Определение падения напряжения

Напряжение электрической сети — важный параметр, определяющий условия бесперебойной и эффективной эксплуатации электроприборов, проводки и оборудования в безаварийном режиме. Потери напряжения чреваты значительным снижением рабочего ресурса электрооборудования и отрицательно влияют на нормальные условия его работы. Падение напряжения сети нужно учитывать при выборе проводки при прокладке кабелей, чтобы техника работала исправно и не допускать чрезмерных превышений напряжения.

Что означает падение напряжения

В любой электрической цепи есть допустимые перепады напряжения или кратковременные превышения величины выше предельно допустимых параметров. Такие перепады этого параметра выше и ниже допустимых значения по-разному влияют на бытовую технику и подключаемое оборудование.

Падение напряжения происходит в электросети из-за сопротивления проводников, которые создают потери энергии в виде тепла. Потери энергии в электрической сети происходят из-за трения электронов в проводниках и других компонентах системы, а также из-за выделения тепла в трансформаторах, которые используются для изменения напряжения в сети.

Прежде чем разбираться с понятием падения напряжения необходимо вспомнить фундаментальный и основополагающий электротехнический закон – закон Ома для отдельного участка цепи:

I = U/R (где сила тока — I, а сопротивление- R).

Вывод — на величину напряжения влияют и сила тока и сопротивление участка в участке электрической цепи.

Падение напряжения чревато снижением ресурса бытовых приборов, в состав которых входят электродвигатели.

Это может происходить из-за многих факторов:

• недостаточной мощности подстанционных трансформаторов;
• малого сечения сетевых проводов воздушных линий;
• увеличения протяжённости воздушных линий.

Согласно ГОСТу поступающее через бытовые сети электричество должно иметь номинал 400В или 230В в зависимости от количества подключаемых фаз. Под потерей U понимают разность модулей напряжений в разных точках электросети. Падение напряжения — это некоторое уменьшение напряжения вдоль проводника с электрическим током.

Каждый проводник обладает определенным сопротивлением, его величина напрямую зависит от самого материала проводника. Например, медь проводит ток гораздо лучше алюминия, а серебро – лучше меди. Кабель по всей своей длине создаёт незначительное сопротивление току, что в конечном итоге приводит к падению напряжения на его концах.

U (напряжение) = I*R — такое простое равенство сопутствует всем электрикам в их работе и пригодится при расчёте падения напряжения в кабеле определённой длины.

Допустимое падение напряжение в кабеле

Параметр падения U необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ в промышленности и в быту.

Под потерей напряжения в кабеле понимают величину — разность между установившимися значениями напряжений в двух точках электрической цепи. Допустимым падением напряжения считается такая величина, при которой отклонения напряжения на зажимах электроприемников находятся в предусмотренных нормами пределах.

Эта величина и ее допустимое падение закреплена нормативными актами службы Ростехнадзора.

Потери напряжения в кабеле для сетей однофазного тока должны составлять не выше 5% (при напряжении 380/220 В) и не выше 10% (при 36/24/12 В). Если электросеть с низким напряжением до 50 В — то  допустимые потери могут составлять до 10%. Такие же падения допустимы при аварийных работах.

На эти потери оказывают влияние разные факторы:

• длина кабеля;
• его сечение;
• передаваемая мощность и др.

Нормальным суммарным  отклонением напряжения 220 В можно считать 10%, т.е., пределы параметра 200-240 В считаются допустимым. Это правило распространяется на всех электрических сетях в U не выше 400В.

В настоящее время чаще встречается пониженное напряжение. Это может быть связано с износом линий электропередач, а также увеличением нагрузки на них. Повышенное напряжение встречается реже.

В ЛЭП допустимые потери U:

• для сетей напряжения 220 – 380 в 5-6,5%;
• для ВЛ 6-35 кВ 8%, для КЛ 6%;
• в аварийном режиме 10-12%.

В электроустановках зданий потери напряжения в электроустановках зданий не должны превышать 4 % от номинального напряжения установки (до потребителя должно доходить не менее 96% напряжения).

Для малоэтажных зданий и сооружений допустимо падение U не более 1,%, для многоэтажных строительных конструкций — до 2,5%. В редких случаях в квартирные электросети попадает U в 380В, а не 220В. Это чревато неприятными последствиями — вплоть до выхода оборудования из строя и возгорания.

Проверка кабеля по потере напряжения

Потеря напряжения на кабели происходит всегда, вопрос лишь в том — какое сопротивление кабеля при протекании по нему электрического тока. Существуют определенные нормы пределов падения этой величины для разных целей назначения на участке от распредщита до конечной точки потребления:

• при силовом потреблении, в нагревательных и отопительных системах — 7%;
• в силовых потреблениях с кратковременным или повторно кратковременным режимом эксплуатации (вне зависимости от электронапряж.) — 10%;
• при сигнализации и освещении с U 50В — 10%;
• в таких же целях, но свыше 50В — 5%;
• при запуске двигателей падение может составлять до 25%;
• при зарядке аккумуляторов, электропитании щитов радиостанций или иного радиооборудования — 5%;
• при подаче электропитания в распределительные щиты или генераторы — 1%.

Исходя из вышеперечисленных задач для компенсации потерь U выбирают различные типы электрических кабелей. С учетом нормативных потерь U выбор кабелей проводят, учитывая также и мощность нагрузки, длину линии, сечение и температуру кабеля, число фаз сети и другие параметры.

По величине потерь проверяются все кабели силовых и осветительных электросетей U до 1000 В, а также высоковольтные кабельные и воздушные линии электропередач.

Как найти падение напряжения и правильно рассчитать его потерю в кабеле

Расчет потерь напряжения в кабеле можно произвести по формуле r = ρ*(l/S): где ρ – удельное сопротивление материала проводника, l – его  длина, а S –  поперечное сечение.

Удельное сопротивление большинства элементов уже есть в электротехнических справочниках. Эта формула позволяет с достаточной точностью определить значение величины падения напряжения в кабелях и тщательно подобрать сечение.

При потерях U на кабелях и проводах выше допустимого значения необходимо увеличить сечение жилы кабеля или провода на участке, имеющем наибольшую потерю напряжения.

При работе токопроводящие жилы нагреваются и выделяют тепло. Чем выше напряжение и сопротивление жил, тем больше потери в кабеле. Также сумма потерь всегда зависит от потребляемой мощности сети. При большем потреблении напряжения объектами потери электроэнергии будут больше.

В трехфазной сети

В трехфазной сети расчет потерь U можно рассчитать по формулам. Для этого нужно подставить в формулы следующие параметры:

• мощность (ток);
• длину линии, а также косинус и синус в конце линии;
• номинальное U;
• активное и индуктивное сопротивление линии.

Также можно воспользоваться специальной программой, онлайн калькулятор поможет рассчитать падение U в трехфазной  электроцепи 0,38, 6 и 10 кВ. Важно, чтобы в трехфазной сети каждая фаза была нагружена равномерно. Для более эффективного распределения нагрузки подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.

Падения величины U будет разным в 3-фазной электросети при одинаковом сопротивлении проводников и разных ответвлениях, с равномерной и неравномерной нагрузкой фаз. Все эти нюансы определяют выбор конкретной готовой формулы расчета потерь U.

На участке цепи

При расчет потерь U на линии электроцепи необходимо предварительно произвести несколько измерений и выполнить следующие действия:

• Нужно провести замер величины U в самом начале и на самом удаленном участке цепи (измерения в бытовой электросети до 220В замеры можно сделать вольтметром или мультиметром).
• Затем высчитать эту разницу и сравнить с номинальной величиной параметра.
• Если разница замеров слишком большая (больше предельно допустимых величин) — то следует проверить состояние проводки и заменит провода на изделия с меньшим сопротивлением и сечением.

Потери (в %) рассчитывают по формуле: ΔU= (Uном-U)∙100/ Uном, где Uном – номинальное напряжение на входе, U – напряжение, подведенное к нагрузке.

Существуют калькуляторы для расчета падений U на участке цепи. Необходимо знать следующие параметры — напряжение и число фаз, материал жилы, сечение и длину проводов, ток в фазе и коэффициент активной мощности. Онлайн-калькулятор при таких вводных данных быстро выдаст результат падений U.

Важно не допускать критичного падения напряжения сети, потому что это может привести к выходу электрооборудования и простых устройств из строя. Особенно уязвимы к перепадам U техника с электродвигателями и платами управления. Например, при сильном падении напряжения возникает перегрев обмоток двигателя.

Потери электроэнергии до 10 % максимально допустимы. Конечно же, нужно стремиться к тому, чтобы минимизировать падение электроэнергии. Для равномерной нагрузки на фазы и распределения потерь при проектировании электросетей рекомендуют выделять на участок цепи от трансформатора до вводного аппарата до 4%.

Вычисление падения электроэнергии в сети поможет оптимизировать расходы на кабели и провода и уменьшить стоимость подключения объекта.

Видео обзор потери напряжения в электрических сетях