Расчет падения напряжения в двухпроводной линии. Допустимые потери напряжения
Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.
Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя. Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.
Читайте также: Питающее напряжение 220/230 В однофазное и 380/400 В трехфазное в РФ. Почему 220 и 230 В, 380 В и 400В это одно и то же. 50Гц / 60Гц. Почему так. Жаргон электриков и здравый смысл.
Вам это будет интересно Особенности трехфазной сети
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).
Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм2/м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм2/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 мм2. 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).
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 мм2.
Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм2.
Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.
Читайте также: ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ И СТАТИСТИКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРОВ ОТ НИХ
Закон Ома — Закон Ома для участка цепи, формула
- при освещении и сигнализации при напряжении более 50 вольт – 5 %;
- при освещении и сигнализации при напряжении 50 вольт – 10 %;
- при силовых потреблениях, нагревательных и отопительных систем вне зависимости от электронапряжения – 7 %;
- при силовых потреблениях с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы вне зависимости от электронапряжения – 10 %;
- при пуске двигателей – 25 %;
- при питании щита радиостанции или другого радиооборудования или при зарядке аккумуляторов – 5 %;
- при подаче электричества в генераторы и распределительный щит – 1 %.
Колебания напряжения в электросети
1) Какие последствия может вызвать повышенное напряжение в сети?
2) Какие последствия может вызвать падение напряжения в сети?
Если ток падает, выходное напряжение растет. И наоборот, если потребляемый ток больше 5 А, выходное напряжение становится ниже 24 В и трансформатор начинает перегреваться (напомним, что нагрев зависит от квадрата тока). Итак, слишком маломощный трансформатор может вызвать серьезные проблемы: поэтому нельзя пренебрегать подбором мощности трансформаторов!
4) Для чего нужны плавкие предохранители серий gl и аМ?
Следовательно, эта серия предохранителей (gl) может использоваться для защиты от короткого замыкания таких потребителей, у которых пусковой ток либо вовсе не отличается от номинального (например, электронагреватели), либо продолжительность пускового периода чрезвычайно короткая (например, лампы накаливания, подобные тем, которые приведены на рис. 54.39).
Установление зависимости силы тока от напряжения на опыте
Проведем опыт. Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра, спирали из никелевой проволоки и вольтметра (рисунок 2).
Спираль из никелевой проволоки будет являться своеобразным проводником, отличающимся от других проводов. Вольтметр мы подсоединяем к ней параллельно.
Схема этой электрической цепи представлена на рисунке 3. Прямоугольником мы обозначили спираль из проволоки.
Замыкаем нашу цепь. Фиксируем показания амперметра и вольтметра.
Теперь добавим в нашу цепь еще один источник тока. Он будет идентичен первому (рисунок 4).
Схема такой цепи будет выглядеть, как показано на рисунке 5.
Что мы увидим, если сравним их с первыми показаниями?
Напряжение на спирали увеличилось в два раза. Сила тока тоже увеличилась в два раза.
Если мы добавим третий источник тока в цепь, то увидим увеличение силы тока и напряжения уже не в два, а в три раза. Добавим четвертый источник тока — увидим увеличение обоих показаний в четыре раза и т.д.
Способы снижения напряжения постоянного тока
Упражнения
Упражнение №1
При напряжении на концах участка цепи, равном 3000 \space В$, сила тока в проводнике .4 \space А$. Каким должно быть напряжение, чтобы в том же проводнике сила тока была .8 \space А$?
Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.4 \space А$
$I_2 = 0.8 \space А$
Мы знаем, что напряжение и сила тока прямо пропорциональны друг другу. Значит, во сколько раз увеличилась сила тока, во столько же раз увеличится и напряжение.
Посмотрим, во сколько раз увеличилась сила тока:
$\frac = \frac = 2$.
Получается, что сила тока увеличилась в 2 раза. Значит, напряжение тоже увеличится в два раза:
$U_2 = 2 \cdot U_1 = 2 \cdot 2 \space В = 4 \space В$.
Упражнение №2
При напряжении на концах проводника 3000 \space В$ сила тока в проводнике .5 \space А$. Какой будет сила тока в проводнике, если напряжение на его концах увеличится до $4 \space В$; если напряжение на его концах уменьшится до 700 \space В$?
Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.5 \space А$
$U_2 = 4 \space В$
$U_3 = 1 \space В$
Сила тока и напряжение прямо пропорциональны друг другу. Во сколько раз увеличится напряжение, во столько раз увеличится и сила тока. И наоборот, во сколько раз уменьшится напряжение, во столько же раз уменьшится и сила тока.
Напряжение увеличилось в 2 раза, значит, и сила тока увеличится в 2 раза:
$I_2 = 2 \cdot I_1 = 2 \cdot 0.5 \space А = 1 \space А$.
Во втором случае напряжение уменьшилось. Учтем это при вычислениях:
$\frac = \frac = 2$.
Напряжение уменьшилось в 2 раза. Значит, сила тока тоже уменьшится в два раза:
$I_3 = \frac = \frac = 0.25 \space А$.
Делитель на конденсаторах
Здесь С1 и С2 – емкости конденсаторов, U – напряжение в питающей сети, f – частота тока.
С помощью языков программирования (Java, Python, PHP) создаются приложения, позволяющие проводить онлайн-расчёт необходимых параметров резистора для снятия с него нужной величины напряжения. Написанные ими скрипты содержат все необходимые формулы и алгоритмы вычислений. Поэтому, введя исходные данные, буквально через секунду можно будет получить результат.
Обычно предлагаемы онлайн-калькуляторы содержат для наглядности графическое изображение схемы. Предлагаемыми для ввода характеристиками обычно являются:
Необходимо обратить внимание, что все величины вводятся в соответствии с СИ.
После внесения данных и нажатия кнопки «Рассчитать», кроме непосредственного определения нужного сопротивления, программы чаще всего выдают и минимальное значение необходимой мощности элементов.
Таким образом, рассчитать падение напряжения на резистивном элементе не так уж и сложно. Для этого необходимо знать особенности параллельного и последовательного подключения, а также закон Ома. А если в цепи много элементов, то можно воспользоваться онлайн-калькуляторами.
Понижаем постоянное напряжение
Делитель на резисторах
Нужно отметить один нюанс: величина сопротивления нагрузки должна быть на 1-2 порядка меньше, чем у делительных резисторов. В противном случае точность расчета будет очень грубая.
