Падение напряжения от длины в кабеле: Потери напряжения в кабеле, как их рассчитать

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

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)

Основные особенности расчета кабеля по его длине

Одним из самых важных критериев в процессе выбора кабеля, который обеспечивает электропитание, является определенное количество величин, потому стоит обращать внимание на такой способ, как расчет сечения кабеля по нагрузке, а также расчет по сечению. Для того чтобы обеспечить высокий уровень безопасности и предельной надежности, очень важно обратить внимание на длину каждого из элементов линии, кроме того, всей линии в целом. Стоит отметить, что практически все современные приспособления в первую очередь рассчитаны на какие-то определенные максимальные значения рабочего напряжения, которое может быть равно показателям от 185 до 240 Вольт. Именно по этой причине, если при расчете не учитывать показатели потери напряжения, которые связаны именно с длиной кабеля, появляется большая вероятность того, что напряжение на конце линии будет значительно меньше, чем то, что требуется для обеспечения нормальной работы всех имеющихся устройств. В свою очередь это может привести к невозможности их эксплуатации или, что еще более неприятно, могут вообще выйти из строя. Таким образом, проводя подобные расчеты сечения кабеля по показателям длины, можно обеспечить безопасность и качественную работу всей системы в целом.

Расчет сечения кабеля по длине в быту

Прежде всего, подобный метод идеально подойдет в быту. Как правило, такой расчет в данных условиях необходим в процессе изготовления удлинителей, которые рассчитаны на достаточно большие расстояния. Что касается остальных случаев, то при прокладке кабеля в бытовых условиях подобные сложные расчеты не требуются. Это основано на том, что длина линий в быту отличается относительно небольшой длиной, потому все потери напряжения настолько малы, что ими вполне можно пренебречь. Несмотря на это, в процессе прокладки линии всегда следует оставлять определенный запас, равный примерно 15 см, причем оставлять его требуется с каждой стороны на проведение таких процессов, как коммутация проводов, их подключение, где осуществляется такой процесс, как пайка, сварка или обжим. Что касается концов кабелей, то те, которые входят в щиток, должны иметь еще больший запас для подключения защитной автоматики и достаточно аккуратной укладки.

Говоря иными словами, в бытовых условиях на той поверхности, где планируется прокладывать кабель, прежде всего, стоит проставить определенные отметки мест расположения розеток, выключателей, электропотребителей, коммутационных коробок и иных подобных приспособлений. После этого рулеткой осуществляется замер расстояния и отрезается кабель, но с небольшим запасом. По окончании данных работ крепится непосредственно сам кабель к поверхности, но в строго соответствии со всеми требованиями ПУЭ.

Многие монтажники, имеющие большой опыт работы в данной сфере деятельности, а также те, которые имеют напарника, поступают еще более просто, что позволяет им сэкономить немалое количество времени. В самом начале производится разметка расположения таких устройств, как коммутационные коробочки, выключатели и розетки. Затем, без предварительного замера осуществляется прокладка и крепление кабеля, но с запасом, после чего отрезается.

Расчет сечения кабеля по длине в промышленности

Что касается области промышленности, то здесь требуемый расчет сечения кабеля по длине осуществляется уже на этапе проектирования электрических сетей. Подобные расчеты важно сделать в том случае, если на кабель будут возложены долговременные и достаточно серьезные нагрузки.

Практически все проводники по причине своих свойств, обладают определенной величиной электрического сопротивления, которое может вызвать потери в процессе прохождения по проводам электрического тока. Стоит отметить такие факторы, влияющие на параметры величины потерь и сопротивления, как материал, из которого выполнен проводник, то есть алюминий и медь, имеет значение сечение проводника, как правило, чем меньше сечение, тем потери больше. Кроме того, важна длина проводника, то есть чем больше данный параметр, тем соответственно больше и потери.

На основании всех вышеперечисленных факторов становится ясно, по какой причине в проводниках присутствует явление некоторого падения напряжения, которое, как правило, равно величине тока, умноженного на показатели сопротивления проводника. Согласно установленным правилам, примерное значение падения показателей напряжения должно быть равно 5%. Если данный параметр немного выше, проводник следует подобрать с большим сечением.

Как осуществляется расчет сечения кабеля по длине

Для осуществления подобных расчетов, как правило, используется специальная формула. В ней содержаться показатели длины, удельное сопротивление самого проводника, площадь сечения. При этом сопротивление определяется по специальным справочным таблицам, при этом можно убедиться в том, что много здесь зависит от марки провода и самого кабеля. После определения всех необходимых составляющих, определяются особые расчетные значения тока. Для этой цели суммарная мощность нагрузки разделяется на величину показателей напряжения в сети. По специальной справочной формуле рассчитывается величина падения в сети или в линии напряжения. Оценка величины соотношения в процентах к значению изначального напряжения, а также выбор оптимального сечения проводника, который должен укладываться в пятипроцентный барьер.

Важно обратить внимание, что для промышленных и иных предприятий со средним и крупным товарооборотом, рекомендуется производить специальный комплексный расчет, в процессе которого учитываются все необходимые требования для тех или иных конкретных условий эксплуатации. Для проведения подобных расчетов можно обратиться за помощью к специалистам, которые на самом высоком профессиональном уровне, с определенными гарантиями обеспечения работоспособности сети в процессе рабочих нагрузок произведут все расчеты. Кроме того, будут выполнены расчеты, которые обеспечат минимальные затраты, если есть необходимость произвести наращивание производственной мощности.

Пример расчета бытовой сфере

Если после осуществления подсчета суммарной мощности потребителей было получено 3,8 кВт, находится сила тока по такой формуле — I = P/U·cosφ. Здесь P – представляет собой суммарную мощность, (Вт), I — это сила тока, (А), cosφ – коэффициент, который равен 1, но только если сети бытовые, а также U — напряжение в сети, (В).

В данном случае, если 3,8 кВт разделить на напряжение 220 В, получится число, равное 17,3 А. Применяя специальные таблицы ПУЭ под номерами 1.3.4 и 1.3.5 определяется необходимое сечение медного кабеля или выполненное из алюминия. Что касается материала, то в быту рекомендуется использовать именно медь, потому при полученных показателях силы тока потребуется кабель из меди с сечением 1,5 кв. мм.

После этого, как правило, рассчитывается показатель сопротивления, по формуле R = p·L/S, где R — это сопротивление провода, (Ом), указатель p  представляет собой значение удельного сопротивления, (Ом·мм2/м), L – это параметр длины провода или кабеля, (м), а S — площадь поперечного сечения, который выражается в мм2. Стоит отметить, что удельное сопротивление Р – это постоянная величина, которая прямо зависит от материала. Если это медь, то удельное сопротивление равно 0,0175, если алюминий, то он равен 0,0281. На основании проведенных расчетов для одной жилы в кабеле, длина которого составляет 20 м, получается R = 0,0175·20/1,5 = 0,232 Ом. По той причине, что ток проходит только по одной жиле, а по другой возвращается, параметр длины удваивается, то есть получается Rобщ = 0,464 Ом.

При необходимости рассчитать потери напряжения используется формула dU = I·R. В данной формуле I — это сила тока, (А),dU – потери напряжения, (В), а R — показывает сопротивление кабеля или провода в Ом. После проведения расчетов получается такой пример dU = 17,3·0,464 = 4,06 В = 8,02 В.

Что касается расчета потерь в процентном соотношении, то данный показатель выводится так — 8,02 В / 220 В х 100% = 3,65%. Как видно, полученный показатель не превышает 5% то есть допустимое значение, а соответственно выбор был осуществлен верно. В ситуации, если цифра будет больше данной величины, рекомендуется подобрать медный кабель с параметром сечения не 1,5 мм, а 2,5 кв. мм.

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

R = ρ·l/S,

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

Классификация помещений по степени опасности

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

Подробнее…

Что такое гармоники в электричестве

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Подробнее…

Длина кабеля vs. Падение мощности

Падение мощности или потеря мощности в кабеле зависит от длины кабеля, его размера и силы тока в кабеле. Кабели большего размера имеют меньшее сопротивление и поэтому могут передавать большую мощность без больших потерь. Потери в кабелях меньшего диаметра остаются низкими, если передаваемая мощность мала или если кабель не очень длинный. Инженеры должны спроектировать систему питания таким образом, чтобы потери мощности в кабелях были приемлемы для длины кабеля, необходимого для питания нагрузки.

Основы

Электрические кабели имеют сопротивление на фут, и чем длиннее кабель, тем больше сопротивление. Когда ток течет по кабелю, ток, протекающий через сопротивление, приводит к падению напряжения в соответствии с законом Ома, напряжение = ток x сопротивление. Мощность в ваттах — это напряжение x ток. Заданный ток и сопротивление кабеля определяют допустимое падение напряжения. Если это 10 вольт для тока 10 ампер, мощность, потерянная в кабеле, составит 100 ватт.

Размер кабеля

Кабели большего размера имеют меньшее сопротивление на фут, чем кабели меньшего диаметра. Типичная бытовая электропроводка — это AWG 12 или 14 калибра с сопротивлением 1,6 и 2,5 Ом на 1000 футов. Для типичного дома длина кабеля может составлять до 50 футов. Соответствующие сопротивления для этих распространенных размеров кабелей составляют 0,08 и 0,13 Ом. У большего кабеля сопротивление на 36 процентов меньше, чем у меньшего кабеля, и он будет терять на 36 процентов меньше энергии. Для более длинных кабелей, таких как внешние соединения, кабель калибра AWG 10 с сопротивлением 1 Ом на 1000 футов будет иметь падение мощности на 60 процентов меньше, чем кабель калибра 14.

Напряжение

В то время как сопротивление кабелей показывает, какой кабель будет терять меньше всего, потеря мощности в ваттах определяется падением напряжения. Для 100-футовых трасс сопротивление кабелей AWG 10, 12 и 14 составляет 0,1, 0,16 и 0,25 Ом. Бытовая цепь рассчитана на 15 ампер. Пропускание тока 15 ампер через 100 футов этих кабелей приведет к падению напряжения на 1,5, 2,4 и 3,75 В соответственно.

Мощность

Падение напряжения, умноженное на ток, дает мощность в ваттах. Три кабеля длиной 100 футов, несущие ток 15 ампер, будут иметь падение мощности 22,5, 36 и 56,25 Вт для кабелей калибра 10, 12 и 14 соответственно. Эта мощность нагревает кабель, и падение напряжения снижает доступное для нагрузки напряжение. Падение напряжения от 3,6 до 6 вольт дает приемлемое падение мощности для цепи на 120 вольт. Кабель калибра AWG 14 является пограничным, о чем свидетельствуют потери мощности, превышающие потери 40-ваттной лампочки.

Как рассчитать падение напряжения

Падение напряжения описывает, как уменьшается подаваемая энергия источника напряжения по мере того, как электрический ток проходит через пассивные элементы (элементы, которые не подают напряжение) электрической цепи. Падение напряжения на внутренних сопротивлениях источника, на проводниках, на контактах и ​​на разъемах нежелательно; подведенная энергия теряется (рассеивается).

Падение напряжения любого изолированного кабеля зависит от длины кабеля (в метрах), требуемого номинального тока (в амперах) и соответствующего полного импеданса на единицу длины кабеля.Максимальный импеданс и падение напряжения, применимые к каждому кабелю при максимальной температуре проводника и при переменном токе. условия приведены в таблицах. Для кабелей, работающих в условиях постоянного тока, соответствующие падения напряжения можно рассчитать по формуле.

Формула для этого дается как:

VD = (2 × L × K × I)/см

В приведенной выше формуле:

• VD — падение напряжения на цепи
• L — длина пробега
• К — удельное сопротивление провода
• I — ток в цепи
• СМ — мера диаметра провода

Значения удельного сопротивления и диаметра провода доступны из таблиц NEC.

Пример:

Если вы хотите найти падение напряжения в однофазной цепи длиной 200 футов и с нагрузкой 50 А. Также известно, что провод представляет собой медный провод, 3 провода и 120/240 вольт. .

ВД = (2 × 200 × 12 × 50)/41740

(Удельное сопротивление меди 12)

Вд = 5,75 Вольт

Следовательно, среднее падение напряжения в цепи составляет 5,75 вольта.

Теперь, чтобы рассчитать процент падения напряжения

Процент от ВД

(ВД/В) × 100 = 5.75 вольт/240 вольт

= 0,0239 %

Следовательно, падение напряжения на цепи с указанными размерами составляет 0,0239 %. Это менее 3%, так что вы можете использовать его.

Расчет VD для трехфазного проводника:

Для расчета напряжения в трехфазной цепи используем ту же формулу, но умножаем приведенную выше формулу на 0,866. В основном, чтобы рассчитать падение напряжения между любыми двумя фазными проводниками, мы умножаем его на 1,732/2.

Следовательно, формула расчета для трехфазного проводника дается как:

ВД = 0.866 (2 × Д × П × В/см)

Вышеприведенная формула также может быть представлена ​​как:

VD = 1,732 (Д × Р × I/см)

Вы можете рассчитать падение напряжения в цепи по приведенной выше формуле, если знаете значения длины участка, удельного сопротивления проводника, силы тока в цепи и измерения диаметра и при необходимости измените размеры проводника. изменить VD по цепи.

Расчет падения напряжения — Король камер безопасности

Этот калькулятор был создан для оценки падения напряжения в электрической цепи на основе размера провода, расстояния и предполагаемого тока нагрузки. Обратите внимание, что этот калькулятор не подстраивается под фактор различных сред. Калькулятор основан на схеме, работающей в нормальных условиях при комнатной температуре с нормальной частотой. Фактическое падение напряжения может варьироваться в зависимости от состояния провода, используемого кабелепровода (при наличии), меняющейся температуры окружающей среды, разъема, окружающей частоты и т. д. Рекомендуется, чтобы падение напряжения было менее 5 % при полной загрузке.

Пример

«Падение напряжения» определяет, как снижается подаваемая энергия источника напряжения (нагрузки) по мере прохождения электрического тока по электрической цепи. Наш калькулятор падения напряжения поможет определить правильный размер провода для прокладки кабеля на основе падения напряжения и пропускной способности по току. Прежде чем мы начнем, пожалуйста, убедитесь, что вы нашли следующее:

1. Узнайте начальную нагрузку по напряжению, необходимую вашему устройству

2. Выясните, с каким блоком питания вы работаете: переменный или постоянный ток.

3.Найдите «Текущий ток» вашего устройства (камера, микрофон, ИК и т. д.)

4. Длина кабеля (футы)

5. Кабельный калибр (AWG)

{Примечание. Промышленный стандарт NEC предусматривает падение напряжения не более 10 %. Мы рекомендуем не более 5% при полной нагрузке из-за чувствительности электронного оборудования.}

Теперь, когда мы собрали всю необходимую информацию, давайте начнем. Я введу начальное напряжение нашей нагрузки (эти характеристики можно найти на вашем блоке питания).Выберите, распределяет ли ваш блок питания вольты в нагрузке постоянного или переменного тока. Затем я выбираю, с каким типом напряжения работают камеры. (Обычно для наших продуктов общий выбор будет 12 В постоянного тока и 24 В переменного тока.)

Впишу ток нашей камеры в амперах. (Примечание: 1 ампер = 1000 мА. Таким образом, если ваша камера потребляет 300 мА, введите в это поле 0,3. )
Далее я ввожу длину нашего кабеля в футах.
Затем введите сечение кабеля. (Стандарт CCTV — 18AWG)
Нажмите «Рассчитать», чтобы получить результаты.

Пример 1:
При напряжении 12 В постоянного тока камера с током 350 мА на расстоянии 100 футов на стандарте 18AWG будет иметь падение напряжения 0,45 В. Промышленный стандарт составляет +/- 10%, что составляет 1,2 вольта. В этом примере я нахожусь в пределах допустимого.

Пример 2:
Камера на 12 В постоянного тока, требующая 0,8 А или 800 мА (что вполне разумно для ИК-камеры) на расстоянии 175 футов на 18 AWG, даст вам падение напряжения на 1,79 В, что превышает допустимые 10% потерь. пределы. Способ обойти это — подавать питание на камеру с более близкого расстояния, что позволяет сократить длину кабеля, увеличить размер провода питания или использовать блок питания переменного тока (вам понадобится гиперссылка на конвертер для защиты камеры).В этом примере увеличение провода питания до 16AWG уменьшит падение напряжения до 1,12 В, что находится в определенных пределах.

ПРИМЕЧАНИЕ. Эти калькуляторы предназначены только для общей информации и не предназначены для замены профессиональной консультации. Мы советуем вам позвонить нам, если у вас есть вопросы относительно точности этой информации или если вам нужна помощь в интерпретации этой информации. Безопасность не несет ответственности за ущерб, возникший в результате использования, неправильного использования или незаконного использования информации, содержащейся здесь.

Компенсация падения напряжения на проводе удаленной нагрузки

Распространенной проблемой в системах распределения электроэнергии является ухудшение регулирования из-за падения напряжения на проводе между регулятором и нагрузкой. Любое увеличение сопротивления провода, длины кабеля или тока нагрузки увеличивает падение напряжения на распределительном проводе, увеличивая разницу между напряжением на нагрузке и напряжением, запрограммированным регулятором. Дистанционное зондирование требует прокладки дополнительных проводов к нагрузке. Для компенсатора падения кабеля/провода LT6110 не требуется дополнительная проводка.В этой статье показано, как LT6110 может улучшить регулирование, компенсируя широкий диапазон падений напряжения между регулятором и нагрузкой.

Кабельный/проводной компенсатор LT6110

На рис. 1 показана блок-схема однопроводной компенсации. Если цепь удаленной нагрузки не имеет общего заземления регулятора, требуются два провода: один к нагрузке и один провод обратного заземления. Усилитель верхней стороны LT6110 определяет ток нагрузки путем измерения напряжения V _SENSE на измерительном резисторе R _SENSE и потребляет ток I _IOUT , пропорциональный току нагрузки I _LOAD .I _{Масштабный коэффициент IOUT} программируется резистором R _IN от 10 мкА до 1 мА. Падение напряжения на проводе, V _DROP , компенсация осуществляется путем пропуска I _IOUT через резистор обратной связи R _FA для увеличения выходного сигнала регулятора на величину, равную V _DROP . Схема компенсации падения напряжения в кабеле/проводе LT6110 проста: установите произведение I _IOUT • R _FA равным максимальному падению напряжения в кабеле/проводе.

Рисунок 1.Никаких дополнительных проводов не требуется для компенсации падения напряжения на проводе к удаленной нагрузке.

LT6110 включает в себя внутренний 20 мОм R _SENSE , подходящий для токов нагрузки до 3 А; внешний R _SENSE требуется для I _LOAD больше 3A. Внешний R _SENSE может быть измерительным резистором, сопротивлением катушки индуктивности постоянному току или резистором проводника печатной платы. В дополнение к втекающему току I _IOUT вывод IMON LT6110 обеспечивает ток истока IMON для компенсации линейных стабилизаторов с привязкой к току, таких как LT3080.

Компенсация падения напряжения на кабеле для понижающего регулятора

На рис. 2 показана полная система компенсации падения напряжения в кабеле/проводе, состоящая из понижающего стабилизатора 3,3 В, 5 А и LT6110, который регулирует напряжение удаленной нагрузки, подключенной через 20 футов медного провода 18 AWG. Выходной ток 5А понижающего регулятора требует использования внешнего R _SENSE .

Рис. 2. Пример сильноточной дистанционной регулировки нагрузки: понижающий стабилизатор 3,3 В, 5 А с компенсацией падения напряжения кабеля/провода LT6110.

Максимальный ток 5A I _LOAD через сопротивление провода 140 мОм и 25 мОм R _SENSE создает падение напряжения 825 мВ. Для регулирования напряжения нагрузки, V _LOAD , для 0A ≤ I _LOAD ≤ 5A, I _IOUT • R _FA должно быть равно 825 мВ. Существует два варианта проектирования: выбрать I _IOUT и рассчитать резистор R _FA , или спроектировать резисторы обратной связи регулятора для очень малого тока и рассчитать резистор R _IN , чтобы установить I _IOUT .Обычно I _IOUT устанавливается на 100 мкА (ошибка I _IOUT составляет ±1% от 30 мкА до 300 мкА). В схеме на рисунке 2 ток цепи обратной связи равен 6 мкА (V _FB /200k), резистор R _FA равен 10 кОм, а сопротивление R _IN необходимо рассчитать, чтобы установить I _IOUT • R _FA = 825 мВ.

и

, поэтому для R _FA = 10 кОм, R _SENSE = 25 мОм и R _WIRE = 140 мОм, R _IN = 1,5 кОм.

Без компенсации падения напряжения в кабеле/проводе максимальное изменение напряжения нагрузки, ∆V _LOAD , составляет 700 мВ (5 • 140 мОм), или ошибка 21.2% для выхода 3,3 В. LT6110 снижает ∆V _LOAD всего до 50 мВ при 25°C, или погрешность 1,5%. Это на порядок улучшение регулирования нагрузки.

Прецизионное регулирование нагрузки

Небольшое улучшение регулирования нагрузки с помощью LT6110 требует лишь умеренно точной оценки R _WIRE . Ошибка регулирования нагрузки является результатом двух ошибок: ошибки из-за сопротивления провода/кабеля и ошибки из-за схемы компенсации LT6110. Например, при использовании схемы на Рисунке 2, даже если ошибка вычисления R _SENSE и R _WIRE составляет 25 %, LT6110 по-прежнему снижает ошибку V _LOAD до 6. 25%.

Для точного регулирования нагрузки требуется точная оценка сопротивления между источником питания и нагрузкой. Если R _WIRE , R _SENSE и сопротивления кабельных разъемов и дорожек печатной платы последовательно с проводом оценены точно, LT6110 может компенсировать широкий диапазон падений напряжения с высокой степенью точности.

Используя LT6110, точную оценку R _WIRE и точность R _SENSE , погрешность компенсации ∆V _LOAD можно уменьшить, чтобы она соответствовала погрешности напряжения регулятора на проводе любой длины.

Заключение

Компенсатор падения напряжения в кабеле/проводе LT6110 улучшает регулирование напряжения удаленных нагрузок, где большой ток, длинные кабельные трассы и сопротивление могут существенно повлиять на регулирование. Точное регулирование может быть достигнуто без добавления измерительных проводов, покупки резисторов Кельвина, использования большего количества меди или внедрения регуляторов в точке нагрузки — общих недостатков других решений. Напротив, компенсаторные решения требуют мало места, сводя к минимуму сложность конструкции и стоимость компонентов.

Калькулятор падения напряжения — Электротехника

Инструмент калькулятора падения напряжения ниже поможет быстро проверить падение напряжения на кабельной трассе. Необходимые входные данные: уровень напряжения, номинальная нагрузка и параметры кабеля. Для расчета используется кабель XLPE/SWA 50 Гц в соответствии с IEC 60502 или IEC 60092. Результат вычисления падения напряжения для данных трехжильного кабеля (т. е. сопротивления и реактивного сопротивления) можно применить к четырехжильному кабелю. Также обратите внимание, что сопротивление кабеля, используемое в расчетах, было преобразовано в рабочую температуру сшитого полиэтилена, а именно.90 ^или С.

ВХОД:

Количество кабельных трасс:

1 прогон2 прогон3 прогон4 прогон5 прогон6 прогон7 прогон8 прогон99 прогон

Выберите размер кабеля (кв. мм):

3C x 2,53C x 43C x 63C x 103C x 163C x 253C x 353C x 503C x 703C x 953C x 1203C x 1503C x 1853C x 240

Рассчитать

РЕЗУЛЬТАТ

Вход калькулятора падения напряжения

• Выберите систему : Выберите из раскрывающегося списка AC MV 3 Phase, AC LV 1 Phase, AC LV 3 Phases или DC

• System Voltage : Выберите из раскрывающегося списка напряжение относительно системы AC 6kV, AC 3kV , 400 В переменного тока, 380 В переменного тока, 230 В переменного тока, 220 В переменного тока, 110 В постоянного тока, 24 В постоянного тока или 12 В постоянного тока

• Номинальная нагрузка : Номинальная входная нагрузка в кВт или кВА. Если используется кВА, на следующем этапе коэффициент мощности равен 1 (единица)

• Коэффициент мощности : Коэффициент мощности нагрузки переменного тока, используйте 1 (единица) для нагрузки постоянного тока

• Количество кабельных трасс : Как много кабелей параллельно

• Выберите размер кабеля (кв. мм) : Выберите размер кабеля (например, 3C x 90) в кв. мм

• Длина кабеля : Длина входного кабеля в метрах

90

Падение напряжения рассчитывается по следующим формулам:

Формула падения напряжения в трехфазной цепи:

Формула падения напряжения в однофазной цепи:

Формула падения напряжения в цепи постоянного тока:

Падение

0

Сопротивление и реактивное сопротивление кабеля

Для расчета применяются следующие значения сопротивления и реактивного сопротивления кабеля:

• Низковольтный кабель переменного и постоянного тока

№	Размер кабеля	Сопротивление (Ом/км)	Реактивное сопротивление (Ом/км)
1	2,5	9,45	0,0932
2	4	5,88	0,0875
3	6	3,93	0,0837
4	10	2,33	0,0785
5	16	1,47	0. 0761
6	25	0,927	0,0768
7	35	0,669	0,0743
8	50	0,494	0,0739
9	70	0,342	0,0726
10	95	0,247	0,0708
11	120	0,196	0.0705
12	150	0,16	0,0709
13	185	0,128	0,0712
14	240	0,0987	0,0703

• Кабель переменного тока среднего напряжения 3 кВ

№	Размер кабеля	Сопротивление (Ом/км)	Реактивное сопротивление (Ом/км)3 (0 Ом/км)3 (0 Ом/км)3
1	10	2.33	0,107
2	16	1,47	0,102
3	25	0,927	0,0949
4	35	0,668	0,0905
5	50	0,494	0,0878
6	70	0,342	0,0836
7	95	0. 247	0,0806
8	120	0,196	0,0786
9	150	0,16	0,0768
10	185	0,128	0,0753
11	240	0,0986	0,0733

• Кабель переменного тока среднего напряжения 6 кВ

№	Размер кабеля	Сопротивление (Ом/км)	Реактивное сопротивление (0 Ом/км)3 (0 Ом/км)3
1	10	2.33	0,115
2	16	1,47	0,11
3	25	0,927	0,102
4	35	0,668	0,0972
5	50	0,494	0,094
6	70	0,342	0,0891
7	95	0. 247	0,0855
8	120	0,196	0,0831
9	150	0,159	0,081
10	185	0,128	0,0792
11	240	0,0984	0,0773

Как рассчитать падение напряжения?

Пример 1 — фидер двигателя среднего напряжения во время нормальной работы

Асинхронный двигатель мощностью 1100 кВт подключен к трехфазной сети 6 кВ с частотой 50 Гц.Двигатель имеет следующие рабочие характеристики:

• Коэффициент мощности указан на заводской табличке двигателя: 0,83
• Длина кабеля от электрического SWG/MCC к двигателю: 350 м
• Размер кабеля: 3C x 120 кв.мм за 1 проход

Этап 1: Ток полной нагрузки, I _FL = 1100/1,73/6/0,83 = 127,67 А

Шаг 2: Получите сопротивление и реактивное сопротивление кабеля 6 кВ 3C x 120 кв. мм из таблицы:

R = 0,196 (Ом/км)

Х = 0.0831 (Ом/км)

Этап 3: Падение напряжения в фидере трехфазного двигателя с использованием приведенной выше формулы

В _D = 1,73 * 127,67 * (0,196 * 0,83 + 0,0831 * 0,56) * 350 / 1000 = 16,17 В

В _D (%) = 16,11/6000 *100 = 0,269%

Пример 2 — фидер двигателя среднего напряжения во время запуска

Используя тот же двигатель, что и в примере 1, рассчитаем падение напряжения при запуске двигателя.

• Коэффициент мощности при пуске: 0.2
• Коэффициент пускового тока: 5,5 для двигателя среднего напряжения

Шаг № 1: Пусковой ток, I _с = 5,5 * I _FL = 5,5 * 127,67 = 702,23 А

Шаг № 2: Использование тех же данных, что и в примере 1

Этап № 3: Падение напряжения фидера трехфазного двигателя с использованием приведенной выше формулы

В _D = 1,73 * 702,23 * (0,196 * 0,2 + 0,0831 * 0,98) * 350 / 1000 = 51,29 В

В _D (%) = 51,29/6000 *100 = 0,85%

Падение напряжения: выбор правильного кабеля для длительного использования

Автор: Сэм Фридман, директор по техническим услугам, Carol® Brand Cord Products, General Cable

Надежность может быть не осязаемым элементом, установленным рядом с новой печью или подключенным к портовому крану, но, тем не менее, это важный «аксессуар», который может означать разницу между сверхурочной работой и потерянным временем; наличие и отсутствие на складе; идеальная подгонка и ремонт.

Пометка «ненадежный» может означать крах для бизнеса, независимо от того, что вы производите, устанавливаете или обслуживаете. Вот почему так важно понимать простые, но часто упускаемые из виду проблемы, такие как падение напряжения, в приложениях продукта.

Падение напряжения — это снижение напряжения в электрической цепи между источником и нагрузкой. Чтобы оборудование работало должным образом, оно должно быть снабжено правильным количеством энергии, которая измеряется в ваттах: сила тока (амперы) умножается на напряжение (вольты).

Двигатели, генераторы, инструменты — все, что работает от электричества, рассчитано на мощность, как у 100-ваттной лампочки. Правильное количество энергии позволяет оборудованию соответствовать расчетной номинальной мощности и работать эффективно.

Неправильное или недостаточное количество энергии может привести к неэффективной работе, расточительному использованию энергии и даже к повреждению оборудования.

Вот почему так важно понимать расчеты падения напряжения и выбирать правильный кабель для каждого применения.

Национальный электротехнический кодекс (NEC) содержит каталог требований к безопасным электрическим установкам и представляет собой основной документ для руководства в Соединенных Штатах.

Указания как для обученных специалистов, так и для конечных пользователей, эти нормы закладывают основу для проектирования и проверки электроустановок.

Итак, как Кодекс рассматривает проблемы с падением напряжения? Для параллельных цепей см. NEC (NFPA 70), раздел 215.2(A)(3), сноска 2, и раздел 210.19(А)(1) сноска 4.

Оба рекомендуют, чтобы размеры проводников от фидеров к жилым помещениям не превышали 3% падения напряжения, а максимальное общее падение напряжения как на фидерах, так и ответвленных цепях не должно было превышать 5% для «разумной эффективности работы».

Кроме того, обращайтесь к разделу 647.4 (D) NEC (NFPA 70) при работе с чувствительным электронным оборудованием.

В нем указано, что падение напряжения на любой ответвленной цепи не должно превышать 1,5%, а суммарное падение напряжения на проводниках ответвления и фидера не должно превышать 2. 5%.

Важно отметить, что большая часть производимого сегодня оборудования содержит чувствительную электронику.

Ampacity, пропускная способность кабеля по электрическому току, также связана с падением напряжения.

Кодекс подчеркивает важность учета падения напряжения при рассмотрении номинальной допустимой нагрузки кабеля и необходимость выполнения обоих требований.

В разделе 310.15 (A)(1)

NEC указано, что в таблицах токов не учитывается падение напряжения.

Для постоянного тока падение напряжения пропорционально величине протекающего тока и сопротивления провода.

В цепях переменного тока также необходимо учитывать полное сопротивление и коэффициент мощности (коэффициент потерь мощности).

Поскольку сопротивление провода зависит от размера провода, материала и длины участка, важно выбрать правильный размер провода для длины участка, чтобы поддерживать падение напряжения на желаемом уровне.

Чтобы упростить расчет падения напряжения, посетите таблицу расчета падения напряжения на нашем сайте.

Эта таблица упрощает расчет проектного падения напряжения. Например, предположим, что ваш проект включает в себя 100-футовый участок провода 12/3 SOOW, линейный ток 12 ампер для оборудования, линейную цепь 120 вольт переменного тока, 3 фазы, коэффициент мощности 100%.

Согласно расчетной таблице коэффициент равен 3190. Затем умножьте текущее значение на расстояние (футы) на коэффициент: 12 x 100 x 3190 = 3 828 000. Наконец, поместите десятичную дробь перед последними шестью цифрами, и в результате потеряно вольт — падение напряжения = 3.8 вольт (3,2% от общего напряжения).

Таким образом, чтобы обеспечить надежность ваших продуктов/установок/обслуживания, обязательно учитывайте падение напряжения при выборе кабеля.

Несмотря на то, что это в основном неприятная проблема, падение напряжения может повлиять на эффективность оборудования, энергопотребление и потенциальное повреждение чувствительной электроники и других систем.

К счастью, этих проблем легко избежать, особенно если вы полагаетесь на нормы и стандарты NEC, относящиеся к падению напряжения, каждый из которых дает полезные рекомендации для обеспечения успеха вашего приложения.

Выбрав кабель с правильными характеристиками падения напряжения, вы оптимизируете работу подключенного оборудования, повысите эффективность и предотвратите повреждение оборудования.

И это довольно хорошая отдача, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Падение напряжения – обзор

6.17.4.3 Расчет блока аккумуляторов

Расчет параметров аккумулятора состоит из следующих двух технических вариантов:

i.

Напряжение аккумулятора.

ii.

Емкость аккумулятора.

Расчет напряжения аккумуляторной батареи выполняется с целью минимизировать падение напряжения в кабелях и избежать перегрева кабелей. Последние на практике ведут себя как электрическое сопротивление, вызывающее падение напряжения между двумя концами. Падение напряжения выражается уравнением (6.42):

(6.42)ɛ=ρ⁎L⁎IS⁎UBat.

Падение напряжения ( ɛ ) не должно быть слишком большим между местом, где создается напряжение (аккумуляторная батарея), и местом, куда оно подается (регулятор). Однако это падение напряжения зависит от следующих параметров, в том числе:

i.

Напряжение ( U ) от кабелей, в данном случае напряжение аккумуляторной батареи U _Бат .

ii.

Удельное сопротивление проводящего материала ( ρ ) (медь или алюминий) в условиях рабочей температуры, выраженное в Ом (мм ² /м).

iii.

Длина кабеля ( L ), выраженная в метрах.

iv.

Электрическая мощность, проходящая по кабелям ( P ), выраженная в Вт.

Напряжение батареи рассчитывается по уравнению (6.43):

(6.43)UBat=ρ⁎2⁎L⁎IS⁎ɛ.

Коэффициент 2 в уравнении. (6.43) позволяет учесть длину кабеля наружу и обратно. Чем больше длина L , тем выше напряжение аккумуляторной батареи.Непосредственная близость между банком батарей и инвертором более благоприятна. Обратите внимание, что регулятор не должен располагаться менее чем в 50 см от аккумуляторной батареи из соображений безопасности. Увеличивая сечение кабелей, можно уменьшить напряжение аккумуляторной батареи.

При расчете напряжения батареи необходимо учитывать наиболее неблагоприятную конфигурацию. То есть все электрооборудование дома работает одновременно. В этом исследовании электрическая мощность, которую должны обеспечить батареи, равна P = 6000 Вт.Чтобы обеспечить оптимальную работу блока батарей, падение напряжения между блоком батарей и инвертором должно составлять не более 1%, т. е. ɛ  = 0,01, и должна иметь типичную длину L  = 3 м. . Кабели, используемые в этом исследовании, изготовлены из меди с ρ ₀ = 0,01851 Ом·мм ² /м. С учетом влияния температуры на кабель удельное сопротивление принимает вид:

ρ=ρ0×1,25=0,02314Ом.мм2/м.

И уравнение. (6.42) принимает вид:

S=ρ⁎2⁎L⁎PUBat2⁎ɛ=0.02314⁎2⁎3⁎6000UBat2⁎0,01=83304UBat2.

Сечение кабелей не должно превышать 50 мм ² то есть S ≤ 50 мм ² . В результате получается U _Bat ≥ 40,8 В [(83 304) / (UBat2) ≤ 50 мм ² ].

Поэтому используется аккумуляторная батарея с напряжением, равным 48 В. Сечение кабеля между аккумуляторной батареей и инвертором будет равно S  = 50 мм ² . Важно убедиться, что кабель 50 мм ² выдерживает протекающий через него ток.Действительно, при напряжении 48 В и мощности 6000 Вт результирующий ток возрастает до IBat=PBatUBat=600048=125А. Допустимый ток медного кабеля ² длиной 50 мм составляет 194 А, что значительно выше расчетных 125 А.

Вторым параметром, который необходимо определить при расчете батареи, является ее емкость. Емкость — это показатель, используемый для оценки количества энергии, запасенной в аккумуляторе. Обычно он выражается в Ач. Емкость аккумуляторной батареи рассчитывается по уравнению(6.44):

(6.44)CTd≥Nd⁎EneedDP⁎KT.

C C C _{T D D D} — емкость аккумулятора, связанная с временем разряда (ах), N _D — это резервная автономия (день), D _P – максимальная глубина разряда, E _need – ежедневно потребляемая энергия (кВтч/сутки) и равна Eneed=IneedUBat, K _T – температурный коэффициент емкости

4 T  =  N _d  ⁎ 24 (часа).

Суточная потребность в энергии составляет 19,3795 кВтч/день. Это значение должно быть выражено в Ач/день. При напряжении 48 В суточная потребность составляет:

19379,5 Втч/день/48 В=404 Ач/день

Солнечные батареи по-прежнему очень дороги. Автономность была выбрана всего на 1 день, потому что дом будет подключен к сети низкого напряжения. Это означает, что батареи могут питать, независимо от фотогальванического поля, электрическое оборудование, указанное в Таблице 6.3, в течение 1 дня. Глубокие разряды отрицательно сказываются на сроке службы свинцово-кислотных аккумуляторов.Была использована максимальная глубина разряда 90%, т. е. D _P  = 90%. В данном исследовании аккумуляторы будут работать зимой при −10°C, и необходимо применить поправочный коэффициент K _T (C) = 0,85, согласно табл. 6.4 (с использованием данных производителя) [42]. ]:

Таблица 6.4. Различные поправочные коэффициенты соответствуют рабочей температуре батареи.

, применяя уравнение. (6.44) вычисляется емкость аккумулятора:

C1⁎24≥1⁎4040,9⁎0,85Ач=528Ач.

Таким образом, C ₂₄ емкость аккумулятора должна быть не менее 528 Ач. Значение номинальной емкости C ₁₀ можно вывести из соотношения: C ₁₀ ≈ 71% × C ₂₄ , что равно 375 Ач.Поэтому в корпусе используются четыре свинцовых аккумулятора на 12 В и 100 Ач, соединенных последовательно.

Расчет падения напряжения

Общеизвестно, что потребители электроэнергии должны платить за общее количество киловатт-часов, поставленных электроэнергетической компанией, измеренное соответствующим счетчиком электроэнергии. Однако, поскольку ни один электрический проводник не идеален, и даже самая качественная проводка имеет сопротивление, часть этого электричества теряется между измерителем мощности и точкой использования.

Что такое падение напряжения?

Одним из основных принципов электротехники является закон Ома, который гласит, что падение напряжения на проводнике или нагрузке эквивалентно произведению тока на сопротивление (V = I x R). Электрический ток определяется нагрузкой на цепь, а сопротивление определяется физическими свойствами проводника.

Получите профессиональный электрический проект для вашего здания и избегайте проблем с напряжением.

Понятие падения напряжения используется для описания разницы между напряжением, подаваемым на источник, и напряжением, измеренным на нагрузке. Факторы, определяющие падение напряжения, приведены в следующей таблице:

Как контролировать падение напряжения?

Поскольку идеального проводника не существует, а все материалы обладают электрическим сопротивлением, полностью исключить падение напряжения невозможно.Однако есть много способов минимизировать его:

1. Повышение эффективности системы
   При неизменной нагрузке увеличение эффективности электрического оборудования снижает энергопотребление. Поскольку напряжение питания является постоянным, повышение эффективности приводит к меньшему току и уменьшенному падению напряжения.
2. Устранение неполадок 
   Некоторые проблемы с электричеством вызывают ненужное увеличение тока или сопротивления, что приводит к более высокому падению напряжения. Как только эти проблемы будут решены, падение напряжения вернется к норме.
3. Корректировка размеров проводников
   Если проводники в цепи были выбраны неправильно, на них может возникнуть значительное падение напряжения. При выборе проводников важно учитывать такие факторы, как ток полной нагрузки, температура окружающей среды и количество проводников в кабелепроводе.
4. Централизованное распределение электроэнергии
   Если главная электрическая шахта и распределительные щиты расположены близко к центру здания, проводка должна проходить на меньших расстояниях для достижения различных нагрузок.Этот тип компоновки минимизирует падение напряжения. С другой стороны, когда электрическая шахта и панели расположены на одном конце здания, цепи должны пересекать всю конструкцию, чтобы достичь нагрузок на противоположной стороне.
5. Сбалансированное распределение нагрузки
   В больших коммерческих зданиях обычно используются трехфазные цепи, которые имеют три проводника под напряжением, как следует из их названия. Если одна фаза слишком сильно нагружена, она также будет подвергаться большему току и повышенному падению напряжения по сравнению с другими фазами.

Это специальные меры, которые можно использовать для снижения падения напряжения. В общем, любая мера, которая приводит к любому из следующих эффектов, является жизнеспособной, если это разрешено Электротехническим кодексом Нью-Йорка:

.

• Уменьшение тока нагрузки
• Увеличение диаметра проводника
• Увеличение количества параллельных проводников
• Уменьшение длины проводника
• Снижение температуры проводника

Допустимое падение напряжения в соответствии с NEC, издание 2011 г.

Национальный электротехнический кодекс (NEC) NFPA, который является основой для Электротехнического кодекса г. Нью-Йорка, устанавливает два условия для допустимого падения напряжения в электроустановках:

• Максимально допустимое напряжение в ответвленной цепи составляет 3 процента, измеренное между соответствующим электрическим щитом и самой дальней розеткой, обеспечивающей питание, отопление, освещение или любую комбинацию таких нагрузок.
• Максимальное комбинированное падение напряжения на главных фидерах и ответвлениях составляет 5 процентов при измерении от служебного подключения до самой дальней розетки.

Считается, что эти уровни падения напряжения обеспечивают достаточную эффективность работы. Важно отметить, что при увеличении размера проводников цепи для компенсации падения напряжения необходимо соответственно увеличить размер заземляющего проводника оборудования.

Как рассчитать падение напряжения

Важно отметить, что формула падения напряжения меняется в зависимости от количества фаз в цепи (однофазная или трехфазная).В следующих уравнениях используются следующие переменные:

• Z = Полное сопротивление проводника (Ом на 1000 футов или Ом/кФт)
• I = ток нагрузки (ампер)
• L = длина (футы)

Формулы делятся на 1000, поскольку стандартные значения импеданса приводятся на каждые 1000 футов. Таким образом, они конвертируются в омы на фут. Глава 9 NEC описывает свойства проводника, основанные на номинальной температуре 75°C.

Чтобы продемонстрировать процедуру, предположим, что по однофазной цепи 120 В протекает ток 22 А, полное сопротивление проводника составляет 1,29 Ом на 1000 футов, а длина цепи составляет 50 футов. Падение напряжения будет:

• Падение напряжения = (2 x 1,29 Ом / килофут x 22 А x 50 футов) / 1000 = 2,84 В
• Падение напряжения в процентах = 2,84 В / 120 В = 0.0237 = 2,37%

Если на фазу приходится более одного проводника, приведенный выше расчет необходимо разделить на количество проводников на фазу, поскольку сопротивление уменьшается. Например, если в приведенном выше примере есть два проводника на фазу, сопротивление уменьшается вдвое, а падение напряжения составит 1,42 В (1,18%).

Как выбрать размер провода?

Описанную выше процедуру можно изменить для выбора размера проводника на основе допустимого падения напряжения. Предположим, что цепь находится в следующих условиях:

• Рабочее напряжение = 120 В
• Конфигурация: однофазный
• Ток = 25 А
• Длина = 100 футов

Формула падения напряжения может быть скорректирована следующим образом для расчета требуемого импеданса.

• Падение напряжения = 2 x Z x I x L / 1000
• Z = (1000 x Падение напряжения) / (2 x I x L)

Подставляя приведенные выше значения в формулу, получаем следующий результат:

• Допустимое падение напряжения = 120 В x 3% = 3,6 В
• Z = (1000 x 3,6 В) / (2 x 25 А x 100 футов) = 0,72 Ом / килофут

В соответствии с NEC в главе 9, таблице 8, требуемый размер проводника для удержания падения напряжения ниже 3% — AWG № 6 (0,510 Ом/кФт). Следующий размер — AWG №8, но его сопротивление слишком велико (0,0.809 Ом/кФт), а падение напряжения превысит 3%.

Установка нескольких проводников в кабелепроводе, кабеле или кабельном канале

В таблицах

NEC с 310. 16 по 310.19 указаны допустимые значения токов максимум для трех проводников в кабелепроводе, кабеле или кабельном канале. Когда количество проводников равно четырем и более, допустимая сила тока уменьшается, как показано в следующей таблице:

Токопроводящие жилы должны иметь соответствующую нагрузку согласно таблице 310.16 по 310.19, а также падение напряжения ниже максимально допустимого значения 3%. Также обратите внимание, что номинальная мощность уменьшается, когда несколько проводников установлены вместе. Все три фактора должны быть проверены, чтобы электроустановка соответствовала нормам.