Падение напряжения по разному сечению кабелей. Расчет необходимого сечения кабеля

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?

1. Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.

Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S , где

р - удельное сопротивление провода, Ом*мм 2 /м;

l - длина провода, м;

S - площадь поперечного сечения провода, мм 2 .

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм 2 /м , и для алюминия р=0,028 Ом*мм 2 /м . Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.

Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм 2 . Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).

Учтите, что ток "бежит" по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому "пробегаемое" им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.

Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).

На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.

Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.

Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.

Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм 2 .

U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.

Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.

Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм 2 для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм 2 .

Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм 2 длинной 50 м.

Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм 2 не спасет. Тут выход один - это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.

Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.

Не забываем улыбаться:

Звонок мужу в командировку:
- Дорогой, а почему в кране нет воды?
- Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно...
- Милый, а почему газа нет?
- Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено...
- Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
- Пойди заплати за коммуналку, дура!

Как правильно и точно сделать расчет сечения кабеля по потере напряжения? Очень часто при проектировании сетей электроснабжения требуется грамотный расчет потерь в кабеле. Точный результат важен для выбора материала с необходимой площадью сечения жилы. Если кабель выбран неправильно, это повлечет за собой множественные материальные затраты, ведь система быстро выйдет из строя и перестанет функционировать. Благодаря сайтам помощникам, где имеется уже готовая программа для расчета сечения кабеля и потери на нем, сделать это можно легко и оперативно.

Как воспользоваться калькулятором онлайн?

В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат.
Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:

• Указывая коэффициент мощности косинус фи равен единице.
• Линии сети постоянного тока.
• Сеть переменного тока с частотой 50 Гц выполненная проводниками с сечениями до 25.0-95.0.

Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.

Обязательно заполняйте все значения!

Длина линии (м) / Материал кабеля:			Медь Алюминий
Мощность нагрузки (Вт) или ток (А):
Напряжение сети (В):		Мощность	1 фаза
Коэффициент мощности (cosφ):		Ток	3 фазы
Допустимые потери напряжения (%):
Температура кабеля (°C):
Способ прокладки кабеля:	Открытая проводка Два одножильных в трубе Три одножильных в трубе Четыре одножильных в трубе Один двухжильный в трубе Один трёхжильный в трубе Гр. прокладка в коробах, 1-4 кабеля Гр. прокладка в коробах, 5-6 кабелей Гр. прокладка в коробах, 7-9 кабелей Гр. прокладка в коробах, 10-11 кабелей Гр. прокладка в коробах, 12-14 кабелей Гр. прокладка в коробах, 15-18 кабелей
Сечение кабеля не менее (мм²)
Плотность тока (А/мм²)
Сопротивление провода (ом)
Напряжение на нагрузке (В)
Потери напряжения (В / %)

Расчет потери мощности в кабеле по школьной формуле

Получить нужные данные можно следующим образом, используя для подсчетов такую комбинацию показателей: ΔU=I*RL (потери напряжения в линии = ток потребления*сопротивление кабеля).

Зачем нужно делать расчет потерь напряжения в кабеле?

Излишне рассеивание энергии в кабеле может повлечь за собой существенные потери электроэнергии, сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции. Это опасно для жизни людей и животных. При существенной длине линии это скажется на расходах за свет, что также неблагоприятно отразиться на материальном состоянии владельца помещения.

Помимо этого неконтролируемые потери напряжения в кабеле могут стать причиной выхода из строя многих электроприборов, а также полного их уничтожения. Очень часто жильцы используют сечения кабелей меньше чем нужно (с целью экономии), что вскоре вызывает короткое замыкание. А будущие затраты на замену или ремонт электропроводки не окупают кошельки «экономных» пользователей. Вот почему так важно правильно подобрать нужное сечение кабелей прокладываемых проводов. Любой электромонтаж в жилом доме стоит начинать только после тщательного расчета потерь в кабеле. Важно помнить, электричество – не дает второго шанса, а потому все нужно делать изначально правильно и качественно.

Пути снижения потерь мощности в кабеле

Потери можно снизить несколькими способами:

o увеличением площади сечения кабеля;

o уменьшением длины материала;

o снижением нагрузки.

Часто с последними двумя пунктами сложнее, а потому приходится это делать за счет увеличения площади сечения жилы электрокабеля. Это поможет снизить сопротивление. Такой вариант имеет несколько затратных моментов. Во-первых, стоимость использования такого материала для многокилометровых систем очень ощутима, а потому необходимо выбирать кабель правильного сечения, дабы снизить порог потери мощности в кабеле.

Допустимые потери напряжения являются обязательной характеристикой воздушной (ВЛ) или кабельной (КЛ) линии. Представим такую картину: вдали от населенного пункта разработали карьер по добыче чего-то, технико-экономические показатели электроснабжения рекомендовали ВЛ-0,4 кВ. Трассу провели — электродвигатели перегреваются, . Проведенные электроизмерения зафиксировали пониженное напряжение на вводе.
Чтобы подобного казуса не случилось, для значительно протяженных электротрасс выполняется расчет потерь напряжения . Как правило, электромонтаж трассы производится одним и тем же сечением, и очень важно, чтобы в конце нее были выдержаны допустимые потери напряжения .
Где же происходит потеря недостающих вольт? Провода и кабели обладают активным и индуктивным сопротивлением, естественно, чем они тоньше и больше их протяженность, тем выше и потери. Поэтому для сравнительно большой протяженности и делается расчет.
Рассмотрим несколько типовых вариантов расчета потерь.
1. Трехфазная силовая электросеть с сосредоточенной нагрузкой в конце ВЛ-0,4кВ.
Для примера возьмем все тот же карьер с расчетной активной нагрузкой, допустим, Р=20кВт (Рис.а). Сечение без учета индуктивности определяется по следующей формуле: s =100000Pl /σΔU%U 2 .
s — сечение провода, мм 2 ; P — расчетная мощность (у нас Р=20кВт);
l — длина провода от трансформаторной подстанции до потребителя, м;
σ — удельная проводимость, м/(Ом*мм 2), для меди σ=57, для алюминия — 34,5;
ΔU% — допустимая потеря напряжения в процентах от номинального, для силовых сетей потери не должны превышать 5%; U — номинальное линейное напряжение (для нашего карьера U=380В).

Так как ВЛ-0,4 пока еще алюминиевые, для этого материала и проводим вычисления допустимых потерь. Предположим, ВЛ-0,4 вытянута на 400 метров. s =100000*20*400/34,5*5%*380 2 =32мм 2 . Получается, алюминий должен быть не менее 32мм 2 , значит, берем по возрастанию 35мм 2 .
2. Трехфазная силовая электросеть с распределенной по длине нагрузкой.
К нашей воздушке решил подключиться какой-то объект c P 1 =5кВт на расстоянии l 1 =200 метров от ТП (Рис.б). Рассчитывать придется по немного измененной формуле:
s =100000(P 1 l 1 +P 2 l 2 +…)/σΔU%U 2 ;
s =100000(5*200+20*400)/34,5*5*380 2 =36мм 2 .
Ранее выбранное сечение алюминия не соответствует допустимым потерям напряжения сети, надо брать 50мм 2 . Надеюсь, понимаете, что многоточие в формуле означает подключение других потребителей на других отрезках ВЛ-0,4.
3. Расчет трехфазной электросети с учетом индуктивности.
Этот вариант наиболее трудный. Сначала надо вычислить процент потерь в индуктивном сопротивлении для выбранных 50мм 2: ΔUр%=100000Qxl /U 2 ; Q — расчетная реактивная мощность потребителя, кВАр; x — индуктивное сопротивление провода, Ом/км (табл.1); l — длина, км.
В проектных или паспортных данных устанавливаемого электрооборудования всегда указывается Р и cos φ. Допустим, для нашего электрооборудования cos φ=0,9. Можно найти полную мощность S=P/cos φ=20/0,9=22,2кВА .
Q=S*sin φ . Чтобы узнать, чему равен sin φ, придется обратиться к таблице Брадиса. На уроках тригонометрии, наверное, знакомились с этим замечательным произведением. Немного напомню. Для cos φ=0,9 угол составляет 25º. По Брадису находим sin для этого угла — 0,42. Подставляя значение в Q=S*sin φ , получаем: Q=22,2*0,42=9кВАр.
Если не знакомы с таким справочником, применяйте знаменитые «пифагоровы штаны»: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов — S 2 =P 2 +Q 2 . Q=√¯(S 2 -P 2) .
Теперь находим ΔUр%=100000Qxl /U 2 ;
ΔUр%=100000*9*0,317*0,4/380 2 =0,79% . Обратите внимание, l измеряется уже в километрах, x нашли в табл. 1 для провода воздушной линии сечением 50мм 2 .

Таблица 1

Далее смотрим, соответствует ли взятое сечение провода допустимой потере напряжения с учетом индуктивности?
Формула опять немного изменяется:
s=100000Pl /σ(ΔU%-ΔUp%)U 2 ;
s=100000*20*400/34,5(5%-0,79%)380 2 =38мм 2 .
ВЛ соответствует допустимым потерям.

4. Допустимые потери напряжения для осветительной электросети.
Допустимые потери напряжения для освещения предприятий и общественных зданий должны быть не выше 2,5%, для жилых помещений и уличного освещения — не более 5%. Вычисление выглядит таким образом: s =P 1 l 1 +P 2 l 2 +…/сΔU% . В расчеты вклинился новый значок «с» . Это коэффициент, зависимый от системы электросети: для алюминия в трехфазной сети с нулевым проводом с=46, для двухпроводной (фаза-ноль) — 7,7. Вместо «ΔU% » подставляем его значение (2,5% или 5%), l считаем метрами. Если делать вычисления для допустимых потерь воздушки, питающей протяженную улицу села, придется с арифметикой долго трудиться: представляете, сколько домов надо перебрать!