое падение напряжения при непрерывной работе составляет 4 В; для прерывистого режима максимальное падение напряжения составляет 8 В.

Падение напряжения по калибру провода, току и напряжению в системе. Источник: FAA.

Как и в большинстве руководств AC 43-13-1B, имеется хорошая информация, но она не дает полной картины. Примером этого является расчет падения напряжения в цепи. Таблица и информация, представленные в AC, относятся к луженой проволоке.В случае проводов с серебряным и никелированным покрытием, имеющих более низкое сопротивление, информация в переменном токе является консервативной при расчетах падения напряжения.

AC 43-13-1B действительно предоставляет диаграмму для оценки падения напряжения, но, поскольку диаграмма может быть довольно запутанной, мы рассмотрим пример, который, мы надеемся, упростит отслеживание.

В левой части рисунка находится таблица, показывающая напряжение непрерывной цепи для четырех различных уровней напряжения (200, 115, 28 и 14).Внизу этой таблицы показаны уровни падения напряжения 7 В, 4 В, 1 В и 0,5 В, соответствующие максимальному падению напряжения, допустимому для данного уровня напряжения. В центре этой таблицы показана длина провода, необходимая для достижения падения напряжения (внизу таблицы) для напряжения системы (показано вверху таблицы).

Если, например, у нас есть цепь, работающая на проводе 16AWG и постоянном токе 10 А, то сначала ищем калибр провода вдоль нижней горизонтальной оси и там, где он пересекается с диагональными линиями, идущими от верхней оси.В этом примере 16AWG мы ищем диагональную линию, которая начинается со значения «10» на верхней оси. На рисунке это значение пересекается с вертикальной линией 16AWG, что указывает на то, что максимальная длина провода для ограничения падения напряжения до 4 В в системе 115 В составляет 80 футов.

Источник: FAA.

На рисунке также показаны три других примера провода 8AWG на 20 А, провода 12AWG на 20 А и провода 14AWG на 20 А. Хотя каждый из этих сечений проводов может выдерживать нагрузку 20 А, максимально допустимая длина провода значительно пострадали.В случае провода 14AWG, несущего нагрузку 20 ампер, из рисунка следует, что максимальная длина провода системы 115 В составляет около 60 футов. Сравнивая это с проводом 8AWG, максимальная длина провода составляет около 200 футов.

На следующих двух рисунках, Таблица 11-7 и Таблица 11-8 показаны дополнительные примеры, взятые из AC 43-13-1B.

С точки зрения проектирования это означает, что инженер EWIS должен сбалансировать как номинальный ток, так и допустимую нагрузку жгута проводов с требованиями к падению напряжения.Кроме того, анализ действительно показывает очень прямую причину выбора систем с более высоким напряжением. В приложениях с более высоким напряжением допустимое падение напряжения по длине провода больше и позволяет проводам меньшего калибра передавать напряжение на большие расстояния.

Источник: FAA.

Падение напряжения в цепи так же важно, как и ее допустимая нагрузка. К счастью для тех, кто хочет убедиться, что их конструкция находится в пределах допусков характеристик, указанных в AC 43-13-1B, могут сделать это с меньшим количеством вычислений и элементов снижения номинальных характеристик, таких как допустимая нагрузка.

Для тех, кто хочет получить больше от своих проектов EWIS и убедиться, что они соответствуют лучшим практикам, обращайтесь в Lectromec. У нас есть обширный опыт и лабораторные возможности для решения ваших задач EWIS.

Михаил Траскос

Президент, Lectromec

Майкл более десяти лет занимается оценкой деградации и отказов проводов. Он работал над десятками проектов по оценке надежности и квалификации компонентов EWIS.Майкл является FAA DER с делегированными полномочиями в отношении сертификации EWIS и председателем комитета по установке EWIS SAE AE-8A.

Калькуляторы электрических проводов постоянного тока

Калькуляторы электрических проводов

Всякий раз, когда вы прокладываете силовые кабели для устройства постоянного тока в доме на колесах, будь то перемонтаж тормозов или добавление новой стереосистемы, вы должны понимать, что характеристика проводки постоянного тока заключается в том, что вы столкнетесь с падением напряжения. по проволоке.Это может быть значительным, особенно если ток и длина провода увеличиваются … даже до нескольких футов. Чем длиннее кабель, тем больше падение напряжения. Это может быть реальной проблемой, приводящей к ухудшению или потере рабочих характеристик устройства, на которое подается питание.

Это серьезная проблема для владельца автофургона, так как всегда нужно помнить о том, каковы будут последствия при добавлении нагрузки к существующей цепи или при выборе размеров проводки для новой цепи.См. Мой учебник High Power DC Wiring для более подробного обсуждения этого явления. Обычно проблемы возникают из-за падения напряжения задолго до того, как вы превысите допустимую нагрузку на провод по току.

Проволочные вычислители напряжения для цепей 12 В постоянного тока.

При определении размера провода необходимо рассчитать общее расстояние между проводами.Например, если для отрицательной стороны используется провод (обычно называемый заземляющим проводом), расстояние должно быть полным круговым обходом от источника питания до нагрузки и обратно, так как оба провода + и — уменьшают Напряжение. Это также иногда называют «плавающей землей».

Однако, если используется металлическое заземление шасси, необходимо рассчитывать только одностороннее отключение, поскольку шасси настолько массивное, что любое падение напряжения будет нулевым.

Эти калькуляторы могут корректировать результат для любого типа грунта.Просто введите расстояние от точки A до точки B (в одну сторону) между источником и нагрузкой, затем выберите правильный «ТИП ЗЕМЛИ». Калькулятор будет автоматически использовать правильную длину провода в зависимости от настройки ТИП ЗАЗЕМЛЕНИЯ.

Примечания:
• При использовании заземления шасси падение напряжения на шасси (со стороны заземления) равно нулю, поэтому расстояние туда и обратно не требуется.
• Макс. Ток (амперы) — это ограничение тока при падении напряжения с точностью 3% или 10% (в зависимости от выбора).
• Используйте 3% падения напряжения для чувствительных электронных компонентов или навигационного освещения (лодки).
• Используйте 10% падение напряжения для нечувствительных / некритичных компонентов, таких как освещение или цепи двигателя.
• Для лодки из стекловолокна вы обычно используете опцию заземления (туда и обратно) для типа заземления.
• для автомобиля со стальным шасси, вы часто будете использовать опцию заземления шасси.
• Для жилых автофургонов обычно используются как заземляющие провода шасси, так и заземляющие провода — выберите то, что подходит для вашей ситуации.
• Свинцово-кислотные батареи варьируются от 11,9 В для полностью разряженных до 12,6 В для полностью заряженных.
• Морские / жилые / автомобильные зарядные устройства варьируются от 13,2 В до 14,4 В в зависимости от марки и состояния заряда (например, объемная, абсорбционная, струйная).
• Размер большинства проводов соответствует американскому калибру проводов (AWG).
• Размер автомобильной и морской проводки может быть определен в соответствии с требованиями Общества инженеров автомобильной промышленности (SAE).
• Проводка SAE на 10–12% меньше в диаметре, поэтому результаты будут другими.
• Разработано в соответствии с методологией, изложенной в 33.CFR183 — Лодки и связанное с ними оборудование (Постановление USCG).
• Только многожильный провод. Сплошной провод имеет другую спецификацию Circular Mil и не подходит для использования на лодке или мобильном устройстве.

В дополнение к приведенному выше разделу цепей постоянного тока, аналогичный калькулятор существует для цепей переменного тока. При расчете для цепей переменного тока обратите внимание, что можно ввести только одностороннее расстояние (калькулятор фактически выполняет расчет кругового пути, но ему нужно знать только одностороннее расстояние).Даже с заземленной нейтралью по ней по-прежнему идет ток, а не по земле, поэтому нам нужно рассчитать расстояние туда и обратно.

Калькулятор проводов для цепей переменного тока.

Что такое падение напряжения? Расширенный калькулятор падения напряжения

Согласно NEC (Национальный электротехнический кодекс) [ 210.19 A (1) ] FPN номер 4 и [ 215,2 A (3) ] FPN номер 2, допустимое падение напряжения для фидеров составляет 3% и допустимое падение напряжения для конечной подсхемы и ответвленной цепи — это 5% для правильной и эффективной работы.

Например, если напряжение питания составляет 110В , то значение допустимого падения напряжения должно быть;

Допустимое падение напряжения = 110 x (3/100) = 3,3 В .

Мы уже обсуждали выбор кабеля подходящего размера для монтажа электропроводки в системе SI и британской системе с примерами.В приведенной выше статье мы также объяснили расчет падения напряжения и формулу падения напряжения, а также онлайн-калькулятор сечения кабеля.

Сегодня мы собираемся поделиться подробным онлайн-калькулятором падения напряжения и формулами падения напряжения с решенными примерами.

Полезно знать : Прочтите полное описание под калькулятором падения напряжения для лучшего объяснения, так как есть много формул для расчета падения напряжения с примерами. Кроме того, существует очень простой метод для расчета падения напряжения .

Также проверьте

Введите значение и нажмите «Рассчитать». Будет отображен результат

Примечание. Этот калькулятор также доступен в нашем бесплатном приложении для Android для электрических технологий

Основная формула электрического падения напряжения:

V _D = IR …….(Закон Ома).

Где;

• В _D = Падение напряжения в вольтах.
• I = Ток в амперах.
• R = Сопротивление в Ом (Ом).

Но это не всегда так, и мы не можем запустить колесо системы с помощью этой базовой формулы (почему? См. Также примеры ниже).

Это приблизительная формула падения напряжения при единичном коэффициенте мощности, температуре кабеля 75 ° C и проводниках кабеля в стальном кабелепроводе.

V _D = (2 x k x Q x I x D) / см для однофазный .

V _D = (1,732 x k x Q x I x D) / см для трехфазного .

Где;

• Cm = площадь поперечного сечения проводника в круглых милах.
• D = расстояние в одну сторону в футах.
• I = ток цепи в амперах.
• Q = соотношение сопротивления переменному току и сопротивления постоянному току (R _AC / R / _DC ) для проводника больше 2/0 для скин-эффекта.
• k = удельное сопротивление = 21,2 для алюминия и 12,9 для меди.

V _D = I × R

V _D = I × (2 × L × R / 1000)

Где;

• В _D = Падение напряжения в вольтах.
• I = Ток провода в амперах.
• R = Сопротивление провода в Ом (Ом) [Ом / кфут].
• L = длина провода в футах.

А;

V _D = I × (2 × L × R / 1000)

Где;

• В _D = Падение напряжения в вольтах.
• I = Ток провода в амперах.
• R = Сопротивление провода в Ом (Ом) [Ом / км].
• L = длина провода в метрах.

V _D = 0,866 × I × R

V _D = 0,866 × I × 2 × L × R / 1000

V _D = 0,5 × 903 I × R

V _D = 0,5 × I × 2 × L × R /1000

Где;

• В _D = Падение напряжения в вольтах.
• I = Ток провода в амперах.
• R = Сопротивление провода в Ом (Ом) [Ом / км или] или (Ом / кфут).
• L = длина провода в метрах или футах.