Формула расчета падения напряжения в линии. Расчет необходимого сечения кабеля

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?

1. Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.

Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S , где

р — удельное сопротивление провода, Ом*мм 2 /м;

l — длина провода, м;

S — площадь поперечного сечения провода, мм 2 .

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм 2 /м , и для алюминия р=0,028 Ом*мм 2 /м . Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.

Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм 2 . Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).

Учтите, что ток «бежит» по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому «пробегаемое» им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.

Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).

На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.

Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.

Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.

Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.

Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.

Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм 2 для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм 2 .

Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм 2 длинной 50 м.

Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм 2 не спасет. Тут выход один — это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.

Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.

Не забываем улыбаться:

Звонок мужу в командировку:
— Дорогой, а почему в кране нет воды?
— Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно…
— Милый, а почему газа нет?
— Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено…
— Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
— Пойди заплати за коммуналку, дура!

Как правильно и точно сделать расчет сечения кабеля по потере напряжения? Очень часто при проектировании сетей электроснабжения требуется грамотный расчет потерь в кабеле. Точный результат важен для выбора материала с необходимой площадью сечения жилы. Если кабель выбран неправильно, это повлечет за собой множественные материальные затраты, ведь система быстро выйдет из строя и перестанет функционировать. Благодаря сайтам помощникам, где имеется уже готовая программа для расчета сечения кабеля и потери на нем, сделать это можно легко и оперативно.

Как воспользоваться калькулятором онлайн?

В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его про

Калькулятор расчета потерь напряжения

С помощью данного калькулятора можно вычислить потери напряжения (мощности) и подобрать необходимое поперечное сечения кабеля.

Для этого необходимо знать рабочее напряжение, протекающий ток и длину кабеля. Ниже приведен пример расчета.

Расcчитать

Мощность, Вт:
Напряжение с учетом потерь, В:
Потери напряжения, В:		или
Потери мощности, Вт:
Мощность с учетом потерь, Вт:

Сброс

* Общая длина кабелей плюса и минуса
Удельное сопротивление меди в формулах 0,0175 Ом*мм²/м (при 20 С^о)

 

Для примера подберем сечение кабеля от солнечных батарей до контроллера на примере солнечной электростанции для дома, состоящую из следующих компонентов:

1. Монокристаллическая солнечная батарея Suoyang SY-200WM — 4 шт.;
2. Контроллер заряда ITracer IT6415ND — 1 шт.;
3. Инвертор PI 2000Вт/12В (чистый синус) — 1 шт.;
4. Гелевый аккумулятор 200Ач — 2 шт.

Итак, напряжение в точке максимальной мощности у монокристаллической солнечной батареи Suoyang SY-200WM составляет 37,2В, а ток в максимальной мощности 5,38А, именно эти значения мы будем использовать в расчетах. Но для начала нам нужно определиться, как соединить между собой солнечные батареи.

В состав нашего комплекта входит контроллер заряда Epsolar на 60А, с функцией поиска максимальной мощности (MPPT). Максимальное входное напряжение от солнечных батарей в данный контроллер составляет 150В, а выходное напряжение на аккумулятор будет составлять 12/24/36 или 48В, автоматически в зависимости от напряжения аккумулятора, который мы подключили. В нашем случае это два 12 вольтовых гелевых аккумулятора Delta 12-200, соединенных параллельно. 

Имея четыре солнечные батареи SY-200 и выше описанный контроллер мы можем подключить солнечные батареи двумя способами:

1. Параллельное соединение (все четыре штуки параллельно между собой). При этом напряжение у нас останется 37,2В, а максимальный ток от солнечных батарей составит 5,38А * 4 = 21,52А

.

2. Последовательно – параллельное соединение (две последовательных цепочки по две штуки). При этом напряжение будет составлять 37,2В * 2=74,4В, а ток 5,38 * 2 = 10,76А.

Нужно понимать, что мощность в двух случаях будет ОДИНАКОВАЯ. Разность только в токе и напряжении — в первом случае у нас больше ток, но меньше напряжение, а во втором – наоборот. Если мы подключим все четыре солнечные батареи последовательно, то напряжение будет выше, чем допустимое максимальное входное напряжение контроллера заряда, которое составляет 150В, более того нужно учитывать температурный коэффициент и напряжение холостого хода, но сейчас не об этом.

Сечение кабеля подбирается по току, чем больше ток – тем больше сечение!

Подставим в калькулятор расчета потерь напряжения данные первого способа подключения (параллельно все четыре штуки), расстояние от солнечных батарей до контроллера примем равным 15 метров (15 плюс и 15 минус), соответственно общая длина кабеля составит 30 метров, сечение кабеля возьмем равным 6мм²:

• Напряжение: 37,2В
• Сечение кабеля: 6мм²
• Длина: 30м
• Максимальный ток: 21,52А

Получаем потери напряжения и мощности более 5% (потери напряжения: 1,88В, потери мощности: 40,45Вт).

Подставим второй способ подключения (Две последовательных цепочки по две штуки):

• Напряжение: 74,4В
• Сечение кабеля: 6мм²
• Длина: 30м
• Максимальный ток: 10,76А

Получаем куда лучший результат, благодаря увеличенному напряжению и меньшему току: потери напряжения и мощности 1,26% (потери напряжения: 0,94В, потери мощности: 10,11Вт)

Выводы: Как видно, благодаря возможности увеличения напряжения, путем последовательно – параллельного соединения солнечных батарей, нам удалось уменьшить ток и при использовании кабеля одного и того же сечения уменьшить потери в нем в 4 раза!

Читайте также:

Расчет сечения кабеля (провода)

 

 

Диэлектрические потери в кабелях

Сечение кабеля, показывающее
изоляция Диэлектрики (например, изоляционные материалы) при воздействии переменного электрического поля будут иметь некоторую потерю энергии. Изменяющееся электрическое поле вызывает небольшую перестройку слабо связанных молекул, что приводит к выработке тепла. Количество потерь увеличивается при увеличении уровня напряжения. Для низковольтных кабелей потери обычно незначительны и обычно игнорируются.Для кабелей более высокого напряжения потери и выделяемое тепло могут стать важными и должны быть приняты во внимание.

Диэлектрики (например, изоляционные материалы) при воздействии переменного электрического поля будут иметь некоторые потери энергии. Изменяющееся электрическое поле вызывает небольшую перестройку слабо связанных молекул, что приводит к выработке тепла. Количество потерь увеличивается при увеличении уровня напряжения. Для низковольтных кабелей потери обычно незначительны и обычно игнорируются.Для кабелей более высокого напряжения потери и выделяемое тепло могут стать важными и должны быть приняты во внимание.

Диэлектрические потери измеряются с использованием так называемого тангенса угла потерь или тангенса дельты ( tan δ ). Проще говоря, tan delta — это тангенс угла между вектором переменного поля и компонентом потерь материала. Чем выше значение tan δ , тем больше будут диэлектрические потери. Список значений tan δ для различных изоляционных материалов см. В примечании «Свойства кабельной изоляции».

Примечание: в день В кабелях со статическим электрическим полем отсутствуют диэлектрические потери. Следовательно, учет диэлектрических потерь относится только к кабели.

Кабельное напряжение

Диэлектрические потери действительно становятся значительными и должны учитываться при более высоких напряжениях. МЭК 60287 «Электрические кабели. Расчет номинального тока» предполагает, что диэлектрические потери необходимо учитывать только для кабелей со следующими уровнями напряжения:

Тип кабеля	U 0 , кВ
Бутилкаучук	18
EDR	63.5
Пропитанная бумага (заполненная маслом или газом)	63,5
Пропитанная бумага (сплошная)	38
PE (высокая и низкая плотность)	127
ПВХ	6
XLPE (заполненный)	63.5
XLPE (незаполненный)	127

Кабель Диэлектрические потери

Емкость кабеля

Емкость кабеля можно получить у производителей или для круглых проводников, рассчитанную по следующей формуле:

C = ε 18ln (D i d c) 10 −9 F. m −1

Учитывая tan δ и емкость кабеля, диэлектрические потери легко вычисляются:

W d = ω C U 0 2 tan δ

Можно использовать вышеупомянутое для других форм проводника, если среднее геометрическое значение заменено на Di и dc .

Символы

d _c — диаметр проводника, мм
D _и — наружный диаметр изоляции, мм
C — емкость кабеля на единицу длины, F.m ^-1
U ₀ — номинальное напряжение кабеля на землю, В
Вт _d — диэлектрические потери на единицу длины, Вт ^-1
tan δ — коэффициент потерь для изоляции
ε — относительная диэлектрическая проницаемость изоляции
ω — угловая частота (2πf)

См. Также

,

myCableEngineering.com> Диэлектрические потери в кабелях

Сечение кабеля, показывающее
изоляция

Диэлектрики (например, изоляционные материалы) при воздействии переменного электрического поля будут иметь некоторые потери энергии. Изменяющееся электрическое поле вызывает небольшую перестройку слабо связанных молекул, что приводит к выработке тепла. Количество потерь увеличивается при увеличении уровня напряжения. Для низковольтных кабелей потери обычно незначительны и обычно игнорируются.Для кабелей более высокого напряжения потери и выделяемое тепло могут стать важными и должны быть приняты во внимание.

Диэлектрики (например, изоляционные материалы) при воздействии переменного электрического поля будут иметь некоторые потери энергии. Изменяющееся электрическое поле вызывает небольшую перестройку слабо связанных молекул, что приводит к выработке тепла. Количество потерь увеличивается при увеличении уровня напряжения. Для низковольтных кабелей потери обычно незначительны и обычно игнорируются.Для кабелей более высокого напряжения потери и выделяемое тепло могут стать важными и должны быть приняты во внимание.

Диэлектрические потери измеряются с использованием так называемого тангенса угла потерь или тангенса дельта ( tan δ ). Проще говоря, tan delta — это тангенс угла между вектором переменного поля и компонентом потерь материала. Чем выше значение tan δ , тем больше будут диэлектрические потери. Перечень значений tan δ для различных изоляционных материалов см. В примечании «Свойства кабельной изоляции».

Примечание: в день В кабелях со статическим электрическим полем отсутствуют диэлектрические потери. Следовательно, учет диэлектрических потерь относится только к кабели.

Кабельное напряжение

Диэлектрические потери только становятся значительными и должны учитываться при более высоких напряжениях. МЭК 60287 «Электрические кабели. Расчет номинального тока» предполагает, что диэлектрические потери необходимо учитывать только для кабелей со следующими уровнями напряжения:

Тип кабеля	U 0 , кВ
Бутилкаучук	18
EDR	63.5
Пропитанная бумага (заполненная маслом или газом)	63,5
Пропитанная бумага (сплошная)	38
PE (высокая и низкая плотность)	127
ПВХ	6
сшитый полиэтилен (заполненный)	63,5
из сшитого полиэтилена (без наполнителя)	27

Кабель Диэлектрические потери

Учитывая tan δ и емкость кабеля, диэлектрические потери легко вычисляются:

W d = ω C U 0 2 tan δ

Можно использовать вышеупомянутое для других проводниковых форм, если вместо геометрических средних Di и DC .

Символы

d _c — диаметр проводника, мм
D _и — наружный диаметр изоляции, мм
C — емкость кабеля на единицу длины, F.m ^-1
U ₀ — номинальное напряжение кабеля на землю, В
Вт _d — диэлектрические потери на единицу длины, Вт ^-1
tan δ — коэффициент потерь для изоляции
ε — относительная диэлектрическая проницаемость изоляции
ω — угловая частота (2πf)

Кабельная емкость

Емкость кабеля можно получить у производителей или для круглых проводников, рассчитанную по следующей формуле:

C = ε 18ln (D i d c) 10 −9 F.м -1

,Инструмент для определения размеров кабелей постоянного тока

— используйте кабели правильного размера

Этот онлайн-инструмент для расчета размеров кабелей позволяет легко определить правильный размер кабелей для любой системы питания постоянного тока.

Размеры кабелей особенно важны для кабелей аккумуляторных батарей низкого напряжения, солнечных батарей, ветряных турбин и кабелей нагрузки. Потеря или падение напряжения в кабелях неправильного размера являются одной из наиболее распространенных причин сбоев в работе системы низкого напряжения (12 В, 24 В или 48 В).

Если кабель слишком маленький, это может быть очень опасно, так как кабель нагревается и может привести к пожару.Негабаритные кабели также расходуют энергию. И наоборот, слишком большой кабель, и вы просто тратите деньги на хорошую медь.

		Как использовать Калькулятор размера кабеля 1 — Введите допустимый процент потерь в кабеле [обычно около 2 или 3%]. 2 — Введите номинальное напряжение системы [или напряжение PV-матрицы для солнечных кабелей]. 3 — Введите максимальный ток, который будет передаваться по кабелю [ампер = ватт / напряжение]. 4 — Введите необходимую длину кабеля [источник питания для нагрузки]. 5 — Нажмите «Рассчитать» — результаты показаны в ближайших стандартных метрических и AWG кабельных размерах.

Все размеры кабелей, приведенные на этой странице, относятся к одножильному кабелю с резиновой изоляцией HO7RNF, при температуре окружающей среды 30 град. C и температура проводника не более 85 ° C.

Размеры кабелей следует использовать только в качестве ориентировочных, и, если не используется кабель HO7RNF, все цифры следует сверять с данными производителя. Кроме того, все кабели должны быть предохранены / защищены током до их максимального значения или меньше.

Отказ от ответственности: Мы (www.solar-wind.co.uk) не несем юридической ответственности за любые проблемы, вызванные использованием этого калькулятора размеров кабелей.

.