Падение напряжения по длине кабеля

Расчет падения напряжения на проводах

Выбор сечения провода для постоянного тока. Падение напряжения (пояснения в статье)

Говорят, что в своё время между Эдисоном и Тесла проходило соперничество – какой ток выбрать для передачи на большие расстояния – переменный или постоянный? Эдисон был за то, чтобы для передачи электричества использовать постоянный ток. Тесла утверждал, что переменный ток легче передавать и преобразовывать.

Впоследствии, как известно, победил Тесла. Сейчас повсеместно используется переменный ток, в России с частотой 50 Гц. Такой ток дешевле передавать на большие расстояния. Хотя, есть и линии электропередач постоянного тока специального применения.

А если использовать высокие напряжения (например, 110 или 10 кВ), то выходит значительная экономия на проводах, по сравнению с низким напряжением. Об этом я рассказываю в статье про то, чем отличается напряжение 380В от 220В.

Тесла потом пошёл ещё дальше – нашёл способ, как передавать электрический ток совсем без проводов. Чем вызвал большое недовольство производителей меди. Но это уже тема совсем другой статьи.

Кстати, если Вам интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

Забегая вперед, скажу, что расчет сечения провода для постоянного тока строится на двух критериях:

Падение напряжения (потери)
Нагрев провода

Первый пункт для постоянного тока наиболее важен, а второй лишь вытекает из первого.

Теперь обстоятельно, по порядку, для тех, кто хочет ПОНИМАТЬ.

Падение напряжения на проводе

Статья будет конкретная, с теоретическими выкладками и формулами. Кому не интересно, что откуда и почему, советую перейти сразу к Таблице 2 – Выбор сечения провода в зависимости от тока и падения напряжения.

И ещё – расчет потерь напряжения на длинной мощной трехфазной кабельной линии. Пример расчета реальной линии.

Итак, если взять неизменной мощность, то при понижении напряжения ток должен возрастать, согласно формуле:

P = I U. (1)

U = R I. (2)

Из этих двух формул видно, что при понижении питающего напряжения потери на проводе возрастают. Поэтому чем ниже питающее напряжение, тем большее сечение провода нужно использовать, чтобы передать ту же мощность.

Для постоянного тока, где используется низкое напряжение, приходится тщательно подходить к вопросу сечения и длины, поскольку именно от этих двух параметров зависит, сколько вольт пропадёт зря.

Сопротивление медного провода постоянному току

Сопротивление провода зависит от удельного сопротивления ρ, которое измеряется в Ом·мм²/м. Величина удельного сопротивления определяет сопротивление отрезка провода длиной 1 м и сечением 1 мм².

Сопротивление того же куска медного провода длиной 1 м рассчитывается по формуле:

R = (ρ l) / S, где (3)

R – сопротивление провода, Ом,

ρ – удельное сопротивление провода, Ом·мм²/м,

l – длина провода, м,

S – площадь поперечного сечения, мм².

Сопротивление медного провода равно 0,0175 Ом·мм²/м, это значение будем дальше использовать при расчетах.

Не факт, что производители медного кабеля используют чистую медь “0,0175 пробы”, поэтому на практике всегда сечение берется с запасом, а от перегрузки провода используют защитные автоматы, тоже с запасом.

Из формулы (3) следует, что для отрезка медного провода сечением 1 мм² и длиной 1 м сопротивление будет 0,0175 Ом. Для длины 1 км – 17,5 Ом. Но это только теория, на практике всё хуже.

Ниже приведу табличку, рассчитанную по формуле (3), в которой приводится сопротивление медного провода для разных площадей сечения.

Таблица 0. Сопротивление медного провода в зависимости от площади сечения

S, мм²	0,5	0,75	1	1,5	2,5	4	6	10
R для 1м	0,035	0,023333	0,0175	0,011667	0,007	0,004375	0,002917	0,00175
R для 100м	3,5	2,333333	1,75	1,166667	0,7	0,4375	0,291667	0,175

Расчет падения напряжения на проводе для постоянного тока

Теперь по формуле (2) рассчитаем падение напряжения на проводе:

U = ((ρ l) / S) I , (4)

То есть, это то напряжение, которое упадёт на проводе заданного сечения и длины при определённом токе.

Вот такие табличные данные будут для длины 1 м и тока 1А:

Таблица 1.
Падение напряжения на медном проводе 1 м разного сечения и токе 1А:

S, мм²	0,5	0,75	1	1,5	2,5	4	6	8	10
U, B	0,0350	0,0233	0,0175	0,0117	0,0070	0,0044	0,0029	0,0022	0,0018

Эта таблица не очень информативна, удобнее знать падение напряжения для разных токов и сечений. Напоминаю, что расчеты по выбору сечения провода для постоянного тока проводятся по формуле (4).

Таблица 2.
Падение напряжения при разном сечении провода (верхняя строка) и токе (левый столбец).
Длина = 1 метр

Какие пояснения можно сделать для этой таблицы?

1. Красным цветом я отметил те случаи, когда провод будет перегреваться, то есть ток будет выше максимально допустимого для данного сечения. Пользовался таблицей, приведенной у меня на СамЭлектрике: Выбор площади сечения провода.

2. Синий цвет – когда применение слишком толстого провода экономически и технически нецелесообразно и дорого. За порог взял падение менее 1 В на длине 100 м.

Как пользоваться таблицей выбора сечения?

Пользоваться таблицей 2 очень просто. Например, нужно запитать некое устройство током 10А и постоянным напряжением 12В. Длина линии – 5 м. На выходе блока питания можем установить напряжение 12,5 В, следовательно, максимальное падение – 0,5В.

В наличии – провод сечением 1,5 квадрата. Что видим из таблицы? На 5 метрах при токе 10 А потеряем 0,1167 В х 5м = 0,58 В. Вроде бы подходит, учитывая, что большинство потребителей терпит отклонение +-10%.

Но. ПрОвода ведь у нас фактически два, плюс и минус, эти два провода образуют кабель, на котором и падает напряжение питания нагрузки. И так как общая длина – 10 метров, то падение будет на самом деле 0,58+0,58=1,16 В.

Иначе говоря, при таком раскладе на выходе БП 12,5 Вольт, а на входе устройства – 11,34. Этот пример актуален для питания светодиодной ленты.

И это – не учитывая переходное сопротивление контактов и неидеальность провода (“проба” меди не та, примеси, и т.п.)

Поэтому такой кусок кабеля скорее всего не подойдет, нужен провод сечением 2,5 квадрата. Он даст падение 0,7 В на линии 10 м, что приемлемо.

А если другого провода нет? Есть два пути, чтобы снизить потерю напряжения в проводах.

1. Надо размещать источник питания 12,5 В как можно ближе к нагрузке. Если брать пример выше, 5 метров нас устроит. Так всегда и делают, чтобы сэкономить на проводе.

2. Повышать выходное напряжение источника питания. Это черевато тем, что с уменьшением тока нагрузки напряжение на нагрузке может подняться до недопустимых пределов.

Например, в частном секторе на выходе трансформатора (подстанции) устанавливают 250-260 Вольт, в домах около подстанции лампочки горят как свечи. В смысле, недолго. А жители на окраине района жалуются, что напряжение нестабильное, и опускается до 150-160 Вольт. Потеря 100 Вольт! Умножив на ток, можно вычислить мощность, которая отапливает улицу, и кто за это платит? Мы, графа в квитанции “потери”.

Вывод по выбору сечения провода для постоянного напряжения:

Чем короче и толще провод, по которому течет постоянный ток, тем меньше падение напряжения на нём, тем лучше. То есть, потеря напряжения в проводах минимальна.

Если смотреть на таблицу 2, нужно выбирать значения сверху-справа, не переходя в “синюю” зону.

Для переменного тока ситуация та же, но вопрос не стоит столь остро – там мощность передается за счет повышения напряжения и понижения тока. См. формулу (1).

В заключение – таблица, в которой падение постоянного напряжения задано пределом 2% , а напряжение питания равно 12 В. Искомый параметр – максимальная длина провода.

Внимание! Имеется ввиду двухпроводная линия, например кабель, содержащий 2 провода. То есть, тот случай, когда через кабель длиной 1 м ток делает путь 2 м, туда-сюда. Я привёл этот вариант, т.к. он чаще всего встречается на практике. Для одного провода, чтобы узнать падение на нём напряжения, надо число внутри таблицы умножить на 2. Спасибо внимательным читателям!

Таблица 3. Максимальная длина провода для падения постоянного напряжения 2%.

Наша полторашка по этой таблице может иметь длину только 1 метр. Падать на ней будет 2%, или 0,24В. Проверяем по формуле (4) – всё сходится.

Если напряжение выше (например, 24 В постоянного тока), то и длина может быть соответственно больше (в 2 раза).

Всё вышесказанное относится не только к постоянному, но и вообще к низкому напряжению. И при выборе площади сечения в таких случаях следует руководствоваться не только нагревом провода, но и падением напряжения на нём. Например, при питании галогенных ламп через понижающий трансформатор.

Читать еще: Ecoplast RSE 40 Перегородка для ARC-LAN 573914

Прошу прокомментировать статью, у кого как теория совпадает с практикой?

Калькулятор падения напряжения

Калькулятор предназначен для расчёта падения напряжения в кабельных линиях подсистем питания и линиях систем оповещения с рабочим напряжением 12/24В.

Калькулятор предназначен для расчёта падения напряжения в кабельных линиях подсистем питания и линиях систем оповещения с рабочим напряжением 12/24В. В калькуляторе реализовано два типа расчета, которые можно изменять во время работы.
При выборе «Расчет падения напряжения» программа произведет расчет напряжения в конце участка кабельной линии в зависимости от длины линии, силы тока и используемого сечения.

В режиме «Расчет сечения проводов» подбирается минимальное допустимое сечение провода в зависимости от длины линии, силы тока и минимального допустимого напряжения в конце линии.

Рассмотрим более подробно принцип работы программы на практике. Подберем необходимое сечение кабеля для линии оповещения с пятью оповещателями «ОПОП 2-35 12В», подключаемых к «РМ-4К прот.R3» (линии питания от «ИВЭПР» до «РМ-4К прот.R3» считаются аналогично).

Данный оповещатель сохраняет работоспособность при напряжении питания 10-13,8В и имеет ток потребления 0,035А. Указываем минимальное значение напряжения в калькуляторе 10В.
Заполняем данные длины и силы тока для каждого участка линии. В столбце «Ток, А» заполняем ток потребления каждого элемента (программа автоматически рассчитывает сумму токов, протекающих на этом участке). Для создания нового участка нажимаем кнопку «Добавить».

После заполнения всех данных получаем, что минимально допустимое сечение кабеля для нашей линии 0,2 мм 2 .

Полученные расчеты падения напряжения можно выгрузить в формате «.doc» для дополнения выходной документации к проекту.

Что называется падением напряжения на участке цепи

Работа электроприборов невозможна без определенных параметров сети. Они состоят из многих факторов. Один из них – сопротивление проводников электрическому току. Учитывая сечение при выборе проводов или кабелей, необходимо брать в расчет и падение напряжения.

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.

Результат понижения напряжения

Распространено явление, когда входное напряжение определяется ниже установленной нормы. Проседание по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, который вызывает увеличение сопротивления. Также потери возрастают на линиях большой протяженности, что характерно для сельской местности.

Согласно нормативам, потери от трансформатора до самого удаленного участка должны составлять не более 9%. Результат отклонения параметров от нормы может быть следующим:

сбой работы энергозависимых установок и оборудования, осветительных приборов;
выход электроприборов из строя при низких показателях напряжения на входе;
снижение вращающего момента при пуске электродвигателя или компрессорной установки;
пусковой ток приводит к перегреву и отключению двигателя;
неравномерная токовая нагрузка в начале линии и на удаленном конце;
осветительные приборы работают вполнакала;
потери электроэнергии, недоиспользование мощности тока.

В рабочем режиме потери напряжения в кабеле могут быть до 5%. Это значение допустимо для сетей энергетической отрасли, так как токи большой мощности доставляются на дальние расстояния. К таким линиям предъявляются повышенные требования. Поэтому при потерях в быту следует уделить внимание вторичным сетям распределения энергии.

Причины падения напряжения

Прежде всего нужно разобраться: это вина поставщика электроэнергии или потребителя. Проблемы с сетью возникают по таким причинам:

износ линий электропередач;
недостаточная мощность трансформаторов;
дисбаланс мощности или перекос фаз.

Эти проблемы связаны с поставщиком, самостоятельно их решить невозможно. Чтобы понять, правильно или нет работают высоковольтные линии, придется вызывать представителей энергосбыта. Они сделают замеры и составят заключение.

Удостовериться, что вина падения не связана с поставщиком, можно самостоятельно. Прежде всего, стоит выяснить у соседей, есть ли у них подобные проблемы. Для измерения напряжения в быту подойдет мультиметр. Его стоимость до 1000 рублей. Если прибор на входе в квартиру показывает нормальное напряжение, причину нужно искать в домашней сети.

Падать напряжение может из-за большой протяженности проводки. Когда длина сети превышает 100 метров, а сечение проводников 16 мм, колебания станут регулярными. Чтобы исправить ситуацию, придется менять проводку.

Слабые контакты – это дополнительное сопротивление току. К приборам он доходит в недостаточном количестве. К тому же неисправные контакты могут вызвать замыкание и привести к пожару. Чтобы нормализовать показатели, нужно заменить аварийный участок цепи и подгоревшие контакты.

Виновником может быть неправильное соединение проводов, идущих от ЛЭП к дому. Иногда вопреки требованиям безопасности соединяют медные провода с алюминиевыми или медные проводники соединены вместо клемм скруткой. Клеммы и зажимы изготовлены из некачественных материалов, либо срок их годности вышел.

Возможно, неисправность заключается в самом вводном аппарате. В этом случае его следует заменить.

Как рассчитать потери

При расчете электрической линии отклонения напряжений не должны превышать регламентированных норм. Допустимые колебания для бытовых однофазных сетей – 209–231В, для трехфазной сети напряжение может варьироваться от 361 до 399 В.

Колебания силы тока и потребляемой мощности приводит к изменению напряжения в токопроводящих жилах возле потребителя. Поэтому при составлении схемы электропроводки необходимо учитывать допустимые потери.

В однофазной сети идет два провода, поэтому падение напряжения можно найти по следующей формуле: U=I*R, в свою очередь, R=(r*2i)/S.

где r – удельное сопротивление, которое равно сопротивлению провода, сечением 1 мм2 и длиной 1м;
i – обозначается как длина проводника;
S – сечение кабеля.

В трехфазной сети мощности на фазных проводах компенсируют друг друга, а длина нулевого проводника не учитывается, так как по нему не идет ток. Если нагрузка по фазам неравномерная, расчет выполняют как для однофазной сети. Для линий большой протяженности дополнительно учитывают емкостное и индуктивное сопротивление.

Расчет падения можно выполнять с помощью онлайн-калькулятора, также существуют специальные таблицы. В них показаны допустимые токовые нагрузки для кабелей разных типов. При расчетах сечения кабеля должны учитываться следующие данные:

материал изготовления проводников;
скрытая или открытая прокладка линии;
токовая нагрузка;
условия окружающей среды.

При протекании тока по кабелю, проводу или шине, происходит их нагревание. Этот процесс изменяет физические свойства проводников. Происходит оплавление изоляции, перегрев контактов, перегорание провода. От правильного подбора кабеля зависит надежность и бесперебойная работа электросети.

Как уменьшить падение напряжения и снизить потери в кабеле

Можно снизить количество потерь, уменьшив сопротивление на всем участке электросети. Экономию дает способ повторного заземления нуля на каждой опоре линии электропередач.

Стоимость электроснабжения линией большой протяженности, выбранной по допустимому падению напряжения, больше выбора, выполненного по нагреву кабеля. Все же есть возможность снизить эти расходы.

Усилить начальный потенциал питающего кабеля, подключив его к отдельному трансформатору.
Добиться постоянных величин напряжения в сети можно с помощью установки стабилизатора возле нагрузки.
Подключение потребителей с низкими нагрузками 12–36 В выполняют через трансформатор или блок питания.

Снизить расходы увеличением сечения питающего кабеля. Но этот метод потребует больших финансовых вложений.
При разработке линий энергоснабжения следует выбирать максимально короткий путь, так как прямая линия всегда короче ломаной.
При снижении температуры сопротивление металлов уменьшается. Вентилируемые кабельные лотки и другие конструкции снижают потери в линии.
Уменьшение нагрузки возможно, если есть много источников питания и потребителей.

Экономию дает должное содержание и профилактика электросетей – проверка плотности и прочности контактов, использование надежных клеммников.

Подходить к вопросу сохранения энергии нужно с полной ответственностью. Проблема потери напряжения может вывести из строя дорогостоящие приборы, инструменты. Не стоит пренебрегать мерами безопасности, они будут нивелировать скачки напряжения и защищать бытовую технику и оборудование на предприятии.

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Производя расчет потерь электроэнергии в кабеле, важно учитывать его длину, сечения жил, удельное индуктивное сопротивление, подключение проводов. Благодаря этой справочной информации вы сможете самостоятельно произвести расчет падения напряжения.

Читать еще: Как правильно маркировать провода в электрощите

Виды и структура потерь

Даже самые эффективные системы электроснабжения имеют те или иные фактические потери электроэнергии. Под потерями понимается разница между данной пользователям электрической энергией и по факту пришедшей к ним. Это связано с несовершенством систем и с физическими свойствами материалов, из которых они изготовлены.

Самый распространенный вид потерь электроэнергии в электрических сетях связан с потерями напряжения от длины кабеля. Для нормирования финансовых трат и подсчета их действительной величины была разработана такая классификация:

Технический фактор. Он связан с особенностями физических процессов и может изменяться под влиянием нагрузок, условных постоянных затрат и климатических обстоятельств.
Затраты на использование дополнительного снабжения и обеспечение нужных условий для деятельности технического персонала.
Коммерческий фактор. В эту группу входят отклонения из-за несовершенства контрольно-измерительных приборов и прочие моменты, провоцирующие недоучет электрической энергии.

Основные причины появления потери напряжения

Основная причина потери мощности в кабеле — это потери в линиях электропередач. На расстоянии от электростанции до потребителей не только рассеивается мощность электроэнергии, но и падает напряжение (что при достижении значения меньше минимально допустимого может спровоцировать не только неэффективную работу приборов, но и полную их неработоспособность.

Также потери в электрических сетях могут быть вызваны реактивной составляющей участка электрической цепи, то есть наличием на этих участках любых индуктивных элементов (это могут быть катушки связи и контуров, трансформаторы, дроссели низкой и высокой частот, электродвигатели).

Способы уменьшения потерь в электрических сетях

Пользователь сети не может повлиять на потери в ЛЭП, но может снизить падение напряжения на участке цепи, грамотно подключив ее элементы.

Медный кабель лучше соединять с медным, а алюминиевый — с алюминиевым. Количество соединений проводов, где материал жилы изменяется, лучше свести к минимуму, так как в таких местах не только рассеивается энергия, но и увеличивается тепловыделение, что при недостаточном уровне теплозоляции может быть пожароопасным. Учитывая показатели удельной проводимости и удельного сопротивления меди и алюминия, более эффективно в плане энергозатрат использовать медь.

Если это возможно, при планировании электрической цепи любые индуктивные элементы, такие как катушки (L), трансформаторы и электродвигатели, лучше подключать параллельно, так как согласно законам физики, общая индуктивность такой схемы снижается, а при последовательном подключении, наоборот, увеличивается.

Еще для сглаживания реактивной составляющей используют конденсаторные установки (или RC-фильтры в совокупности с резисторами).

В зависимости от принципа подключения конденсаторов и потребителя имеется несколько типов компенсации: личная, групповая и общая.

При личной компенсации емкости присоединяют непосредственно к месту появления реактивной мощности, то есть собственный конденсатор — к асинхронному мотору, еще один — к газоразрядной лампе, еще один — к сварочному, еще один — для трансформатора и т.д. В этой точке приходящие кабели разгружаются от реактивных токов к отдельному пользователю.
Групповая компенсация включает в себя присоединение одного или нескольких конденсаторов к нескольким элементам с большими индуктивными характеристиками. В данной ситуации регулярная одновременная деятельность нескольких потребителей связана с передачей суммарной реактивной энергии между нагрузками и конденсаторами. Линия, которая подводит электрическую энергию к группе нагрузок, разгрузится.
Общая компенсация предусматривает вставку конденсаторов с регулятором в основном щите, или ГРЩ. Он производит оценку по факту текущего потребления реактивной мощности и быстро подсоединяет и отсоединяет нужное число конденсаторов. В результате берущаяся от сети общая мощность приводится к минимуму в согласии с моментальной величиной необходимой реактивной мощности.
Все установки компенсации реактивной мощности включают в себя пару ветвей конденсаторов, пару ступеней, которые образуются специально для электрической сети в зависимости от потенциальных нагрузок. Типичные габариты ступеней: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 квар.

Для приобретения больших ступеней (100 и больше квар) соединяют параллельно небольшие. Нагрузки на сети уменьшаются, токи включения и их помехи снижаются. В сетях с множеством высоких гармоник сетевого напряжения конденсаторы защищают дросселями.

Автоматические компенсаторы обеспечивают сети, снабженной ими, такие преимущества:

уменьшают загрузку трансформаторов;
делают более простыми требования к сечению кабелей;
дают возможность загрузить электросети больше, чем можно без компенсации;
ликвидируют причины уменьшения напряжения сети, даже когда нагрузка подсоединена протяженными кабелями;
увеличивают КПД мобильных генераторов на топливе;
упрощают запуск электрических двигателей;
увеличивают косинус фи;
ликвидируют реактивную мощность из контуров;
защищают от перенапряжений;
совершенствуют регулировку характеристик сетей.

Калькулятор расчета потерь напряжения в кабеле

Для любого кабеля расчет потерь напряжения можно произвести онлайн. Ниже приведен онлайн-калькулятор потерь в кабеле напряжения.

Калькулятор находится в разработке, в ближайшее время он станет доступным.

Расчет с применением формулы

Если вы желаете самостоятельно посчитать, каково падение напряжение в проводе, учитывая его длину и прочие факторы, влияющие на потери, можно использовать формулу расчета падения напряжения в кабеле:

ΔU, % = (Uн — U) * 100/ Uн,

где Uн — номинальное напряжение на входе в сеть;

U — напряжение на отдельном элементе сети (считают потери в процентах от номинала, имеющегося на входе напряжения).

Из этого можно вывести формулу расчета потерь электроэнергии:

ΔP, % = (Uн — U) * I * 100/ Uн,

где Uн — номинальное напряжение на входе в сеть;

I — фактический ток сети;

Таблица потерь напряжения по длине кабеля

Ниже приведены приблизительные падения напряжения по длине кабеля (таблица Кнорринга). Определяем необходимое сечение и смотрим значение в соответствующем столбце.

ΔU, %	Момент нагрузки для медных проводников, кВт∙м, двухпроводных линий на напряжение 220 В
При сечении проводника s, мм², равном
1,5	2,5	4	6	10	16
1	18	30	48	72	120	192
2	36	60	96	144	240	384
3	54	90	144	216	360	576
4	72	120	192	288	480	768
5	90	150	240	360	600	960

Таблицы не принимают во внимание индуктивное сопротивление, т.к. при использовании проводов оно чрезмерно мало и не может равняться активному.

Кто платит за потери электричества

Потери электроэнергии при передаче (если передавать ее на большие расстояния) могут быть существенными. Это влияет на финансовую сторону вопроса. Реактивную составляющую учитывают при определении общего тарифа использования номинального тока для населения.

Для однофазных линий она уже включена в стоимость, учитывая параметры сети. Для юридических лиц эта составляющая рассчитывается независимо от активных нагрузок и в предоставляемом счете указывается отдельно, по особому тарифу (дешевле, чем активная). Делается это ввиду наличия на предприятиях большого количество индукционных механизмов (например, электродвигателей).

Органы энергонадзора устанавливают допустимое падение напряжения, или норматив потерь в электрических сетях. За потери при передаче электроэнергии платит пользователь. Поэтому, с точки зрения потребителя, экономически выгодно подумать о том, чтобы снизить их, изменив характеристики электрической цепи.

Падение напряжения по длине кабеля

Электрическая энергия является наиболее практичным и универсальным видом энергии. Она производится в крупных объемах и транспортируется на огромные расстояния при помощи проводов. При транспортировке по магистральным кабелям уровень потерь составляет примерно до 9 %. Соответственно, в домах и на других объектах напряжение ниже, чем в начале пути по электромагистралям.

Как рассчитать потери

Выбор материала для электросетей очень важен, так как он должен соответствовать всем вашим требованиям к максимальным мощностям и быть рассчитанным на перегрузки и резкие изменения. Также нужно учитывать длину провода, в котором происходят потери.

Провода для тока выбирают по минимальному значению, затем нужно рассчитать потери напряжения в кабеле. При постоянных нагрузках размер потерь напряжения значится неизменным, но при увеличенных нагрузках провода нагреваются, что увеличивает потери.

Расчет потерь напряжения в кабеле можно провести следующим образом:

∆U = (P∙r0+Q∙x0)∙L/ Uном,
где: ∆U – величина потерь;
L – длина цепи;
P и Q — мощность, Вт (активная) и вар (реактивная);
r0 и x0 — сопротивление по линии Ом/м;
Uном – номинальное напряжение, В;
Последнее значение указано в техническом паспорте на электрический прибор.

Правила устройств электроустановок (ПУЭ) регламентируют возможные отклонения напряжения от нормы. Для силовых цепей и освещения жилых зданий и улиц допустимо ±5 %, для освещения промышленных и общественных строений – от +5 до -2,5 %.

От трансформатора сумма общей потери мощности в кабеле до самого последнего получателя электроэнергии по кабельной линии, с учетом назначения зданий (промышленные или жилые), падение напряжения не может превышать 9 %. При этом 5 % уходит на участок до основного ввода и 4 % — от точки ввода до клиента. Для объемных сетей с напряжением до 400 В допустимо 10 % при регулярных нагрузках без перегрузок.

Расчет на потерю напряжения ЛЭП

Линии электропередач представляет собой компонент электрической сети, чья функция — передача электричества. Для расчета реактивных потерь в кабеле электропередач необходимо взять среднее реактивное сопротивление для алюминиевых или сталеалюминиевых кабелей, рассчитать нагрузки P и Q. Реактивную потерю можно вычислить следующим образом: ∆U = P∙r0∙L/Uном + Q∙x0∙L/Uном, активную — по формуле ∆Ua = ∆U — ∆Uр.

Также необходимо определить сечение провода (s = P∙L∙r0/(∆Ua∙Uном)) и найти в стандартном ряду соответствующее или ближайшее, а также найти это значение в таблице активного и реактивного сопротивлений на один километр линии.

На основе вычисленных показателей можно определить уточненную величину потери. При превышении допустимого показателя требуется заменить провод с большим сечением.

Пути снижения потерь мощности в кабеле

Наибольшее количество потерь обычно связано с установкой провода и его эксплуатацией. Основной способ снизить их — это максимально уменьшить сопротивление на всех участках электросетей. Несмотря на то что очевидное решение – увеличить сечение проводников, при котором уменьшается сопротивление, оно приводит к удорожанию монтажа и материала. ПУЭ рекомендуют использовать во внутридомовой разводке провода с сечением 2,5 мм2, а в бытовых сетях – 5 мм2.

Также можно использовать меры по снижению нулевого провода. В однофазной двухпроводной схеме предусмотрено получение тока по проводу-фазе, после чего он уходит по другому проводу – ноль. Снижение сопротивления фазы – трудоемкое и затратное занятие, в отличие от нулевого провода. Для этого проводится повторное заземление нуля на каждой опоре линии электропередач, то есть, по сути, проводится второй провод от нуля домашней сети до нуля трансформатора.

При расчетах потерь мощности в кабеле такой способ показывает значительную экономию тока, а также обеспечивает большую безопасность использования электроэнергии.

Помимо этого, значительная экономия электроэнергии происходит при содержании электросети в надлежащем состоянии. Для этого необходимо регулярно проверять прочность и плотность контактов, заменить все скрутки и подобные им контакты современными клеммниками. Это позволит снизить потери до минимума.

Также можно прибегнуть к следующим мерам:

При использовании воздушных линий при обрыве линий электропередач образуется зона локального повышения сопротивления так называемой скрутки, где происходит деформация составляющих и нагрев.
В качестве замены нужно взять самонесущий алюминиевый изолированный (СИП) провод. «Самонесущий» означает, что для него не требуется дополнительного троса для крепежа линии, он выдерживает свой вес под порывом ветра или снега.
Замена кабеля на столбах. Для этого потребуется материал типа СИП-2А, СИП-3, СИП-4 с сечением не меньше 15 мм2, он способен пропустить до 63 А тока, что равно 14 кВт на одну фазу и 42 Квт на три. Такой элемент прослужит долго за наличия двойной изоляции и особым внешним покрытием.
Для уменьшения расхода внутри провода используют стабилизатор на входе к домашней сети или промышленного строения. Стабилизатор обеспечивает ±5 % на выходе, при колебаниях на входе — на ±30 %.
Для снижения можно использовать трехфазный счетчик, подключенный к сооружению. За счет трех фаз уменьшается количество тока, идущего по каждой из них.

Такая проблема, как потери напряжения, может лишить вас дорогостоящих приборов и инструментов из-за колебаний входящего напряжения. Поэтому подойти к вопросу сохранения мощности нужно с ответственностью. Не стоит пренебрегать мерами сохранения энергии, а также стабилизаторами, которые нивелируют скачки напряжения, тем самым защищая бытовую технику в домах и оборудование на предприятиях.

Калькулятор расчета потерь напряжения в электрическом кабеле

Кабельные линии большой протяженности отличаются значительным сопротивлением, которое вносит свои коррективы в работу сети. В зависимости от марки кабеля и других параметров будет отличаться и величина сопротивления. А величина потеть напряжения на кабельной линии прямо пропорциональна этому сопротивлению.

При помощи онлайн калькулятора расчет потерь напряжения в кабеле сводится к таким действиям:

Укажите длину кабеля в метрах и материал токоведущих жил в соответствующих окошках;
Сечение проводника в мм²;
Количество потребляемой электроэнергии в амперах или ваттах (при этом поставьте указатель напротив мощности или силы тока, в зависимости от того, какой параметр вам известен, и какую величину вы будете указывать);
Проставьте величину напряжения в сети;
Внесите коэффициент мощности cosφ;
Укажите температуру кабеля;

После того как вы внесли вышеперечисленных данные в поля калькулятора, нажмите кнопку «вычислить» и в соответствующих графах вы получите результат расчета — величину потерь напряжения в кабеле ΔU в %, сопротивление самого провода R_пр в Ом, реактивную мощность Q_пр в ВАр и напряжение на нагрузке U_н.

Для вычисления этих величин вся система, включающая кабель и нагрузку, заменяется на эквивалентную, которую можно представить таким образом:

Схема замещения линии с нагрузкой

Как видите на рисунке, в зависимости от типа питания нагрузки (однофазная или трехфазная), сопротивление кабельной линии будет иметь последовательное или параллельное соединение по отношению к нагрузке. Расчет в калькуляторе осуществляется по таким формулам:

для однофазной сети: ΔU = I*Z_К = I*2*(R_К+X_К) и для расчета в процентном соотношении:
для трехфазной системы: Для расчета в процентном соотношении:

ΔU – потеря напряжения;
U_Л – линейное напряжение;
U_Ф – фазное напряжение;
I – ток, протекающий в линии;
Z_К – полное сопротивление кабельной линии;
R_К – активное сопротивление кабельной линии;
X_К – реактивное сопротивление кабельной линии.

Из них U_Л, U_Ф, I, — задаются на этапе введения данных. Для определения полного сопротивления Z_К производится арифметическое сложение его активной R_К и реактивной X_К составляющей. Активное и реактивное сопротивление определяется по формулам:

R_К – активное сопротивление кабельной линии, где

ρ – удельное сопротивление для соответствующего металла (медь или алюминий), но величина удельного сопротивления материала величина не постоянная и может изменяться в зависимости от температуры, из-за чего для приведения его к реальным условиям выполняется пересчет по отношению к температуре:

a – это коэффициент температурного изменения удельного сопротивления материала.
ρ₂₀ – удельное сопротивление материала при температуре +20ºС.
t – реальная температура проводника, в данный момент времени.
l – длина кабельной линии (если нагрузка однофазная, а кабель имеет две жилы, то обе они включены последовательно и длину необходимо умножить на 2)
S – площадь сечения проводника.

Зная активное сопротивление можно рассчитать реактивное X_К, через коэффициент мощности по такой формуле:

Реактивная мощность определяется по такой формуле: Q = S*sin φ, где

Где S – это полная мощность, которую можно определить, как произведение тока в цепи на входное напряжение источника или как отношение активной мощности к коэффициенту мощности.

Для вычисления величины напряжения, приходящейся на нагрузку, производятся такие расчеты: U_Н = U — ΔU, где

Где U_Н – величина напряжения, приложенная к нагрузке;
U – напряжение на вводе в кабельную линию
ΔU – падение напряжения в кабельной линии.

Потеря напряжения в проводах

При передаче электрической энергии по коротким проводам сопротивлением их можно пренебречь. При большей длине их (l > 10 м) сопротивлением проводов пренебрегать нельзя, так как прохождение тока вызовет в них заметное падение напряжения:

Разность напряжений в начале и конце линии (рис. 2-5) U₁ — U₂, равная падению напряжения в проводах, называется потерей напряжения.

При неизменном напряжении в начале линии напряжение в конце линии, т. е. на приемнике, изменяется от U₂ = U₁ при I = 0 до U₂ = U₁ — ΔU при нагрузке.
Колебание напряжения для осветительной нагрузки не должно превышать — 2,5, +5%, а для силовой ±5 и иногда + 10% номинального. Поэтому допускаемая потеря напряжения в линии не должна превышать тех же значений.
При заданной допустимой потере напряжения, используя формулу (2-31), можно определить необходимое сечение проводов линии

Найденное по формуле (2-33) сечение должно быть проверено на допустимое нагревание
(табл. 2-3).
Мощность потерь в линии определяется произведением потери напряжения и тока, т. е.