Exitonservice.ru

Экситон Сервис
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Потеря силы тока от длины кабеля

В процессе проектирования электрической проводки, необходимо провести точные расчеты потери напряжения в кабеле. Это позволяет предотвратить сильное нагревание поверхности проводов в процессе эксплуатации. Благодаря этим мерам удаётся избежать появления короткого замыкания и преждевременной поломки бытовых приборов.

Помимо этого, формула позволяет правильно подобрать диаметр сечения провода, который подойдет для разного вида электромонтажных работ. Неправильный выбор, может стать причиной поломки всей системы. Облегчить поставленную задачу помогает онлайн – расчет.

Причины потерь

Каждый электрик знает, что кабеля состоят из жил. Они изготавливаются из меди либо алюминия и покрыты изоляционным слоем. Для защиты от механических повреждений проводники помещаются в дополнительную полимерную оболочку. Так как токоведущие жилы плотно расположены и сжаты защитным покрытием, при большой протяженности магистрали они начинают работать по принципу конденсатора. Говоря проще, в сердечниках создается заряд, обладающий емкостным сопротивлением.

Схема потери напряжения в проводах имеет следующий вид:

  • При прохождении электротока проводник нагревается, что приводит к появлению емкостного сопротивления, являющегося частью реактивного.
  • Под воздействием процессов, протекающих в различных элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
  • В итоге резистивное сопротивление токоведущих жил кабеля в каждой фазе электроцепи преобразуется в активное сопротивление.
  • Провод подсоединяется на токовую нагрузку с комплексным сопротивлением по каждой жиле.
  • Если сеть трехфазная, то все три линии будут симметричными, а нейтральный проводник пропускает электроток по значению близкий к нулю.
  • Из-за общего сопротивления жил наблюдается падение напряжения по длине кабеля при прохождении тока с векторным отклонением благодаря наличию реактивной составляющей.

Если этот процесс представить графически, то показателем потерь окажется отрезок AD.

Выполнять такие вычисления вручную довольно сложно и сейчас часто используется онлайн-калькулятор. Потери напряжения, рассчитанные с его помощью, оказываются довольно точными, а погрешность минимальна.

Современные методы расчета сечения провода

Чтобы быстро и легко выполнить все расчеты, предусмотрен специальный калькулятор сечения кабеля. Достаточно только знать вводные данные. Ориентируясь на них можно подобрать оптимальное сечение кабелей для однофазной или трехфазной сети.

Кабельный калькулятор использует специальные алгоритмы и формулы, основывается на конкретных математических значениях. Как только будут введены точные данные, в окошке будет указан готовый результат, понятный для обычных пользователей. При расчете учитывается сразу несколько параметров:

  • из какого материала выполнен проводник;
  • его максимальная мощность;
  • допустимое и текущее напряжение;
  • способ прокладки;
  • длина кабеля.

Таким образом, можно получить максимально достоверные данные.

Расчет ЛЭП на потерю напряжения

  1. Выбор средней величины реактивного сопротивления для жил из алюминия или сталеалюминия, например, в 0,35 Ом/км.
  2. Расчет нагрузок P, Q.
  3. Расчет реактивной потери:

Определение допустимой активной потери из разности между потерей напряжения, которая задана, и вычисленной реактивной:

Сечение провода находится из отношения:

Выбор ближайшего значения сечения из стандартного ряда и определение по таблице активного и реактивного сопротивлений на 1 км линии.

На рисунке изображен ряд сечений жил кабеля разных размеров.

Кабельные жилы разных сечений

По полученным значениям рассчитывается уточненная величина падения напряжения по формуле, приведенной ранее. Если оно превысит допустимую, следует взять провод больше из того же ряда и произвести новый расчет.

Пример 1. Расчет кабеля при активных нагрузках.

Для расчета кабеля, прежде всего, следует определить суммарную нагрузку всех потребителей. За исходную можно принять P = 3,8 кВт. Сила тока находится по известной формуле:

Если все нагрузки активные, cosφ=1.

Подставив в формулу значения, можно найти ток, который будет равен: I = 3,8∙1000/220 = 17,3 А.

По таблицам находится сечение в кабеле, для медных проводников составляющее 1,5 мм 2 .

Теперь можно найти сопротивление кабеля длиной 20 м: R=2∙r∙L/s=2∙0,0175 (Ом∙мм 2 )∙20 (м)/1,5 (мм 2 )=0,464 Ом.

В формуле расчета сопротивления для двухжильного кабеля учитывается длина обеих жил.

Определив величину сопротивления кабеля, можно легко найти потери напряжения: ∆U=I∙R/U∙100 % =17,3 А∙0,464 Ом/220 В∙100 %=3,65 %.

Если на вводе номинальное напряжение составляет 220 В, то допустимые отклонения до нагрузки составляют 5%, а полученный результат не превышает ее. Если бы было превышение допуска, пришлось бы взять больший провод из стандартного ряда, с сечением, составляющим 2,5 мм 2 .

Пример 2. Расчет падения напряжения при подаче питания на электродвигатель.

Электродвигатель потребляет ток при следующих параметрах:

  • Iном = 100 А;
  • cos φ = 0,8 в нормальном режиме;
  • Iпусковой = 500 А;
  • cos φ = 0,35 при пуске;
  • падение напряжения на электрощите, распределяющем ток 1000 А, составляет 10 В.
Читать еще:  Не работает одна клавиша выключателя света

На рис. а ниже изображена схема питания электродвигателя.

Схемы питания электродвигателя (а) и освещения (б)

Чтобы избежать вычислений, применяют достаточно точные для практического применения таблицы с уже рассчитанным ∆U между фаз в кабеле длиной 1 км при величине тока 1 А. В приведенной ниже таблице учитываются величины сечения жил, материалы проводников, тип цепи.

Таблица для определения потерь напряжения в кабеле

Сечение в мм 2Однофазная цепьСбалансированная трехфазная цепь
Питание двигателяОсвещениеПитание двигателяОсвещение
Обычный раб. режимЗапускОбычный раб. режимЗапуск
CuAlcos ȹ = 0,8cos ȹ = 0,35cos ȹ = 1cos ȹ = 0,8cos ȹ = 0,35cos ȹ = 1
1.52410,630209,425
2,514,46,418125,715
49,14,111,283,69,5
6106,12,97,55,32,56,2
10163,71,74,53,21,53,6
16252,361,152,82,0512,4
25351,50,751,81,30,651,5
35501,150,61,2910,521,1
50700,860,470,950,750,410,77
701200,640,370,640,560,320,55
951500,480,300,470,420,260,4
1201850,390,260,370,340,230,31
1502400,330,240,300,290,210,27
1853000,290,220,240,250,190,2
2404000,240,20,190,210,170,16
3005000,210,190,150,180,160,13

Падение напряжения при нормальной работе электродвигателя составит:

Для сечения 35 мм 2 ∆U на ток 1 А составит 1 В/км. Тогда при токе 100 А и длине кабеля 0,05 км потери будут равны ∆U = 1 В/А км∙100 А∙ 0,05 км = 5 В. При добавлении к ним падения напряжения на щите 10 В, получатся общие потери ∆Uобщ = 10 В + 5 В = 15 В. В результате потери в процентах составят:

∆U% = 100∙15/400 = 3,75 %.

Эта величина значительно меньше разрешенных потерь (8 %), и она считается допустимой.

При запуске электродвигателя, его ток увеличивается до 500 А. Это на 400 В больше его номинального тока. На эту же величину возрастет нагрузка на щите распределения. Она составит 1400 А. На нем падение напряжения пропорционально увеличится:

∆U = 10∙1400/1000 = 14 В.

По таблице падение напряжения в кабеле составит: ∆U = 0,52∙500∙0,05 = 13 В. В сумме пусковые потери двигателя составят ∆Uобщ = 13+14 = 27 В. После следует определить, сколько это будет в процентном отношении: ∆U = 27/400∙100 =6,75%. Результат оказывается в пределах допустимого, поскольку не превышает предельные 8%.

Защиту для электродвигателя следует подбирать таким образом, чтобы напряжения срабатывания было больше, чем при пуске.

Пример 3. Расчет ∆U в цепях освещения.

Три однофазные осветительные цепи подключены параллельно к питающей трехфазной четырехпроводной линии, состоящей из проводников на 70 мм 2 , длиной 50 м, проводящей ток 150 А. Освещение является только частью нагрузки линии (рис. б выше).

Каждая цепь освещения выполнена из медного провода длиной 20 м, сечением 2,5 мм 2 и проводит ток 20 А. Все три нагрузки подключены к одной фазе. При этом линия питания сбалансирована по нагрузкам.

Требуется определить падение напряжения в каждой из цепей освещения.

Падение напряжения в трехфазной линии определяется по действующей нагрузке, заданной в условиях примера: ∆Uлинии фаз= 0,55∙150∙0, 05 = 4,125 В. Это – потери между фазами. Для решения задачи надо найти потери между фазой и нейтралью: ∆Uлинии ф-н = 4,125/√3 = 2,4 В.

Падение напряжения для одной однофазной цепи составляет ∆Uосв = 18∙20∙0,02=7,2 В. Если сложить потери в питающей линии и цепи, то в сумме они составят ∆Uосв общ = 2,4+7,2 = 9,6 В. В процентном отношении это будет 9,6/230∙100 = 4,2 %. Результат является удовлетворительным, поскольку он меньше допустимой величины 6 %.

Методы сокращения потерь

Потери мощности можно сократить следующими методами:

  • Увеличить сечение проводников. В результате снизится сопротивление, и потери уменьшатся;
  • Снижение потребляемой мощности. Этот параметр не всегда можно изменить;
  • Изменение протяженности кабеля.

Уменьшение мощности и изменение длины линии осуществить практически не возможно. Поэтому если увеличивать сечение провода без расчета, то на длинной линии это приведет к неоправданным затратам.

А это значит, что очень важно произвести расчет, который позволит правильно рассчитать потери мощности в кабеле и выбрать оптимальное значение сечения жил.

Подбор сечения кабеля

Каждый день в мире придумывают новые приборы для комфорта. И все эти приборы работают от электросети, либо от нее заряжаются. Иногда, особенно в старых домах, сделав новую покупку и включив ее сеть, «вырубает пробки» счетчика. Поэтому необходимо понимать, как правильно подобрать провода, а именно выбрать сечение кабеля, чтобы избежать возможных проблем.

1. Способы прокладки проводов

Сейчас принято «прятать» провода в стену, в перекрытия, в фундамент, и при какой-либо неисправности добраться до кабеля порой невозможно. Поэтому, еще на стадии строительства или ремонта, важно вдумчиво подойти к проведению электросети в помещении. А начинается она с подбора толщины или сечения кабеля.

2. Толщина проводов

Если брать слишком тонкий кабель, он будет перегреваться, что рано или поздно произойдет перегрев и перегоранию проводки. Конечно, кабель нужно брать с неким «запасом по толщине», но если совсем перестраховаться и взять диаметр провода намного больше, чем нужно, то это повлечет за собой неоправданно большие финансовые расходы при оплате счетов за электроэнергию.

Чтобы электропроводка работала хорошо и не беспокоила важно правильно подобрать толщину и материал проводов. Лучше всего в данном вопросе привлечь грамотного специалиста или получить его консультацию, но если есть уверенность в собственных силах и знаниях, нужно учесть несколько важных показателей.


При расчете толщины кабеля необходимо знать нагрузку на сеть, т.е. простыми словами, нужно знать технические характеристики всех, подключаемых к сети приборов. Также не стоит забывать про длину проводимых электросетей и способ их укладки.

3. Нагрузка на провода

При подборе кабеля, необходимо узнать потребляемую мощность или силу тока каждого в отдельности прибора, подключаемого к данной сети. Для этого выписываем данные из паспортов или с корпусов техники. Там есть основная информация и, чаще всего, там также можно найти необходимые нам цифры по мощности и силе тока. Если же паспорт давно потерян, а данные на корпусе затерты читается, в интернете можно найти всю необходимую информацию по технике. Например, средние показатели потребления электроэнергии приборов уже приведены в готовые таблицы. В качестве примера приведена Таблица 1.

Таблица 1. Примерные мощности некоторых бытовых электроприборов.

Теперь остается просто просуммировать все значения мощностей подключаемой к сети технике, и в итоге получается общая нагрузка сети.

Как видно из Таблицы 1., потребляемая мощность на электроприборах указывается с большим интервалом. Лучше брать максимальное значение, чтобы заложить необходимый «страховой» запас диаметра кабеля, а не брать провод с самым большим сечением.

Далее нужно учесть из какого материал провода. Раньше, в СССР всю электросеть делали из алюминиевых проводов, т.к. как этот материал дешевле, да и у людей не было столько приборов в быту. Алюминий достаточно капризный металл: очень твердый, но в то же время, хрупкий материал. Скрутки из него невозможно пропаять и сложно сварить, а загнуть его можно раза два-три, и провод сломан, т.е. повредив провод один раз, отремонтировать его практически невозможно.

Более того, при одинаковом сечении проводов медь будет нагреваться меньше, т.к. у нее удельное сопротивление меньше. Поэтому в настоящее время проводку делают из более мягкой и пластичной, но дорогой меди, которая при длительном использовании, окупает затраты по себестоимости.

Важно также знать напряжение в сети. В РФ используют 2 типа: в быту — однофазный, с рабочим напряжением сети 220V, и в промышленных масштабах — трехфазный в 380V.
Далее берем готовые таблицы для подбора диметра кабеля и, учитывая вышеуказанные факторы (нагрузку, материал и тип напряжения), находим оптимальное значение для провода.

Таблица 2. Таблица выбора сечения для медного кабеля.

Таблица 3. Таблица выбора сечения для алюминиевого кабеля.

При подборе проводки по силе тока, нужно сделать все те же описанные выше действия, просто брать значения с единицей измерения силы тока — А(ампер). В Таблицах 2,3 смотрим столбец «ток, А».

Не забываем, что выбор сечения кабеля электропроводки зависит также и от длины, прокладываемой сети.
Т.к. в любом проводнике присутствует сопротивление материала, которое имеет прямо пропорциональную зависимость от длины кабеля(чем длиннее проводка, тем больше потерь по мощности), игнорировать длину проводки при выборе значения сечения нельзя. В быту длина кабеля не такая большая и потери мощности не превышают 5%. В масштабах производства же длина кабеля может составлять не один десяток метров, да и нагрузка на сеть в разы больше. И если в такой сети потери превышают 5%, то необходимо принять меры для их снижения.

Для определения потери мощности в кабеле надо рассчитать:

— сопротивление:
Rпровода=p*2L/S,
где p —для меди 0,0175 Ом · мм2/м, а для алюминия – 0,028 Ом · мм2/м.
L – длина кабеля;
S – сечение кабеля.

— потерю напряжения:
Uпотерь=Iнагрузки*Rпровода,
где Iнагрузки – сила тока сети (из Таблицы 2,3)
— величину потерь напряжения:
ПОТЕРИ=(Uпотерь/Uном)*100%,
где Uном – напряжение в сети 220V или 380V.

Чтобы уменьшить потери мощности можно, например, выбрать кабель с большим сечением, пересмотреть схему укладки кабеля так, чтобы сократить его длину или, как это делают в последнее время в современных квартирах, разбить сеть на несколько линий питания. Как пример, выводят отдельно розетки, другой линией делают осветительные приборы, а такие приборы, как электрическая плита подключают отдельно к третьей линии.

Последний вариант не только снизит нагрузку сети и уменьшит потери мощности, но и позволит использовать проводку с меньшим сечением, повысит надежность электроснабжения, а также это удобно при поиске неисправностей.

Также на выбор сечения кабеля влияет способ укладки проводов.
Применяется два способа укладки кабеля: открытый и закрытый. В зависимости от того, как будут уложены провода, изменяется и количество тепла, выделяемое на проводнике.
При открытой прокладке, когда кабель постоянно находится в контакте с воздухом и охлаждается. В этом случае можно выбрать провод с сечением, полученном при расчетах.

Открытый способ менее затратный и более легкий, чем закрытый. Проще обнаружить неисправности сети, и удлинить, сделать отвод. Но он не эстетичен.

Закрытый же способ подразумевает под собой упаковку кабеля в специальные трубки и короба, часто, проводка прокладывается внутри стен и других конструкций, где нет постоянного контакта воздухом и, как следствие, охлаждение сведено к минимуму. Также будет затруднен доступ к кабелю в случае неисправности.

В данном случае, уместнее взять сечение на 20-30% больше от полученного ранее расчетного значения. Несмотря на то, что этот способ укладки проводов достаточно трудоемкий и финансово-затратный, он все чаще используется, т.к. современный ремонт не подразумевает под собой «торчащие провода».

4. Выводы

Правильный выбор сечения кабеля не только убережет кошелек от ненужных затрат на электроэнергию и испорченную технику, но и обезопасит помещение и, возможно даже, сохранит чьи-то жизни. Поэтому можно потратить немного времени и провести несложные расчеты для выбора сечения кабеля. Более того, в интернете можно воспользоваться готовыми калькуляторами, которые уже учитывают все вышеописанные факторы.

Основные понятия

Падение напряжения – это величина, отраженная в изменении потенциала в разных частях проводника. Протекающий от источника по направлению к нагрузке ток меняет свои параметры в силу сопротивления проводов, но его направление остается неизменным. Измерить напряжение можно с помощью вольтметра:

  • двумя приборами в начале и конце линии;
  • поочередное измерение в нескольких местах;
  • вольтметром, подключенным параллельно кабелю.

Простейшая цепь – источник питания, проводник, нагрузка. Примером может быть лампа накаливания, включенная в розетку 220 В. Если замерить прибором напряжение на лампе, оно будет немного ниже. Падение возникло на сопротивлении лампы.

Напряжение или падение напряжения на участке цепи можно вычислять, применяя закон Ома, по формуле U = IR, где:

  • U – электрическое напряжение (вольт);
  • I – сила тока в проводнике (ампер);
  • R – сопротивление цепи или ее элементов (ом).

Зная две любые величины, можно вычислить третью. При этом нужно учитывать род тока – переменный или постоянный. Если в цепи несколько параллельно подключенных сопротивлений, расчет несколько усложняется.

Пример 2

Три цепи освещения подключены параллельно друг с другом на одну фазу трехфазной линии, сбалансированной по нагрузкам, состоящей из четырехжильного кабеля на 70 мм 2 длиной 50 м и проводящего ток 150 А. По каждой линии освещения длиной 20 м проходит ток 20 А.

Межфазные потери при действующей нагрузке составляют: ∆Uфаз= 150∙0, 05∙0,55 = 4,1 В. Теперь следует определить потери между нейтралью и фазой, поскольку освещение подключается на напряжение 220 В: ∆Uф-н = 4,1/√3 = 2,36 В.

На одной подключенной цепи освещения падение напряжения составит: ∆U = 18∙20∙0,02=7,2 В. Общие потери определяются через сумму Uобщ = (2,4+7,2)/230∙100 = 4,2 %. Расчетное значение находится ниже допустимых потерь, которые составляют 6 %.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector