Базовые формулы определения напряжения
Для расчёта напряжения и сопротивления в цепи используются формулы или готовые онлайн калькуляторы.
Через силу тока и сопротивление
| Значение | Формула |
| Базовый расчёт напряжения на участке цепи | U=I/R, где I — сила тока в Амперах, а R — сопротивление в Омах |
| Определение напряжения в цепи переменного тока | U=I/Z, где Z — сопротивление в Омах, измеренное по всей протяженности цепи |
- При прохождении токов высокой частоты происходит быстрое изменение электромагнитных полей. При расчёте высокочастотных цепей следует учитывать инерцию частиц, которые переносят заряд.
- При работе цепей в условиях низких температур (вблизи абсолютного нуля) у веществ может возникать свойство сверхпроводимости.
- Нагретый проходящими токами проводник является причиной возникновения переменного сопротивления.
- При нахождении под воздействием высокого напряжения проводников или диэлектриков.
- Во время процессов, проходящих в устройствах на основе полупроводников.
- При работе светодиодов.
Через мощность и силу тока
При известной мощности потребителей и силе тока напряжение высчитывается по формуле U=P/I, где P — мощность в Ваттах, а I — сила тока в Амперах.
При расчётах в цепях переменного тока используется формула иного вида: U=(P/I)*cosφ, где cosφ — коэффициент мощности, зависит от характера нагрузки.
Для проверки расчётов рекомендуется сравнивать результат со стандартным напряжением, которое равняется 220 Вольт для однофазной сети и 380 Вольт — для трёхфазной.
Через работу и заряд
Методика расчёта используется в лабораторных задачах и на практике не применяется.
Формула имеет аналогичный закону Ома вид: U=A/q, где A — выполненная работа по перемещению заряда в Джоулях, а q — прошедший заряд, измеренный в Кулонах.
Расчёт сопротивления
При работе проводник создает препятствие течению электрического тока, которое называется сопротивлением. При электротехнических расчетах применяется понятие удельного сопротивления, которое измеряется в Ом*м.
| Значение | Формула |
| Расчет сопротивления одного элемента | R=U/I, где U — напряжение в Вольтах, а I — сила тока в Амперах |
| Расчет для однородного проводника | R=(ρ*l)/S, где ρ — значение удельного сопротивления (Ом*м, берётся из таблиц значений), l — длина отрезка проводника (метры), а S — площадь поперечного сечения (м2) |
Последовательное подключение
При последовательном соединении выход элемента связан со входом следующего. Общее сопротивление находится при помощи расчётной формулы: R=R1+R2+…+Rn, где R=R1+R2+…+Rn — значения сопротивления элементов в Омах.
Параллельное подключение
Параллельным называется соединение, при котором оба вывода одного элемента цепи соединены с соответствующими контактами другого. Для параллельного подключения характерно одинаковое напряжение на элементах. Ток на каждом элементе будет пропорционален сопротивлению.
Расчет падения напряжения в кабеле
- Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
- Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
- В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
- Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
- При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
- Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.
Зачем нужно делать расчет потерь напряжения в кабеле?
Излишне рассеивание энергии в кабеле может повлечь за собой существенные потери электроэнергии, сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции. Это опасно для жизни людей и животных. При существенной длине линии это скажется на расходах за свет, что также неблагоприятно отразиться на материальном состоянии владельца помещения.
В соответствии с нормативной документацией, потери на магистрали от трансформатора до самой удаленной точки для общественных объектов не должны превышать 9%. Что касается возможных потерь в месте ввода линии к конечному пользователю, то этот показатель должен составлять не более 4%.
В случае отклонения от указанных пределов возможны следующие последствия:
- Энергозависимое оборудование не сможет нормально функционировать.
- При низком напряжении на входе возможен отказ в работе электроприборов.
- Токовая нагрузка не будет распределяться равномерно между потребителями.
К характеристикам ЛЭП предъявляются высокие требования. При их проектировании необходимо рассчитать возможные потери не только в магистральных сетях, но и вторичных.
Варианты определения ΔU
Метод векторов
Например, известны параметры, которые необходимы для нормальной работы нагрузки. Параметры линии также известны. Следовательно, задача сводится к определению векторного напряжения U1. Шаги, приводящие к появлению искомого вектора, показаны далее.
Таблицы Кнорринга
Для всех таблиц принято ограничение – жилы должны быть из меди. Если читателю встретится такое определение, как момент нагрузки, – это как раз и будет число из таблицы Кнорринга для провода, соответствующее произведению мощности на длину.
Точные расчеты по формулам
Если по тем или иным причинам метод векторов и таблицы не устраивают, можно использовать либо формулы, показанные далее, либо калькулятор онлайн, на них основанный. Таких калькуляторов в сети немало, и найти подходящий несложно.
Расчет сечения жилы провода в распределенных системах оповещения и звуковой трансляции
Пути снижения потерь мощности в кабеле
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.
- 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.
Падение напряжения по длине кабеля: методы расчета, природа явления
- ∆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.
