Что называется падением напряжения на участке цепи

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.

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).

Примеры

Пример 1 (см. рис. G29)

Трехжильный медный кабель сечением 35 мм 2 длиной 50 м подает питание к двигателю Uн = 400 В, потребляющему:

• 100 A при cos φ = 0,8 при нормальной постоянной нагрузке;
• 500 A (5 In) при cos φ = 0,35 во время запуска.

Отклонение напряжения в начале кабеля, подсоединяющего двигатель (то есть на распределительном щите (рис. G30), который распределяет ток в 1000 А), составляет — 10 В линейного напряжения.

Каково отклонение напряжения на зажимах двигателя:

• в рабочем режиме;
• во время запуска.

• Отклонение напряжения на двигателе в рабочем режиме будет равно:

В таблице G28 дано соотношение 1 В/A/км, и согласно этому:
∆U для кабеля = 1 x 100 x 0,05 = 5 В
∆U общее = 10 + 5 = 15 В , то есть:

Это значение меньше, чем разрешенное (8%), и является приемлемым.

• Потеря напряжения в кабеле во время запуска двигателя:

∆Uкабеля = 0,52 x 500 x 0,05 = 13 В

Из-за дополнительного тока, потребляемого во время запуска двигателя, падение напряжения на распределительном щите превысит 10 Вт.

Предположим, что ток, подаваемый на распределительный щит во время запуска двигателя, равен 900 + 500 = 1400 А, тогда отклонение напряжения на распределительном щите пропорционально увеличится:

∆U для распределительного щита = 14 В
∆U для кабеля двигателя = 13 В
∆U общее = 13+ 14 = 27 В, то есть:

Отклонение = 6,75% (напряжение на зажимах = 400 — 27 = 373 В) приемлемо во время запуска двигателя.

Рис. G29: Пример 1

Пример 2

(см. рис. G30):

Трехфазная четырехпроводная линия с медными проводниками сечением 70 мм 2 и длиной 50 м проводит ток 150 A. Линия питает, кроме прочих нагрузок, 3 однофазных цепи освещения, каждая из которых состоит из медного провода сечением 2,5 мм 2 , длиной 20 м,и проводит ток 20 A.

Предполагается, что токи в кабельной линии сечением 70 мм 2 являются симметричными, и три цепи освещения подсоединены к линии в одной и той же точке.

Какова потеря напряжения от ТП до конечных точек цепей освещения?

• Потеря напряжения в четырехпроводной линии:

На рис. G28 показано значение 0,55 В/A/км

∆U линии = 0,55 x 150 x 0,05 = 4,125 В (линейное)

Фазная потеря напряжения:

• Потеря напряжения в каждой из однофазных цепей освещения:

∆U для однофазной цепи = 18 x 20 x 0,02 = 7,2 В

Таким образом, общая потеря напряжения будет равна:

Это значение является удовлетворительным, так как оно меньше, чем максимальная допустимая потеря напряжения, составляющая 6%.

Рис. G30: Пример 2zh:稳定负荷条件下的电压降计算

Основные причины появления потери напряжения

Большие потери электрического напряжения возникают в из – за чрезмерного рассеивания энергии. В результате этого, поверхность кабеля сильно нагревается, тем самым провоцируя деформирование изоляционного слоя. Такое явление распространено на высоковольтных линиях, где отмечают большие нагрузки.

Чаще всего существенные потери наблюдают на протяженных электролиниях. Помимо этого, здесь отмечают большие финансовые расходы на электричество в процессе эксплуатации.

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:

1. При использовании воздушных линий при обрыве линий электропередач образуется зона локального повышения сопротивления так называемой скрутки, где происходит деформация составляющих и нагрев.
2. 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.
3. 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.
4. 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 %.
5. 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.