Что называется падением напряжения на нагрузке

Определение потери напряжения в трехфазной линии с нагрузкой на конце

Что называется падением напряжения на нагрузке

Рассмотрим трехфазную линию с учетом ее активной и индуктивной нагрузки, подключенной в конце линии, а также ее активно-индуктивного сопротивления.

В случае равномерного распределения нагрузки по фазам, а также при одинаковом сопротивлении проводов потерю напряжения могут определять для одной фазы. Для этого расчета используют фазные напряжения в начале и конце линии.

На рисунке выше приведена однолинейная схема для трехфазной линии электропередач с нагрузкой, сосредоточенной на конце. Обозначим:

Построим векторную диаграмму напряжений и токов для одной фазы данной линии:

Отложим некоторый отрезок Оа, который будет представлять в некотором масштабе вектор фазного напряжения Uф2 в конце линии. Под углом φ к нему отложим вектор тока нагрузки I, предполагая, что cos φ < 1.  От точки а параллельно вектору тока I отложим отрезок ab, представляющий падение напряжения IR в активном сопротивлении одной фазы линии. От точки b перпендикулярно отрезку ab отложим отрезок bc, представляющий фазное падение напряжения Ix в индуктивном сопротивлении линии.

Из треугольника abc видно, что отрезок ac представляет собой геометрическую сумму падений напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях одной фазы линии, то есть полное падение напряжения Iz, где:

Из диаграммы также видно, что вектор фазного напряжения Uф1 в начале линии определяется суммой Uф2 в конце линии и полного падения напряжения Iz в линии.

Геометрическую разность векторов напряжений в начале и конце линий называют падением напряжения:

Из диаграммы следует, что вектор напряжения в конце линии сдвинут относительно вектора напряжения в начале линии на угол:

Для электроприемников важна абсолютная величина напряжения на их зажимах, а не его фаза. Поэтому при расчете электрических сетей определяют потерю U в линии, которая представляет собой алгебраическую разность абсолютных величин напряжений в начале и в конце линии.

Величину потерь U можно определить как разность показаний вольтметров вначале и конце линии электропередач.

На диаграмме потеря напряжения U изображается как отрезок:

Для упрощения расчётов за величину потери ΔUф принимают отрезок af, который является проекцией вектора ΔUф на направление вектора Uф2. Ошибка, получающаяся при этом допущении, не превосходит 3%. Численную величину потерь U можно определить, сложив отрезки ad и af, выраженные в масштабе напряжений.

Графически это выглядит так:

Следовательно:

Зная, что линейная потеря напряжения составит:

Получим формулу для определения потери U в трехфазной линии с нагрузкой на конце:

Если нагрузка в конце линии задается не током, а мощностью, то получим:

Подставив это выражение в формулу потерь:

После незначительных преобразований:

Пример

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с Uном = 6 кВ протяженностью 1,5 км питающей насосную станцию мощностью 100 кВт с cos φ = 0,8; tg φ = 0,75. Линия выполнена стальными многопроволочными проводами марки ПС-25.

Решение

Ток нагрузки будет равен:

Определяем сопротивления. r0 = 5,7 Ом/км и внутреннее индуктивное сопротивление x0 = 1,2 Ом/км.

Внешнее индуктивное сопротивление x0/ = 0,4 Ом/км.

Полное индуктивное сопротивление

Потеря напряжения:

Источник: https://elenergi.ru/opredelenie-poteri-napryazheniya-v-trexfaznoj-linii-s-nagruzkoj-na-konce.html

Падение напряжения: при нагрузке, порядок расчета и способы определения

Что называется падением напряжения на нагрузке

Работа электроприборов невозможна без определенных параметров сети. Они состоят из многих факторов. Один из них – сопротивление проводников электрическому току. Учитывая сечение при выборе проводов или кабелей, необходимо брать в расчет и падение напряжения.

Основные понятия

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.

Результат понижения напряжения

Распространено явление, когда входное напряжение определяется ниже установленной нормы. Проседание по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, который вызывает увеличение сопротивления. Также потери возрастают на линиях большой протяженности, что характерно для сельской местности.

Согласно нормативам, потери от трансформатора до самого удаленного участка должны составлять не более 9%. Результат отклонения параметров от нормы может быть следующим:

  • сбой работы энергозависимых установок и оборудования, осветительных приборов;
  • выход электроприборов из строя при низких показателях напряжения на входе;
  • снижение вращающего момента при пуске электродвигателя или компрессорной установки;
  • пусковой ток приводит к перегреву и отключению двигателя;
  • неравномерная токовая нагрузка в начале линии и на удаленном конце;
  • осветительные приборы работают вполнакала;
  • потери электроэнергии, недоиспользование мощности тока.

Изменяются характеристики и параметры эксплуатации электрических приборов. Например, из-за слабой мощности увеличивается время нагрева воды бойлером. Снижение напряжения приводит к сбоям в электронике.

В рабочем режиме потери напряжения в кабеле могут быть до 5%. Это значение допустимо для сетей энергетической отрасли, так как токи большой мощности доставляются на дальние расстояния. К таким линиям предъявляются повышенные требования. Поэтому при потерях в быту следует уделить внимание вторичным сетям распределения энергии.

Причины падения напряжения

Перекос фаз в трехфазной цепи

Прежде всего нужно разобраться: это вина поставщика электроэнергии или потребителя. Проблемы с сетью возникают по таким причинам:

  • износ линий электропередач;
  • недостаточная мощность трансформаторов;
  • дисбаланс мощности или перекос фаз.

Эти проблемы связаны с поставщиком, самостоятельно их решить невозможно. Чтобы понять, правильно или нет работают высоковольтные линии, придется вызывать представителей энергосбыта. Они сделают замеры и составят заключение.

Удостовериться, что вина падения не связана с поставщиком, можно самостоятельно. Прежде всего, стоит выяснить у соседей, есть ли у них подобные проблемы. Для измерения напряжения в быту подойдет мультиметр. Его стоимость до 1000 рублей. Если прибор на входе в квартиру показывает нормальное напряжение, причину нужно искать в домашней сети.

Падать напряжение может из-за большой протяженности проводки. Когда длина сети превышает 100 метров, а сечение проводников 16 мм, колебания станут регулярными. Чтобы исправить ситуацию, придется менять проводку.

Слабые контакты – это дополнительное сопротивление току. К приборам он доходит в недостаточном количестве. К тому же неисправные контакты могут вызвать замыкание и привести к пожару. Чтобы нормализовать показатели, нужно заменить аварийный участок цепи и подгоревшие контакты.

Виновником может быть неправильное соединение проводов, идущих от ЛЭП к дому. Иногда вопреки требованиям безопасности соединяют медные провода с алюминиевыми или медные проводники соединены вместо клемм скруткой. Клеммы и зажимы изготовлены из некачественных материалов, либо срок их годности вышел.

Возможно, неисправность заключается в самом вводном аппарате. В этом случае его следует заменить.

Как рассчитать потери

Линейная зависимость между напряжением и током

При расчете электрической линии отклонения напряжений не должны превышать регламентированных норм. Допустимые колебания для бытовых однофазных сетей – 209–231В, для трехфазной сети напряжение может варьироваться от 361 до 399 В.

Колебания силы тока и потребляемой мощности приводит к изменению напряжения в токопроводящих жилах возле потребителя. Поэтому при составлении схемы электропроводки необходимо учитывать допустимые потери.

В однофазной сети идет два провода, поэтому падение напряжения можно найти по следующей формуле: U=I*R, в свою очередь, R=(r*2i)/S.

  • где r – удельное сопротивление, которое равно сопротивлению провода, сечением 1 мм2 и длиной 1м;
  • i – обозначается как длина проводника;
  • S – сечение кабеля.

Программа AutoCad для расчета падения напряжения

В трехфазной сети мощности на фазных проводах компенсируют друг друга, а длина нулевого проводника не учитывается, так как по нему не идет ток. Если нагрузка по фазам неравномерная, расчет выполняют как для однофазной сети. Для линий большой протяженности дополнительно учитывают емкостное и индуктивное сопротивление.

Расчет падения можно выполнять с помощью онлайн-калькулятора, также существуют специальные таблицы. В них показаны допустимые токовые нагрузки для кабелей разных типов. При расчетах сечения кабеля должны учитываться следующие данные:

  • материал изготовления проводников;
  • скрытая или открытая прокладка линии;
  • токовая нагрузка;
  • условия окружающей среды.

При протекании тока по кабелю, проводу или шине, происходит их нагревание. Этот процесс изменяет физические свойства проводников. Происходит оплавление изоляции, перегрев контактов, перегорание провода. От правильного подбора кабеля зависит надежность и бесперебойная работа электросети.

Как уменьшить падение напряжения и снизить потери в кабеле

Можно снизить количество потерь, уменьшив сопротивление на всем участке электросети. Экономию дает способ повторного заземления нуля на каждой опоре линии электропередач.

Стоимость электроснабжения линией большой протяженности, выбранной по допустимому падению напряжения, больше выбора, выполненного по нагреву кабеля. Все же есть возможность снизить эти расходы.

  • Усилить начальный потенциал питающего кабеля, подключив его к отдельному трансформатору.
  • Добиться постоянных величин напряжения в сети можно с помощью установки стабилизатора возле нагрузки.
  • Подключение потребителей с низкими нагрузками 12–36 В выполняют через трансформатор или блок питания.

Чем длиннее кабель линии электропередач, тем большее сопротивление возникает при прохождении по нему тока. Очевидно, что потери напряжения также выше. Снизить их можно, комбинируя способы между собой.

  • Снизить расходы увеличением сечения питающего кабеля. Но этот метод потребует больших финансовых вложений.
  • При разработке линий энергоснабжения следует выбирать максимально короткий путь, так как прямая линия всегда короче ломаной.
  • При снижении температуры сопротивление металлов уменьшается. Вентилируемые кабельные лотки и другие конструкции снижают потери в линии.
  • Уменьшение нагрузки возможно, если есть много источников питания и потребителей.

Экономию дает должное содержание и профилактика электросетей – проверка плотности и прочности контактов, использование надежных клеммников.

Подходить к вопросу сохранения энергии нужно с полной ответственностью. Проблема потери напряжения может вывести из строя дорогостоящие приборы, инструменты. Не стоит пренебрегать мерами безопасности, они будут нивелировать скачки напряжения и защищать бытовую технику и оборудование на предприятии.

Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/chto-nazyvaetsya-padeniem-napryazheniya-na-uchastke-cepi/

Просадка напряжения что это такое

Что называется падением напряжения на нагрузке

Эффект «проседания» входного напряжения ниже установленной нормы довольно распространенная проблема. Она более характерна для электроснабжения в сельской местности, но нередко ее проявления могут наблюдать и горожане.

Известно, что низкое напряжение в сети приводит к сбоям в работе бытовых приборов, понижению их мощности и преждевременному выходу из строя.

Этих причин достаточно, чтобы не пускать дело на самотек и принимать решительные меры для устранения или снижения перепадов напряжения.

Причины просадки напряжения

Существуют определенные требования к электрической сети, они приведены в ГОСТе 13109 97. В нем указано, что возможны длительные отклонения напряжения от номинала в пределах 10% (-5% и +5%).

Помимо этого допускаются краткосрочные скачки напряжения до 20% от номинала (от -10% до +10%). То есть, при норме 220 вольт длительное «проседание» до 209,0 В будет не критичным, как и краткосрочное понижение до 198,0 В.

Падение напряжения за указанные пределы (например, до 180 Вольт) говорит о том, что параметры сети не отвечают установленным нормам.

190 В – это уже пониженное напряжение

Важно установить природу «просадок» напряжения, в противном случае устранение последствий будет неэффективным. Проблемы с электрической сетью могут быть связаны со следующими причинами:

  1. Износ проводов ЛЭП, большое число соединителей, магистральные лини не соответствуют возросшей нагрузки и т.д.
  2. Мощность трансформаторов недостаточна для текущей нагрузки. Большинство трансформаторных подстанций были установлены более 30-40 лет назад, естественно, что за прошедшее время число потребителей электроэнергии существенно возросло.

    В результате действительные мощности превышают расчетные, что приводит к перегрузке трансформаторов, и, как следствию – нестабильному напряжению сети.

  3. Дисбаланс мощности. Как правило, в квартиру или дом заводится однофазное питание, но каждая из фаз является отдельным плечом трехлинейной схемы. Соответственно, при неравномерном распределении нагрузки будет наблюдаться понижение или повышение напряжения.

    Такой эффект получил название «перекос фаз».

  4. Подвод осуществляется кабелем с недостаточным сечением проводов для подключения нагрузки. Например, при расчетной мощности 11 кВт, подключение нагрузки осуществляется жилами сечением 6,0 мм 2 , при норме 10,0 мм 2 . Таблица соответствия площади сечения вводного кабеля подключаемой нагрузке
  5. Некачественное ответвление от воздушной линии.

  6. Плохой контакт на входном автомате.

В первых трех случаях самостоятельно устранить причину не представляется возможным, но можно подать жалобу в энергосбыт на поставщика электроэнергии (подробно об этом будет рассказано в другом разделе). В пунктах 4-6 указаны неисправности в домашних электросетях, поэтому такие проблемы решаются потребителями электроэнергии самостоятельно или для этой цели привлекаются специалисты.

Влияние и последствия низкого напряжения на электроприборы

Пониженное напряжение отражается на бытовых электроприборах следующим образом:

  • Происходит существенно ухудшение пусковых характеристик электродвигателей и компрессорных установок. В частности, превышает норму пусковой ток, что может привести критическому перегреву обмоток.
  • Изменяются основные параметры и эксплуатационные характеристики электрических приборов, например, на нагрев воды бойлером занимает больше времени из-за слабой мощности.
  • Понижается интенсивность светового потока у ламп с нитью накала. Примечательно, что перепады в сети не приводят к снижению яркости энергосберегающих и светодиодных источников с импульсными источниками питания. Качественные модели могут работать и с сетевым напряжением 140 Вольт, но при этом снижается ресурс устройства. Снижение яркости лампы накаливания – характерный признак падения напряжения
  • Повышение силы тока и как следствие перегрев проводов линий сети частного дома, что может привести к разрушению изоляции.
  • Сбои в работе электроники.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что наиболее подвержены пагубному воздействию пониженного (маленького) напряжения те устройства, конструкция которых включает в себя электродвигатель или компрессор.

К таковым относится большая часть бытовых электроинструментов, холодильные установки, насосное оборудование и т.д. Встроенная защита такого оборудования может не позволить включить приборы, если напряжение скачет или существенно ниже нормы.

Нештатные режимы работы снижают ресурсы оборудования, что приводит к уменьшению срока эксплуатации.

Менее подвержена влиянию техника, оснащенная импульсными БП с широким диапазоном входных напряжений. На нагревательном оборудовании «проседание» практически не отражается, единственное, что наблюдается — снижение мощности по сравнению с нормальным напряжением. Исключение — устройства с электронным управлением.

Способы решения проблемы

Начать необходимо с установления причины, повлекшей «проседание» электрической энергии. Распишем подробно алгоритм действий:

  1. Можно начать с опроса соседей, чтобы установить имеется ли у них подобная проблема. Если они столкнулись с подобной ситуацией, то велика вероятность, что имеет место внешний фактор (слабый трансформатор на подстанции, проблемы с ВЛ или дисбаланс мощности).

    Но прежде, чем писать коллективное заявление в Энергосбыт, следует проверить внутреннею сеть, поэтому вне зависимости от результатов опроса переходим к следующему пункту.

  2. Отключите вводный автомат защиты и измерьте напряжение на входных клеммах, после чего повторить измерение с подключенной нагрузкой.

    Вводный автоматический выключатель отмечен зеленым овалом

Если без нагрузки напряжение в пределах нормы, а после подключения внутренней сети «проседает», то можно констатировать, что проблема имеет местный характер и решать ее придется своими силами. В первую очередь необходимо проверить вводный автомат, поскольку слабый контакт на его входе или выходе может вызвать «проседание» напряжения.

Источник: https://ravon-r2.ru/prosadka-naprjazhenija-chto-jeto-takoe/

13 Вопрос

Процесскоммутации оказывает непосредственноевлияние на выпрямленное напряжение Ud. Это связано с тем, что при изменениифазных токов в зоне коммутации, виндуктивностях Lsобмоток транс-ра(Т) появляются ЭДСсамоиндукции(s).В выходящей из работы фазе ЭДС(s)складывается с ЭДС “ea”.

Во вступающей-ЭДС(s)вычитается из “eb”.

Таким образом, с учетом действия ЭДС(s)мгновенное значение выпрямленногонапряжения на интервале коммутациитока равно полусумме ЭДС коммутируемыхфаз : Ud= (Ua+ Ub)/2, где Uaи Ub- мгновенные знач-я фазных U-ий вторичной обмотки Т.

Т.к.,в зоне коммутации мгнов. знач-евыпрямленного напряжения снижается,по сравнению с мгновенной коммутацией,до величины Ud, происходит уменьшение среднего значениявыпрямленного напряжения. Его величинаопределяется выражением: изik= (U2m/2Xs)*{cos- cos(+ )} и Xs=LS

получаем: (1)(Рис.16) Из анализа (1) видим, что от Idи Xs,зависит ширина заштрихованной надиаграмме площадки. От значения mnзависит количество этих площадок,приходящихся на период переменногонапряжения — (2).

В завершение рассмотренияпроцесса коммутации фазных токовобратим внимание на то, что коммутационноеснижение средней величины выпрямленногонапряжения не

зависит от действующегозначения переменного напряжения навторичных обмотках питающеготрансформатора, а, также, от величиныугла управления “”.Оно зависит только от трех величин,входящих в формулу (1).

  1. при =0,напряжения в фазах складываются

  2. =90 U-я :в фазе в «+»,а в фазе с «-»,они суммируются

процессзаканчивается быстро,угол гаммаменьше,чем

при1)

  1. >90 величина ΔUk меняет знак.

14 Вопрос

Внешниехарактеристики ТП при непрерывном ипрерывистом токе в нагрузке

Внешние характеристики тиристорных преобразователей

Внешней характеристикойТП называется зависимость выпрямленногонапряжения от среднего значения токанагрузки при неизменной величине углауправления .

Ud= (Id)

Внешняя характеристикаопределяется внутренним сопротивлениемпреобразователя, которое приводит кснижению выпрямленного напряжения сростом нагрузки.

Снижениенапряжения обусловлено тремя факторами:

  1. Коммутационным падением напряжения (Uk).

  2. Падением напряжения в активных сопротивлениях цепей преобразователя, по которым протекают токи (UR).

  3. Падением напряжения в вентилях (UB).

Соответственновнешнюю характеристику ТП (при Lн= )можно записать в виде следующегоуравнения:

Ud= Ed0cos - Uk-UR- UВ. (3-16)

В зависимости отмощности выпрямителя влияние активныхи реактивных элементов схемы в этомпроцессе различно. Обычно в маломощныхвыпрямителях преобладает влияниеактивного сопротивления обмотоктрансформатора, а в мощных — индуктивногосопротивления.

Следуетотметить, что при значениях тока нагрузки,не превышающих номинальных, внутреннеепадение напряжения ТП (при = 0), как правило, составляет не более 10- 15% напряжения Ed0.Однако, при перегрузках и режимах,близких к короткому замыканию, становитсясущественным влияние внутреннихсопротивлений схемы.

Представляет такжеинтерес вид внешних характеристик прималых токах нагрузки. Это связано с тем,что имеется много электроприводов,обслуживающих механизмы с пульсирующим,либо знакопеременным моментом, илитребующим частого изменения направленияскорости вращения, т.е. реверса механизма.

Во всех этих случаях ток снижается донуля, или, даже, изменяет свое направление.Для выполнения таких функций используютсяреверсивные ТП, состоящие из двухпреобразователей, позволяющих изменятьнаправление тока. При этом, ТП частоработает с малыми токами, имеющими,иногда, нулевое значение.

В таком случае, внешниехарактеристики ТП меняют свой вид, т.к.здесь в действие вступают совсем другиесоотношения, которые описывают другиефизические процессы.

Призначительном снижении тока допущениеего идеальной сглаженности, что имеетместо при Lн= ,принято быть не может. Реальнаяиндуктивность нагрузки не только не всостоянии идеально сгладить выпрямленныйток, но она даже не может обеспечить егонепрерывность. Ток становится прерывистыми, в этом режиме работы, внешниехарактеристики теряют свою линейность,внося нежелательные проблемы и трудностив способы управления преобразователями.

Суменьшением тока имеет место резкийрост напряжения ТП из-за явлений,связанных с прерывистым характеромтока якоря, когда вентиль предыдущейфазы прекращает проводить ток до моментавключения вентиля последующей фазы.При этом, угловая длительность прохождениятока в вентиле ()становится меньше, чем 2/mn.

Этиявления особенно сильно сказываютсяпри больших углах управления () ТП. Уравнение (3-16) справедливо лишьтогда, когда ток в нагрузке протекаетнепрерывно.

Если принято, что индуктивностьLнв цепи выпрямленного тока бесконечнобольшая, то непрерывность будет иметьместо при любых значениях тока.

Если жеLнимеет конечную величину, то непрерывноепротекание тока возможно лишь припревышении последним некоторогограничного значения Idгр..Величина последнего согласно (л 1) можетбыть подсчитана по приближенномууравнению:

(3-17)

ЗдесьXтр, XниXр-приведенное ко вторичной обмоткеиндуктивное сопротивление трансформатора,индуктивные сопротивления нагрузки исглаживающего реактора.

Втрехфазной нулевой схеме Ed0определяется через фазные напряжениятрансформатора, в трехфазной мостовой- через линейные. При этом mn= 6.

Длямгновенных значений напряжения якорнойцепи при отсутствии перекрытия вентилей(= 0) справедливо уравнение:

e2- Eя= i*Rя.ц.+ L (di/dt) + Uв (3-18)

гдеRя.ц.= Rя+Rтр+ Rр

L= Lя+Lтр+ Lр

Uв- падение напряжения в вентилях;

e2и i- мгновенные значения вторичной ЭДСтрансформатора и тока.

Eя- ЭДС якоря двигателя.

Ввыражении (3-18) ЭДС трансформатораизменяется по синусоидальному закону.ЭДС двигателя в установившемся режимеиз-за инерционности вращающихся массне может заметно измениться за времяинтервала пульсаций и считаетсяпостоянной. При этом, разность ЭДС,стоящая в левой части уравнения, в какие-то моменты положительна, а в некоторыемоменты оказывается отрицательной.

Однако при больших токах в индуктивностяхякорной цепи запасается такое количествоэлектромагнитной энергии, которогодостаточно для поддержания тока прежнегонаправления в промежутках времени,когда e2- Eя< 0 и, даже, на протяжении частиотрицательной полуволны напряжениятрансформатора, когда e2< 0. Ток в анодной цепи вентиляподдерживается за счет ЭДС самоиндукции()при убывании тока.

Поэтому при достаточнобольших значениях индуктивности и токапоследний не прерывается, и выпрямленнаяЭДС преобразователя определяетсясредним значением ЭДС трансформатораза интервал повторяемости выпрямленнойЭДС (Tп= 2/mn).

Прималых нагрузках (рис 18) ток под действиемпротиво-ЭДС двигателя снижается до нуля(момент 2)раньше момента включения последующеговентиля. В результате ток через якорьпри малых нагрузках на валу двигателяпроходит не непрерывно, а отдельнымиимпульсами.

Кривые выпрямленногонапряжения и тока, при этом, имеют вид,показанный на рисунке:

Выражение(3-18) справедливо только для интерваловвремени, в течение которых ток проходитпо цепи якоря. В промежутках междуимпульсами тока вращение якоряподдерживается за счет механическойэнергии вращающихся масс, а напряжениена выходных клеммах преобразователяравно ЭДС якоря двигателя (Eя).

Этимобъясняется тот факт, что в режимепрерывистого тока среднее значениевыпрямленного напряжения, измеряемогона нагрузке и определяемое площадьюмежду кривой abcdeи осью абсцисс, деленной на интервалповторяемости, по мере снижения нагрузкирезко возрастает. Чем меньше ток, темраньше наступит его прерывание, и темвыше оказывается среднее выпрямленноенапряжение. В результате этого крутизнавнешних характеристик ТП при малыхнагрузках резко возрастает.

В соответствии с рис19 в режиме прерывистого тока среднеезначение выпрямленного напряжения назажимах двигателя определится выражением:

гдеe2ф.max- амплитудное значение фазной ЭДСвторичной обмотки трансформатора;

1и 2- соответственно углы включения ивыключения вентилей, отсчитываемые отначала синусоиды линейной ЭДСтрансформатора.

Рис18

Рис19

Выражение:Ed= Ed0cos(3-20) получается из (3-19), как частныйслучай, если положить = 2/mn, где - интервал проводимости вентиля.

Врежиме непрерывных токов, когда = 2/mn имеетместо однозначное соответствие междуEdи .

В режиме прерывистого тока среднеевыпрямленное напряжение на двигателезависит не только от величины ЭДСтрансформатора “e2”и угла управления преобразователя , но также от величины тока, т.е.

отвеличины момента нагрузки на валудвигателя и индуктивности цепи якорядвигателя. Аналитического выражениядля внешних характеристик в областипрерывистого тока в явном виде получитьнельзя, т.к. напряжение и ток связанытрансцендентными уравнениями.

Темне менее, существуют методы расчетавнешних характеристик и в областипрерывистого тока. Они используютсяпри выполнении курсового проекта.

Источник: https://studfile.net/preview/511173/page:6/

Падение напряжения: расчет, формула, как найти

Чтобы понять, что такое падение напряжения, следует вспомнить, какие виды напряженности в цепи бывают. Их всего два: напряженность источника питания (при этом источник питания должен быть подключен к контуру) и, собственно, снижение напряжения, которое рассматривается отдельно или в отношении контура. В этом материале будет рассмотрено, как найти падение напряжения, и дана формула расчета падения напряжения в кабеле.

Что означает падение напряжения

Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах. Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети.

Мнемоническая диаграмма для закона Ома

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.

Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.

Закон Ома для участка цепи

Допустимое падение напряжение в кабеле

Значение потери электронапряжения регламентируется и нормируется сразу несколькими правилами и инструкциями устройства электроустановок.

Так, согласно правилу СП 31-110-2003, суммарная потеря напряжения от входной точки в помещении до максимально удаленного от нее потребителя электроэнергии не должно быть больше 7.5 %.

Это правило работает на всех электроцепях с напряжением не более 400 вольт. Данное правило используется при монтаже и проектировке сетей, а также при их проверке службами Ростехнадзора.

Вам это будет интересно  Особенности изоляционной ленты

Важно! Этот документ обобщает и отклонение электронапряжения в сетях однофазного тока бытового назначения. Оно должно быть не более 5 % при нормальной работе и 10 % после аварийной ситуации. Если сеть низковольтная, то есть до 50 вольт, то нормальным падением считается +-10 %.

Для кабелей питающей сети используют правило РД 34.20.185-94. Оно допускает параметр потерь не более 6 %, если напряжение составляет 10 кВ и не более 4–6 % при электронапряжении 380 вольт. Чтобы одновременно соблюсти эти правила и инструкции, добиваются потерь 1.5 % для малоэтажных знаний и 2.5 % для многоэтажных.

Падение напряжения на резисторе

Проверка кабеля по потере напряжения

Всем известно, что протекание электрического тока по проводу или кабелю с определенным сопротивлением всегда связано с потерей напряжения в этом проводнике.

Согласно правилам Речного регистра, общая потеря электронапряжения в главном распределительном щите до всех потребителей не должна превышать следующие значения:

  • 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 %.

Исходя из этого и выбирают различные типы кабелей, способных поддерживать такую потерю напряжения.

Пример калькулятора для автоматизации вычислений

Как найти падение напряжения и правильно рассчитать его потерю в кабеле

Одним из основных параметров, благодаря которому считается напряженность, является удельное сопротивление проводника. Для проводки от станции или щитка к помещению используются медные или алюминиевые провода. Их удельные сопротивления равны 0,0175 Ом*мм2/м для меди и 0,0280 Ом*мм2/м для алюминия.

Вам это будет интересно  Определение тока или напряжения в розетке

Рассчитать падение электронапряжения для цепи постоянного тока в 12 вольт можно следующими формулами:

  • определение номинального тока, проходящего через проводник. I = P/U, где P – мощность, а U – номинальное электронапряжение;
  • определение сопротивления R=(2*ρ*L)/s, где ρ – удельное сопротивление проводника, s – сечение провода в миллиметрах квадратных, а L – длина линии в миллиметрах;
  • определение потери напряженности ΔU=(2*I*L)/(γ*s), где γ – это величина, которая равна обратному удельному сопротивлению;
  • определение требуемой площади сечения провода: s=(2*I*L)/(γ*ΔU).

Важно! Благодаря последней формуле можно рассчитать необходимую площадь сечения провода по нагрузке и произвести проверочный расчет потерь.

Таблица значений индуктивных сопротивлений

В трехфазной сети

Для обеспечения оптимальной нагрузки в трехфазной сети каждая фаза должна быть нагружена равномерно. Для решения поставленной задачи подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.

Потеря электронапряжения в каждом проводе трехфазной линии с учетом индуктивного сопротивления проводов подсчитывается по формуле

Формула расчета

Первый член суммы – это активная, а второй – пассивная составляющие потери напряженности. Для удобства расчетов можно пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькуляторами. Ниже приведен пример такой таблицы, где учтены потери напряжения в трехфазной ВЛ с алюминиевыми проводами электронапряжением 0,4 кВ.

Пример таблицы

Потери напряжения определены следующей формулой:

ΔU = ΔUтабл * Ма;

Здесь ΔU—потеря напряжения, ΔUтабл — значение относительных потерь, % на 1 кВт·км, Ма — произведение передаваемой мощности Р (кВт) на длину линии, кВт·км.

Однолинейная схема линии трехфазного тока

На участке цепи

Для того, чтобы провести замер потери напряжения на участке цепи, следует:

  • Произвести замер в начале цепи.
  • Выполнить замер напряжения на самом удаленном участке.
  • Высчитать разницу и сравнить с нормативным значением. При большом падении рекомендуется провести проверку состояния проводки и заменить провода на изделия с меньшим сечением и сопротивлением.

Базовым способом расчета потери мощности может служить онлайн-калькулятор, который проводит расчеты по исходным данным (длина, сечение, нагрузка, напряжение и число фаз).

Образец калькулятора для вычисления потерь

Таким образом, вычислить и посчитать потери напряжения можно с помощью простых формул, которые для удобства уже собраны в таблицы и онлайн-калькуляторы, позволяющие автоматически вычислять величину по заданным параметрам.

Источник: https://rusenergetics.ru/polezno-znat/padenie-napryazheniya

Определение напряжения на нагрузке

Падение напряжения в электрической сети может стать настоящей проблемой с приобретением современных мощных электроприборов. Чаще всего от этого страдают жильцы старых многоквартирных и частных домов, проводка в которых проложена 20, а то и 30 лет назад. Для энергопотребителей тех времен сечения кабеля было вполне достаточно, однако сегодня практически все пользователи полностью перешли на электрическую технику, эксплуатация которой требует модернизации проводки.

Наглядную картину можно наблюдать на примере освещения. Когда в электрической сети падает напряжение при подключении нагрузки с малым сопротивлением, лампы начинают гореть с меньшей яркостью. Причиной такого явления может быть недостаточное сечение проводки.

Чтобы убедиться в том, что источник выдает больший вольтаж, чем потребитель, необходимо вычислить напряжение на нагрузке. Сделать это можно путем включения в цепь вольтметра или по формуле. В первом случае измерительный прибор, который изначально имеет достаточно высокое сопротивление на входе, необходимо подключать параллельно линии. Это позволяет избежать шунтирования нагрузки и искажения результатов измерения.

Как рассчитать напряжение по формуле

Когда возникают перебои в подаче электроэнергии к приборам, важно проанализировать работу линии. При этом следует определить напряжение на нагрузке по формуле – такое решение дает максимально точный результат и позволяет вычислить другие параметры аналогичным способом. Так, формула расчета напряжения на нагрузке выглядит следующим образом:

U1 – напряжение источника;

ΔU – падение напряжения в линии;

I – ток в линии;

R0 – сопротивление линии.

В том случае, если сопротивление линии и напряжение источника постоянны, напряжение на нагрузке напрямую зависит от силы тока в линии.

Например, при подключении прибора в электрическую сеть с напряжением 220 В, током 10 А и сопротивлением линии, равным 2 Ом, напряжение на нагрузке составит:

В режиме холостого хода падения напряжения в линии нет (ΔU = 0), поэтому напряжение на нагрузке теоретически равно вольтажу источника (U2 = U1). Однако на практике напряжение источника равняться напряжению потребителя не может, поскольку и проводка, и источник электроэнергии, и подключенный к сети прибор имеют собственное сопротивление.

Пример. Напряжение источника составляет 220 В, внутреннее его сопротивление можно не учитывать. Сопротивление проводки – 1 Ом. Сопротивление включенного в сеть электрического прибора – 12 Ом. Суммарное сопротивление цепи составит 13 Ом. Ток в линии рассчитывается по закону Ома и составляет:

Напряжение на нагрузке вычисляется по формуле, приведенной выше:

Таким образом, видно, что напряжение на нагрузке меньше исходных 220 В, остальной вольтаж «теряется» на проводах.

Падение напряжения при подключении нагрузки потребителя

Из-за скачков вольтажа в сети страдают преимущественно жители частного сектора, дачных и коттеджных поселков. Из-за чего же происходит падение напряжения при подключении потребителя?

Первая причина этого явления – недостаточное сечение электрической проводки в доме. Дело в том, что слишком тонкие жилы кабеля не выдерживают большой нагрузки, которая возникает при включении в сеть электроприборов с высокой мощностью. Вторая причина – некачественные контакты в местах соединения проводов, что создает дополнительное сопротивление на линии.

Из-за падения напряжения в обоих случаях есть риск перегрева проводки или участка, в котором находится неисправный контакт. Это может стать причиной полного прекращения подачи электроэнергии на объект и даже возгорания.

Иногда падение напряжения наблюдается не на стороне пользователя, а на линиях электропередач. Оно может возникать вследствие перегрузки подстанции.

В этом случае решить проблему может лишь поставщик электроэнергии путем замены устаревшей подстанции на более новую модель с современной релейной защитой.

Еще одной причиной низкого напряжения может быть недостаточное сечение проводов на линии электропередач, а также нестабильное распределение нагрузки фаз на стороне подстанции. Как и в первом случае, устранить эти недочеты может только поставщик коммунальной услуги.

Узнать, действительно ли поставщик электроэнергии виноват в «провалах» напряжения, можно, опросив соседей. Если у них подобной проблемы нет, значит, стоит искать причину на территории участка. Зачастую этот вопрос успешно решается путем замены проводки на новый кабель с большим сечением. Однако в некоторых случаях падение напряжения продолжает наблюдаться.

Причина может заключаться в так называемых «скрутках» – соединениях проводов путем их скручивания. Дело в том, что каждый некачественный контакт на линии снижает конечное напряжение в сети.

Чтобы этого избежать, рекомендуется использовать заводские зажимы, которые гораздо более надежны, чем другие способы соединения электрических кабелей, а также абсолютно безопасны.

В случаях с применением низковольтных аккумуляторных батарей тоже могут наблюдаться «провалы». Если при включении потребителей падает напряжение зарядки источника питания, наиболее вероятная причина этого – некачественные контакты.

При падении напряжения в сети принципиально важно выяснить и устранить причину этого. В противном случае бездействие может обернуться печальными последствиями, особенно если дело касается электрической бытовой проводки. Современные кабели с подходящим сечением и качественно выполненные соединения проводов – залог длительной и эффективной работы всех электроприборов.

Источник: https://SystemsSec.ru/info/calc/raschet-napryazheniya-elektropitaniya-na-potrebitelya/

Провалы напряжения в сети: причины возникновения и защита от них

Обеспечение качества электроэнергии, отвечающего нормам ГОСТ 13109-97, является основной задачей при электроснабжении потребителей. Отклонения от номинальных значений, в частности, провалы напряжения, отрицательно отражаются на работе электрооборудования и могут стать причиной серьезного материального ущерба. В данной статье мы ответим на ключевые вопросы, связанные с кратковременным понижением напряжения, рассмотрим природу этого явления и причины его проявления.

Что такое провал напряжения?

В соответствии с определением, приведенным в ГОСТ 13109-97, под данным явлением подразумевается внезапное понижение амплитуды напряжения с последующим динамическим восстановлением питания в пределах номинального значения. Пример осцилограммы падения напряжения представлен ниже.

Осцилограмма провала напряжения

Характеризующие показатели

Для описания понижения амплитуды напряжения используются следующие показатели:

δUп – глубина провалов, для вычисления применяется следующая формула: δUп = (Uном — Uмин) / Uном , где Uном – номинальная величина амплитуды питающего напряжения, Uмин – значение остаточного напряжения;

∆t – длительность, данная величина определяется как разность между моментом восстановления напряжения к номинальному значению tк и временным параметром фиксации начальной стадии отклонения tн. Формула расчета длительности будет иметь следующий вид: ∆t = tк — tн

Fп – частотность повторений (частота возникновения провалов), приведем формулу, используемую для расчета этого параметра: Fп= 100% * m * (δUп* ∆tп) / M, где числитель дроби описывает количество отклонений, определенной глубины и длительности, произошедших в течение измеряемого периода. Знаменатель – общее количество отклонений, обнаруженных в ходе измерений.

Основные показатели провала напряжения

Приведенные выше показатели используются для определения качества электроэнергии в той или иной системе электроснабжения.

Причины появления провалов

Несмотря на то, что проявления отклонения напряжения имеют случайный характер, вероятность этого события зависит от вполне определенных причин. К таковым относятся:

  1. Пусковые токи.
  2. Колебания напряжения при коротком замыкании.
  3. Внезапное значительное увеличение нагрузки.
  4. Другие причины сетевого происхождения.

Рассмотрим подробно каждый из перечисленных факторов.

Токи включения

Образование токов включения, например, при старте мощных электродвигателей или другого устройства — самая распространенная причина подобных провалов. На рисунке ниже представлен пример, когда мощный двигатель подключен к единому вводу питания с другими потребителями.

Образование провала напряжения при запуске электродвигателя

Обозначения:

  • Т1 – Понижающий трансформатор.
  • RZ – Полное сопротивление на вводе питания.
  • RZ1-RZ3 — Полные сопротивления цепей потребителей.
  • М – мощный асинхронный двигатель.

С включением двигателя М образуется пусковой ток Iпуск, величина которого превышает номинальный по значению (Iпуск > Iном). Это приводит к образованию зоны провала c существенным понижением напряжения в цепи RZ1 и незначительным отклонениям на главном распределителе остальных цепей потребителей.

Короткие замыкания

Возникновение в электросети токов коротких замыканий также вызывают отклонения напряжения от нормы. Рассмотрим, как протекает и определяется процесс в сетях с различным классом напряжения.

КЗ в сетях с низким напряжением.

Пример такой ситуации проиллюстрирован на рисунке ниже. В данном случае на величину тока КЗ влияют полные сопротивления RZ и RZ2.

Образование провала вследствие КЗ в цепи потребителя 2

Исходя из этого, можно сказать, что чем больше будет величина полного сопротивления в сети низкого напряжения, тем меньшим будет значение тока КЗ.

На практике, в случае КЗ в цепи потребителя 2 должно произойти срабатывание защиты этой группы. Например, если отключение цепи произойдет через 50 мс, то на главном распределителе образуется зона провала длительностью 50 мс.

То есть, данный параметр зависит от скорости срабатывания защиты. При этом глубина провала будет уменьшаться по мере удаления от поврежденного участка, соответственно, чем ближе нагрузка, тем большее отклонение.

Эти правила работают как в сетях с низким, среднем и высоким напряжением.

КЗ в сетях с напряжением среднего класса.

Больше всего проблем возникает, когда КЗ происходит в трехфазных сетях среднего класса напряжения. Несмотря на случайный характер этого явления, вероятность возникновения аварийной ситуации довольно велика, поскольку нельзя исключать влияние сторонних факторов. К таковым можно отнести:

  • Различные виды земляных работ, в ходе которых может быть нанесено повреждение кабельной линии.
  • Пробои в местах соединений.
  • Старение изоляционного покрытия.
  • Воздействие природных и техногенных факторов.

При образовании тока КЗ он будет протекать, пока устройства автоматического защитного отключения на распределительной подстанции не изолирует аварийный участок. Пока этого не произойдет, в сети распределительной подстанции будет наблюдаться значительное снижение линейных напряжений.

КЗ в высоковольтных линиях.

В большинстве случаев замыкания в ВЛ происходят вследствие воздействия природных факторов (грозовые разряды, ураган и т.д.) или по причине ошибочных коммутаций и ложных срабатываний автоматической защиты.

Большие нагрузки

При подключении к электросети большой нагрузки, может привести к образованию пусковых токов, превышающих номинальные в несколько раз. В тех случаях, когда электроцепь рассчитана под номинальный ток, превышение этого параметра станет причиной снижения амплитуды источника питания. Масштабность данного проявления напрямую зависит от запаса мощности электрической сети и величины полного сопротивления.

Провалы сетевого происхождения

Учитывая сложность распределительных цепей, следует принять во внимание, что при повреждении одного из участков цепи будет оказываться влияние на остальные части. При этом на глубину и продолжительность провалов будет оказывать влияние следующие факторы:

  • топология цепи;
  • величина полного сопротивления проблемного участка;
  • текущая мощность нагрузки и источника электрической энергии (генератора).

Для более детального представления, рассмотрим пример, представленный на рисунке ниже.

Провалы сетевого происхождения

Допустим, произошло фазное замыкание в точке Р2, это приведет к тому, что у потребителя 1 отклонения напряжения наблюдаться не будут, у потребителя 2 глубина провала составит 63%, а у потребителя 3 – 97%.

Если однофазное замыкание возникнет в точке Р1, то глубина провала будет 50% от номинала у всех потребителей, за исключением потребителя 1. То есть, как мы видим, чем выше уровень топологии, где произошло повреждение, тем большее число потребителей попадает в зону провала напряжения. Соответственно, у потребителей, подключенных к уровню 3 риск появления провала значительно выше, чем у потребителей, запитанных от первого и второго уровня.

Допустимые провалы напряжения по ГОСТ

Согласно ГОСТ 32144 2013 для определения показателей качества электроэнергии провалы следует классифицировать по двум критериям:

  1. Величина остаточного напряжения.
  2. Длительность.

Поскольку появление провалов носит случайный характер, для представленных выше критериев не установлены численные значения. Тем не менее, измерения амплитуды и длительности должны проводиться с целью создания статистического массива, позволяющего установить вероятность случайного события для определенной электросети, с целью характеризовать КЭ.

Что касается «допустимых по ГОСТу провалов», то данное словосочетание не имеет смысла, поскольку под провалом подразумевается отклонение от установленной ГОСТом нормы (0,9Uном). Если быть точным, то можно назвать нормированием допустимую длительность провала (30 с), при превышении которого отклонение считается пониженным напряжением.

Влияние провалов на работу электрооборудования

Данное явление считается менее опасным отклонения частоты и импульсов напряжения, но, тем не менее, провалы могут привести к следующим последствиям:

  • Понижению интенсивности светового потока, производимого источниками с нитью накала.
  • Снижению чувствительности радио- и телеприемников.
  • Нестабильности работы рентгеновских установок.
  • Ложным срабатываниям электронных систем управления.
  • Понижение уровня постоянного тока в контактной сети электротранспорта негативно отражается на работе подвижного состава.
  • Изменению характеристик преобразователей напряжения.
  • Падение мощности электродвигателей, что приводит к электропотерям и износу.

Глубина провала более 10% от допустимого отклонения с большой вероятностью вызовет отключение газоразрядных источников освещения. При низком напряжении, более 15% от допустимой нормы, произойдет размыкание пускателей, что вызовет отключение электрооборудования и, как следствие, приведет к нарушению техпроцесса.

Характерно, что на дуговую электросварку провалы не оказывают серьезного влияния ввиду большой термической инерционности процесса, в то время как качество точечной сварки существенно снижается.

Финансовая сторона вопроса

Говоря о влиянии провалов на электрооборудование, мы упустили из виду финансовые потери, которые складываются из следующих составляющих:

  • Упущенная прибыль из-за простоя оборудования и потери времени на возобновление технологического цикла.
  • Ремонт вышедшего из строя оборудования.
  • Потери сырья и т.д.

Как бороться с провалами напряжения?

Как мы выяснили, провалы являются случайным явлением, длительность которого зависит от срабатывания защитных систем, а глубина – удаленностью от проблемного участка. Поскольку изменить вероятность проявления не представляется возможным, то остается только влияние на масштаб провала и устранение последствий.

Сделать это можно путем оптимизации сети, чтобы производилась компенсация провалов при резких изменениях нагрузки, а также установки специальных приборов для контроля фазных напряжений на соответствие номинальному уровню и исключению несимметрии. Не менее эффективно действует стабилизирующее оборудование, установленное у потребителя электроэнергии. Более серьезные приборы могут выступать в роли регулятора напряжения и преобразователя основной частоты.

Если проблема вызывается замыканиями, то установка системы АПВ, а при критических провалах и АВР, может сократить предельно допустимую длительность отклонения до короткого прерывания. То есть, автоматическая система произведет повторное включение и если это не даст результата, произойдет ввод резерва.

Советуем ознакомиться и прочитать:

Источник: https://www.asutpp.ru/provaly-naprjazhenija-v-seti.html

Как рассчитать падение напряжения на резисторе?

При передаче электрического тока возможна неравномерная работа потребителей на различных участках цепи. Причин такого явления может быть несколько, и основной из них является падение 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

Закон Ома имеет исключения для применения:

  1. При прохождении токов высокой частоты происходит быстрое изменение электромагнитных полей. При расчёте высокочастотных цепей следует учитывать инерцию частиц, которые переносят заряд.
  2. При работе цепей в условиях низких температур (вблизи абсолютного нуля) у веществ может возникать свойство сверхпроводимости.
  3. Нагретый проходящими токами проводник является причиной возникновения переменного сопротивления.
  4. При нахождении под воздействием высокого напряжения проводников или диэлектриков.
  5. Во время процессов, проходящих в устройствах на основе полупроводников.
  6. 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.

При использовании приборов с активной нагрузкой (лампы накаливания, приборы с нагревательными спиралями и элементами) коэффициент приближается к единице. При расчётах учитывается возможность наличия реактивного компонента при работе устройств и значение cosφ считается равным 0,95. При использовании устройств с реактивной составляющей (электрические двигатели, трансформаторы) принято считать cosφ равным 0,8.

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.

Общее сопротивление высчитывается по формуле: 1/R=1/R1+1/R2++1/Rn.

В реальных схемах электропроводки применяется смешанное соединение. Для расчёта сопротивления следует упростить схему, просуммировав сопротивления в каждой последовательной цепи. Затем схему уменьшают путём расчёта отдельных участков параллельного соединения.

Потери напряжения

Потеря напряжения представляет собой расход электрической энергии на преодоление сопротивления и нагревание проводов.

Падение напряжения происходит при работе различных электронных компонентов, например, диодов. Складывается оно из суммы порогового напряжения p-n перехода и проходящего через диод тока, умноженного на сопротивление.

При прохождении тока через резистор также наблюдается падение напряжения. Этот эффект используется для снижения напряжения на отдельных участках цепей. Например, для использования приборов рассчитанных на низкое напряжение в цепях с высоким значением напряжения.

Последовательное включение сопротивления

На схеме приведен пример последовательного включения резистора, который вызывает падение напряжения на лампе с 12 до 7 Вольт. На этом принципе построены регуляторы интенсивности освещения (диммеры).

При эксплуатации проводки с длиной до 10 метров потерями напряжения можно пренебречь.

Потеря напряжения на резисторе и способы замера показаны в видео от канала «Радиолюбитель TV».

К чему приводит потеря напряжения

Потери напряжения в кабельной системе являются причинами ряда негативных явлений:

  • неполноценная и некорректная работа потребителей;
  • повреждение и выход из строя оборудования;
  • понижение мощности и крутящего момента электродвигателей (особенно заметное в момент пуска);
  • неравномерное распределение тока между потребителями на начальном участке и в конце цепи;
  • из-за работы ламп на неполном накале происходит неполное использование мощности тока, что ведет к потерям электроэнергии.

От чего зависит потеря

Потеря напряжения в цепях переменного и постоянного напряжения имеет зависимость от силы тока и сопротивления проводника. При увеличении указанных параметров потери напряжения возрастают. Кроме того, на потерю оказывает влияние конструкция кабелей. Плотность прижатия и степень изоляции проводников в кабеле превращают его в конденсатор, который формирует заряд с ёмкостным сопротивлением.

Потеря напряжения на диодах зависит от типа материала. При использовании германия значение лежит в пределах 0,5-0,7 вольта, на более дешевых кремниевых значение увеличивается и достигает 0,7-1,2 вольта. При этом падение не зависит от напряжения в цепи, а зависит только от силы тока.

К основным причинам потерь тока в магистралях относят:

  1. При прохождении тока происходит нагрев проводника и дополнительное формирование ёмкостного сопротивления, являющегося частью реактивного. При возникновении реактивной нагрузки возникает эффект неполной реализации энергии, частичного отражения от нагрузки и возникновения циркулирующих паразитных токов.
  2. При больших реактивных сопротивлениях возникают скачки напряжения и силы тока, а также дополнительный разогрев проводки.
  3. Индуктивная мощность, возникающая при работе обмоток трансформаторов.

Ещё одной причиной падения напряжения на линиях является воровство электроэнергии.

В бытовых условиях потери напряжения зависят от ряда факторов:

  • затраты энергии на нагрев проводки из-за повышенного потребления;
  • плохой контакт на соединениях;
  • емкостный и индуктивный характер нагрузки;
  • применение устаревших потребителей.

Причины снижения напряжения изложены в видео от канала ElectronicsClub.

Допустимые значения

Значение потери напряжения относится к регламентированным значениям и нормируется несколькими правилами и инструкциями ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Источник: https://1000eletric.com/kak-rasschitat-padenie-napryazheniya-na-rezistore/

Падение напряжения на проводах — расстояние от трансформатора до ламп или ленты

Нас часто спрашивают, можно ли светодиодные лампы на 12 вольт такой-то мощности в таком-то количестве отдалить от трансформатора на такое-то расстояние?

Общая рекомендация — это расстояние не должно превышать 5 метров. Это известный факт.

Но что делать, если требуется больше 5 метров? Часто из-за конструктивных ограничений невозможно уложиться в такое короткое расстояние.

Потери на проводах — суть проблемы

В некоторых ситуациях можно превратить число 5 в гораздо большее значение. Для этого нужно оценить падение напряжения на проводах.

Именно оно является причиной ограничений — сам провод имеет внутреннее сопротивление и поэтому «съедает» часть напряжения источника тока. И когда провод слишком длинный, может случиться так, что лампам останется такая малая часть исходного напряжения, что они не загорятся.

Вторая часть проблемы — провод не просто «съедает» часть напряжения, а превращает его в тепло. Помимо того, что это просто бестолковое расходование электричества, так оно ещё и несёт в себе пожарную проблему — провод может нагреться слишком сильно.

Чтобы быть уверенным, что требуемые, например, 15 метров между трансформатором и лампой не принесут неприятностей, нужно оценить, сколько именно вольт потеряется на этих 15 метрах.

Рассчитать падение напряжения на проводе очень просто. Все необходимые для этого данные у Вас, как правило, есть: длина провода, суммарная мощность подключаемых ламп (ленты), напряжение питания и площадь поперечного сечения проводника. Нужно лишь дополнительно узнать удельное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен провод.

Формула для расчёта падения напряжения на проводах

Достаточно легко выводится простая общая формула для расчёта падения напряжения, применимая в любой ситуации.

Нам понадобится только закон Ома R = V / I и формула связи электрической мощности, напряжения и силы тока W = V · I.

Также для оценки сопротивления провода нужно знать значение удельного электрического сопротивления [википедия] материала проводника.

Проведя простые выкладки, получим вот такую формулу, дающую оценку значения падения напряжения на проводах:

Оценка падения напряжения на проводах

Падение напряжения зависит от типа материала провода, сечения провода, его длины, мощности потребителей и напряжения источника питания. В этой формуле обозначено:

  • W — мощность в ваттах потребителей тока на конце провода;
  • V — напряжение источника тока в вольтах, как правило, 12 вольт или 24 вольта;
  • L — длина провода в метрах, т.е. удалённость потребителей от трансформатора;
  • S — площадь сечения провода в мм²;
  • ρ — значение удельного электрического сопротивление в Ом·мм²/м, для меди это примерно 0.018 Ом·мм²/м

Формула проста, но применима только в случае, если ожидаемое падение напряжения невелико, не более нескольких процентов, т.е. когда расстояние между трансформатором и потребителем не превышает 10 метров, а мощность менее 10-20 ватт.

В иных случаях следует воспользоваться более точной формулой:

Точное значение падения напряжения на проводах

Теперь, вычислив значение падение напряжения на проводах, мы можем оценить, какая мощность будет теряться — просто расходоваться на нагрев проводов. Нужно полученное значение падения напряжения умножить на мощность потребителей тока W и поделить на напряжение трансформатора V:

Оценка падения мощности на проводах

Если эта мощность получится слишком большой, то, очевидно, нужно увеличить толщину провода. Иначе можно получить разные неприятности вплоть до пожара.

Выводы

Как легко видеть из формул, двукратное увеличение площади сечения проводника примерно двукратно уменьшает падение напряжения на проводах.

Также возможным решением проблемы может быть увеличение значения напряжения источника тока. Если, конечно, потребители тока это позволяют. Опять же, двукратное увеличение питающего напряжения примерно в два раза снижает падение напряжения.

Например, наши низковольтные лампы Е27 на 12-24 вольт одинаково светят и от 12 и от 24 вольт. И в этом случае имеет смысл перейти на трансформатор на 24 вольта.

Также становится понятно, что для мощных потребителей (порядка 100 ватт) понадобятся очень толстые провода.

Резистор. Падение напряжения на резисторе. Мощность. Закон Ома — МикроПрогер

Итак, резистор Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока. То есть, без резистора по цепи течет большой ток, встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток, проходящий через цепь. И Резистор.

Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток, например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор —  у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко.

Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Ограничение тока резистором

Падение напряжения на резисторе

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения. Барьер не только задерживает ток, но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт.

На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор. Включаем цепь без резистора(слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа)  показывает 5В.

На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Падение напряжение на резисторе

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе.

Единица измерения сопротивления резистора

Основная характеристика резистора — сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

Закон Ома для электрической цепи

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока(I) и Сопротивление(R).

V=I*R

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора, при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2.  При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R    =>     R=V/I    =>    R= 12В / 0,2А   =>   R=60Ом

 Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи, будет составлять 0,2А.

Характеристика мощности резистора

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока. При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду.

Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит.

Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

Расчет мощности резистора

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток, проходящий по цепи(а значит и через резистор), равный 0,2А.

Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе). Это значит, что мощностьтока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт.

 Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

Соединение резисторов

Резисторы в цепях электрического тока имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение резисторов

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

Последовательное соединение резисторов

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Параллельное соединение резисторов

Остались вопросы? Напишите . Мы ответим и поможем разобраться =)

Источник: http://micro-proger.ru/2016/03/20/rezistori/

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как рассчитать потребление электроэнергии электрокотла
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Что такое работа и мощность электрического тока

Закрыть