Падение напряжения: расчет, формула, как найти - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Согласно правилам Речного Регистра, общая потеря электрического напряжения в главном распределительном щите для всех потребителей не должна превышать следующих значений:

Падение напряжения происходит при переходе нагрузки через электрическую цепь. Действие этой нагрузки напрямую связано с параметром напряжения в ее узлах. При определении сечения проводника следует помнить, что его величина должна быть такой, чтобы при нагрузке оно находилось в определенных пределах, которые необходимо поддерживать для нормальной работы сети.

мнемоническая диаграмма для закона Ома

Кроме того, нельзя игнорировать характеристики сопротивления проводников, образующих цепь. Очевидно, что он незначителен, но его влияние значительно. Падение напряжения возникает при передаче тока. Поэтому для того, чтобы обеспечить, напр. стабильной работы двигателя или освещения необходимо поддерживать оптимальный уровень, для чего необходимо тщательно рассчитать провода электрической цепи.

Важно! Допустимый предел для той или иной функции варьируется в зависимости от страны. Об этом нельзя забывать. Если оно ниже значений, установленных в вашей стране, используйте проводники с большим сечением.

Любой электроприбор будет работать безупречно, если к нему подведено значение, для которого он был разработан. Если кабель подобран неправильно, это приведет к большим потерям напряжения, и прибор будет работать при слишком низком напряжении. Это особенно верно для постоянного тока и низкого напряжения. Например, если напряжение составляет 12 вольт, то потеря одного или двух вольт уже будет критичной.

Закон Ома для участка цепиS – площадь поперечного сечения проводящего элемента (м 2 )

Содержание

Каково падение напряжения на резисторе

Электрический ток, протекающий по цепи, испытывает сопротивление, которое может меняться при различных условиях окружающей среды (очень низкие температуры или тепло) и может зависеть от свойств проводника, о котором идет речь. Например, чем тоньше проводник или чем он длиннее, тем выше его стоимость.

На его стоимость влияют следующие факторы:

интенсивность тока;
Длина токопроводящих частей;
напряжение;
материал токопроводящих частей;
тепло (температура);
площадь поперечного сечения.

Резисторы делятся на фиксированные, переменные и регулируемые. Основное различие между ними заключается в том, что величину сопротивления можно изменять. Фиксированные резисторы являются наиболее распространенными – их нельзя изменить, поэтому они так и называются. Переменные резисторы отличаются тем, что величина их сопротивления регулируется. В триммерном резисторе его также можно менять, но отличие этого типа в том, что он не предназначен для частой замены. По сравнению с переменными резисторами, подстроечные резисторы имеют более компактную конструкцию.

Чтобы рассчитать падение напряжения на резисторе, обратите внимание, что уменьшение нагрузки, приложенной ко всей цепи (т.е. напряжения, подключенного к цепи), может быть получено либо для всей цепи, либо для любого компонента цепи. Падение напряжения обусловлено сопротивлением, которым обладают проводники.

Падение напряжения на резисторе зависит от протекающего тока и характеристик проводников. Температура и величина тока также имеют значение. Например, напряжение, измеренное вольтметром на лампочке, подключенной к сети 220 вольт, будет немного ниже из-за сопротивления, которым обладает лампочка.

Источники питания имеют разные номиналы напряжения. Это значение может быть выше, чем требуемая мощность. Чтобы предотвратить перегорание питаемой нагрузки, часто необходимо снизить напряжение, в том числе с помощью резисторов.

Таблица сравнения напряжений

Электропитание	Напряжение
Никель-кадмиевый аккумулятор	1,2 В
Литий-железо-фосфатная батарея	3,3 В
Батарея коронного типа	9 В
Автомобильный аккумулятор	12 В
Аккумулятор грузового автомобиля	24 В

В этом случае резистор должен уменьшить ток, протекающий в цепи. Ток не преобразуется в тепло, он ограничен. Это означает, что при включении резистора в цепь ток будет уменьшаться – это работа резистора, при которой элемент нагревается.

В общем случае падение напряжения можно рассчитать по простой формуле, объединяющей эти значения.

Однако в некоторых случаях, например, при параллельном соединении резисторов, рассчитать необходимое значение сложнее. В этом случае потребуется специальная формула, чтобы свести сопротивление параллельных ветвей к одному числу:

При необходимости учитываются и другие сопротивления, составляющие это значение (например, сопротивление кабеля и источника питания).

Рассчитайте падение напряжения на примере наружного освещения.

Предположим, что вам необходимо рассчитать падение напряжения для четырех столбов наружного освещения, соединенных последовательно с наружным распределительным устройством.

Расчет падения напряжения с петлевым источником питания

Расчеты падения напряжения при установке гирлянд достаточно просты. Одно сечение линии, одно сечение кабеля, одна длина, один ток нагрузки. Подставив эти данные в формулу, вы получите результат.

Расчет падения напряжения усложняется, если нагрузки питаются от последовательно соединенных цепей. Фактически, для одной линии необходимо выполнить несколько расчетов падения напряжения: расчет падения напряжения должен быть выполнен для каждого участка. Дополнительные трудности возникают при изменении потребляемой мощности нагрузок, питающихся от главной цепи. Изменение энергопотребления одной нагрузки повлияет на всю цепочку.

Как часто магистрали и петли встречаются на практике? Есть много примеров:

В групповых сетях есть сети освещения, розеточные сети.
В жилых домах этажные блоки питаются от сети.
В промышленных и коммерческих зданиях также распространены сетевые и последовательные цепи питания.
Примером шинной цепи, питающей потребителей, является шинопровод.
Питание столбов наружного дорожного освещения.

Давайте рассмотрим расчет падения напряжения на примере наружного освещения.

Предположим, вам нужно рассчитать падение напряжения для четырех столбов наружного освещения, подключенных последовательно к наружному распределительному щиту.

Длина секций от панели до столба, между столбами: L1, L2, L3, L4.
Ток, протекающий через секции: I1, I2, I3, I4.
Падение напряжения на сегментах: dU%1, dU%2, dU%3, dU%4.
Ток, потребляемый светильниками на каждом столбе, Iламп.

Столбы получают достаточное питание от шлейфа:

I4= Лампа
I3=I4+Iлампа
I2=I3+Iлампа
I1=I2+Iлампа

Ток потребления лампы неизвестен, но известны мощность и тип лампы (из каталога или п.6.30 СП 31-110-2003).

Ток определяется по формуле:

Формула для расчета полного фазного тока

I_ф – суммарный фазный ток
P – активная мощность
U_ф – фазное напряжение
cosφ – коэффициент мощности
N_ф – количество фаз (N_ф=1 для однофазной нагрузки, N_ф=3 для однофазной нагрузки)

Напомним, что линейное (междуфазное) напряжение в √3 раз больше фазного:

При расчете падения напряжения в трехфазной сети принимайте падение напряжения на линии, в однофазных сетях – падение напряжения на линии.

Падение напряжения рассчитывается по формулам:

Формула для расчета падения напряжения в трехфазной цепи

Формула для расчета падения напряжения в однофазной цепи

I_ф – суммарный фазный ток, протекающий в цепи
R – сопротивление цепи
cosφ – коэффициент мощности

Сопротивление сечения рассчитывается по формуле

ρ – сопротивление проводника (медь, алюминий)
L – длина секции
S – поперечное сечение проводника
N – количество параллельных проводников в линии

Значения сопротивления для различных сечений проводников обычно приводятся в каталогах

Если имеется информация о сопротивлении проводников, формула для расчета падения напряжения выглядит следующим образом

Формула для расчета падения напряжения в трехфазной цепи

Формула для расчета падения напряжения в однофазной цепи

Подставьте значения токов, сопротивления, длины, количества параллельных проводов и коэффициента мощности в формулу для расчета падения напряжения в цепи.

Нормативные документы регламентируют величину относительного падения напряжения (в процентах от номинального значения), которая рассчитывается по формуле:

U – номинальное напряжение сети.

Формула для расчета относительного падения напряжения одинакова для трехфазных и однофазных сетей. Для трехфазной системы подставьте трехфазное падение напряжения и номинальное напряжение; для однофазной системы подставьте однофазное падение напряжения:

Формула для расчета относительного падения напряжения в трехфазной системе

Формула для расчета падения напряжения в однофазной системе

Теперь, когда с теорией покончено, давайте посмотрим, как это сделать в DDECAD.

Предположим, что входные данные следующие:

Мощность лампы 250 Вт, cosφ=0,85.
Расстояние между полюсами, от экрана до первого полюса L1=L2=L3=L4=20м.
Столбы поставляются с медным кабелем 3×10.
Ответвление от питающего кабеля к лампе выполнено кабелем 3×2,5 длиной L=6м.

Создайте расчетную таблицу для каждого полюса в DDECAD.

Заполните данные для лампы в каждой расчетной таблице:

Объедините расчетную таблицу для колонны 3 с расчетной таблицей для колонны 4, для колонны 2 с колонной 3, для колонны 1 с колонной 2 и для SCHNO с колонной 1:

Объедините расчетную таблицу для колонны 3 с расчетной таблицей для колонны 4, для колонны 2 с колонной 3, для колонны 1 с колонной 2 и для SCHNO с колонной 1:

Затем перенесите падение напряжения, рассчитанное программой в конце первой секции (столбец 1), в зеленую ячейку расчетной таблицы столбца 1:

Перенесите значения, ссылаясь на ячейку в таблице вычислений на родительской панели. Для колонки 1 и СНО это делается следующим образом:

В таблице расчета столбца 1 установите курсор на зеленую ячейку в столбце “∆U”.
Нажмите “=”.
Перейдите к таблице расчета PNO.
Установите курсор на ячейку в поле “∆U_∑»в строке Колонка 1.
Нажмите “Enter”.

Вы получите расчетное падение напряжения в конце второй секции (колонка 2) – 0,37% и расчетное падение напряжения на лампе – 0,27%.

Проделайте то же самое для всех остальных расчетных таблиц и получите расчетные значения падения напряжения для всех секций.
Поскольку мы связали таблицы (используя программное обеспечение, связывая одну таблицу с другой, и вручную перенося значения падения напряжения), у нас получилась связанная система. Если будут внесены какие-либо изменения, все будет автоматически автоматически пересчитывается.

В некоторых ситуациях можно преобразовать число 5 в гораздо большее значение. Для этого оценить падение напряжения на проводниках.

Пример

Оцените падение напряжения на медном проводе сечением 1,5 мм² и длиной 20 м при напряжении 24 В и мощности подключенной полосы 50 Вт.

Подставив эти значения в первую формулу, мы получим, что на проводе “теряется” около 1 вольта и около 2 ватт. В принципе, это не так много, но если есть возможность увеличить толщину проволоки, то лучше это сделать.

Конечно, вы можете увеличить напряжение источника тока, организовав падение напряжения, но это совсем не лучшее решение. Например, если мощность лампочек на конце провода составляет 180 ватт, то падение напряжения на проводе будет уже 3,5 вольта, а мощность – 25 ватт. На светильниках будет всего 20 вольт, и драйверы некоторых светильников от недостатка напряжения могут перейти в нештатный режим и начать перегреваться, потребляя гораздо больше заявленной мощности (при том, что светодиоды будут давать одинаковую яркость), что только увеличит падение напряжения на проводе. В такой ситуации можно только гадать, что произойдет первым – загорятся провода или выйдет из строя арматура.

А для 12 В трансформаторов падение напряжения и потребляемая мощность будут в два раза больше.

Единственным подходящим решением является увеличение толщины проводника. Как уже упоминалось, удвоение сечения проводника уменьшает потери в проводнике примерно вдвое.

Стоимость прокладки длинной линии, подобранной с учетом приемлемого падения напряжения, выше, чем при выборе греющего кабеля. Сократить эти расходы все еще возможно.

Как уменьшить падение напряжения и потери в кабеле

Уменьшить величину потерь можно путем снижения сопротивления по всей длине линии электропередачи. Метод повторного заземления нейтрального провода на каждом столбе линии электропередачи обеспечивает экономию.

Стоимость прокладки длинной линии, выбранной для приемлемого падения напряжения, больше, чем выбор греющего кабеля. Снизить эту стоимость все еще возможно.

Усильте начальный потенциал силового кабеля, подключив его к отдельному трансформатору.
Постоянное напряжение в сети может быть достигнуто путем установки стабилизатора рядом с нагрузкой.
Подключение потребителей с низкой нагрузкой 12-36 В через трансформатор или источник питания.

Снижение затрат за счет увеличения сечения питающего кабеля. Однако этот метод потребует больших инвестиций.
При проектировании линий электропередачи следует выбирать кратчайший возможный маршрут, так как прямая линия всегда короче ломаной.
При снижении температуры сопротивление металлов уменьшается. Вентилируемые кабельные лотки и другие конструкции снижают потери в линии.
Снижение нагрузки возможно при наличии нескольких источников питания и нагрузок.

Правильное обслуживание и профилактика электрических сетей – проверка герметичности и прочности контактов, использование надежных клеммных колодок – экономически выгодны.

К вопросу энергосбережения нужно подходить ответственно. Проблемы с отключением электроэнергии могут привести к тому, что дорогостоящее оборудование и инструменты перестанут работать. Не следует пренебрегать мерами предосторожности, чтобы свести на нет скачки напряжения и защитить установки и оборудование.

Где C₁ и C₂ – емкость первого и второго конденсатора соответственно (мкФ).

“Маленькие хитрости”. Часть 4.

Каждый уважающий себя радиотехник должен знать формулы для расчета различных электрических величин. Ведь при ремонте электронных устройств или сборке электронной бытовой техники очень часто приходится производить такие расчеты. Без знания таких формул это очень сложно и трудоемко, а иногда даже невозможно сделать!

Как рассчитать емкость конденсатора, как рассчитать сопротивление резистора или как найти мощность устройства – помогут расчетные формулы для радиолюбителей.

Прежде всего, необходимо усвоить, что ВСЕ величины в формулах указываются в АМПЕРАХ, ВОЛЬТАХ, ОМ, МЕТРАХ и КИЛОГРАММАХ.

Закон Ома.

Как вы знаете из школьного курса физики, закон Ома. На этом основано большинство расчетов в радиоэлектронике. Закон Ома выражается тремя формулами:

Где: I – ток (A), U – напряжение (V), R – сопротивление, имеющееся в цепи (Ом).

Давайте теперь рассмотрим практическое применение этих формул в расчетах радиосвязи для радиолюбителей.

Как рассчитать сопротивление подавляющего резистора.

Сопротивление подавляющего резистора рассчитывается по формуле: R= U /I

Где: U – избыточное напряжение, которое необходимо выдать (В), I – ток, потребляемый цепью или устройством (A).

Как рассчитать мощность гасящего резистора.

Расчет мощности гасящего резистора производится по формуле: P=I 2 R

Где I – ток, поглощаемый цепью или устройством (A), R – сопротивление резистора (Ом).

Как рассчитать падение напряжения на резисторе.

Падение напряжения на резисторе можно рассчитать по формуле: U_{U pas} _. =RI

Где R – сопротивление гасящего резистора (Ом), I – ток, поглощаемый устройством или цепью (A).

Как рассчитать ток потребления устройства или цепи.

Для расчета тока, потребляемого устройством или цепью, используйте формулу: I=P/U

Где P – мощность устройства (Вт), U – напряжение питания устройства (В).

Как рассчитать мощность в ваттах.

Чтобы рассчитать мощность устройства в ваттах, можно воспользоваться следующей формулой P=IU

Где I – ток потребления устройства (A), U – напряжение питания устройства (В).

Как рассчитать длину радиоволны.

Длина радиоволны может быть рассчитана по формуле: ƛ=300000/ƒ.

Где ƒ – частота в килогерцах, ƛ – длина волны в метрах.

Как рассчитать частоту радиосигнала.

Частоту радиосигнала можно рассчитать по формуле: ƒ=300000/ƛ

Где ƛ – длина волны в метрах, а ƒ – частота в килогерцах.

Как рассчитать номинальную выходную мощность звуковой частоты.

Номинальная выходная мощность устройства воспроизведения звука (усилителя, проигрывателя и т.д.) может быть рассчитана по формуле: P=U 2 _из./ R _{ном .}

Где U 2 – напряжение переменного тока на нагрузке, R-nom – номинальное сопротивление нагрузки.

И, наконец, еще несколько формул. Эти формулы используются для расчета сопротивления и емкости резисторов и конденсаторов, когда их нужно соединить параллельно или последовательно.

Как рассчитать сопротивление двух резисторов, соединенных параллельно.

Расчет двух параллельно соединенных резисторов производится по формуле: R=R₁R₂/(R₁+R₂)

Где R₁ и Р₂ – сопротивление первого и второго резистора соответственно (Ом).

Как рассчитать сопротивление более чем двух резисторов, соединенных параллельно.

Сопротивление более двух резисторов, соединенных параллельно, рассчитывается по формуле: 1/R=1/R₁+1/R₂+1/R_n…

Где R₁, R₂, R_n_… – сопротивление первого, второго и последующего резисторов соответственно (в омах).

Как рассчитать емкость двух или более конденсаторов, соединенных параллельно.

Емкость нескольких параллельно соединенных конденсаторов рассчитывается по формуле: C=C₁+ C₂+C_n_…

Где C₁ , C₂ и C_n– емкости первого, второго и следующего конденсатора (мкФ) соответственно.

Как рассчитать емкость двух последовательно соединенных конденсаторов.

Емкость двух последовательно соединенных конденсаторов рассчитывается по формуле: C=C₁ C₂/C₁+C₂

Где C₁ и C₂ – емкость первого и второго конденсатора соответственно (мкФ).

Как рассчитать емкость более чем двух последовательно соединенных конденсаторов.

Емкость более чем двух последовательно соединенных конденсаторов рассчитывается по формуле: 1/C=1/C₁+1/C₂+1/C_n_…

Где C₁, C₂ и C_n_… – емкости первого, второго и последующего конденсаторов (мкФ).

Читайте далее: