Падіння напруги по довжині кабелю постійного струму. Розрахунок втрати напруги за довжиною кабелю

p align="justify"> При проектуванні електромереж з невеликими струмами часто проводяться розрахунок втрат напруги в провідниках. Отримані результати потім використовуються для визначення оптимального перерізу струмопровідних жил. Якщо під час вибору проводів і кабелів буде допущена помилка, то електросистема швидко вийде з ладу або не запуститься. Для проведення необхідних обчислень використовуються спеціальні формули чи онлайн-калькулятори.

Причини втрат

Кожен електрик знає, що кабелі складаються з жил. Вони виготовляються з міді або алюмінію та покриті ізоляційним шаром. Для захисту від механічних пошкоджень провідники поміщаються у додаткову полімерну оболонку. Так як струмоведучі жили щільно розташовані і стиснуті захисним покриттям, при великій протяжності магістралі вони починають працювати за принципом конденсатора. Говорячи простіше, у сердечниках створюється заряд, що має ємнісний опір.

Схема втрати напруги у проводах має такий вигляд:

Якщо цей процес уявити графічно, то показником втрат виявиться відрізок AD.

Виконувати такі обчислення вручну досить складно і часто використовується онлайн-калькулятор. Втрати напруги, розраховані з допомогою, виявляються досить точними, а похибка мінімальна.

Наслідки зниження напруги

Відповідно до нормативної документації, втрати на магістралі від трансформатора до найвіддаленішої точки для громадських об'єктів не повинні перевищувати 9%. Що стосується можливих втрат у місці введення лінії до кінцевого користувача, цей показник повинен становити не більше 4%.

У разі відхилення від зазначених меж можливі такі наслідки:

• Енергозалежне обладнання не зможе нормально функціонувати.
• При низькій напрузі на вході можлива відмова у роботі електроприладів.
• Струмове навантаження не буде розподілятися рівномірно між споживачами.

До характеристик ЛЕП висуваються високі вимоги. За її проектування необхідно розрахувати можливі втрати у магістральних мережах, а й вторинних.

Для розрахунку втрат напруги можна використати кілька способів. Розглянути варто все, щоб кожен електрик зміг вибрати найпривабливіший залежно від ситуації.

Застосування таблиць та формул

Насправді при монтажі електромагістралей використовуються мідні чи алюмінієві провідники. Знаючи показники питомого опору цих матеріалів, а також силу струму та опір проводів, можна використовувати такі формули падіння напруги:

Домашній майстер і навіть спеціаліст може скористатися спеціальними таблицями. Це досить зручний та простий спосіб проведення необхідних розрахунків. Однак у деяких випадках потрібно отримати максимально достовірний результат, враховуючи показники активного та реактивного опору. У такій ситуації доводиться використовувати складнішу формулу:

Для забезпечення оптимального навантаження трифазної мережі кожна фаза повинна бути навантажена рівномірно. Для вирішення поставленої задачі підключення електромоторів слід виконувати до лінійних провідників, а світильників – між нейтральною лінією та фазами.

Онлайн сервіси

Застосування формул, графіків та таблиць є досить трудомістким процесом. Не завжди необхідно отримати максимально точні результати і в такій ситуації варто користуватися онлайн-калькуляторами. Ці послуги працюють так:

• У програму вводяться показники сили струму, матеріал провідника, перетин струмопровідних жил та довжина магістралі.
• Також потрібно надати інформацію про кількість фаз, напругу в мережі, потужність і температуру лінії під час експлуатації.
• Після введення всіх необхідних даних, програма автоматично виконає всі потрібні розрахунки.

На стадії попереднього проектування варто скористатися кількома сервісами, а потім визначити середнє значення. Слід визнати, що певна похибка у розрахунках при використанні онлайн-калькуляторів є.

Скорочення втрат

Цілком очевидно, що втрати залежать від довжини провідника у магістралі. Чим цей параметр вищий, тим сильніше впаде напруга. Для скорочення втрат можна використати кілька методів:

Останній спосіб добре працює в електромережах, що мають кілька резервних ліній. Також слід пам'ятати, що напруга може зменшуватися за умови підвищення температури кабелю. Якщо під час прокладання кабелю використовувати додаткові заходи теплоізоляції, то втрати можна скоротити.

В енергетичній галузі розрахунок падіння напруги на магістралі є одним із найважливіших завдань. Якщо всі обчислення були проведені грамотно, то у споживача не виникнуть проблеми з експлуатацією електроустаткування.

Цікавить нормування втрати напруги в лініях різних ділянках електричної мережі:

ЦП – ТП (РТП) – ВРУ (ГРЩ) – ЩО (ЩР або ЩЗ) – н.у. лампа ЕО (найпотужніший н.у. ЕП).

Прийняті скорочення (визначення див. у розділі 7.1 ПУЕ та наприкінці цієї статті):

• ТЕО – техніко-економічне обґрунтування,
• ЦП – центр харчування,
• ТП - трансформаторна підстанція,
• РТП – розподільна трансформаторна підстанція,
• ВРУ - вступно-розподільний пристрій,
• ГРЩ – головний розподільчий щит,
• ЩО – щиток робочого освітлення,
• ЩАТ - щиток аварійного освітлення,
• ЩР – щит розподільний,
• ЩС – щит силовий,
• ЕО – електроосвітлення,
• ЕП - електроприймач,
• ЕУ - електроустановка,
• н.у. - Найбільш віддалений(а),
• р.р. - Розподільна лінія,
• гр.л. - групова лінія,
• д.з.у.о.н. – допустимі значення відхилення напруги, що встановилося.

Втрата напруги в системі електропостачання - величина, що дорівнює різниці між значеннями діючої напруги, що встановилися, виміряними в двох точках системи електропостачання (ГОСТ23875-88 «Якість електричної енергії. Терміни та визначення»), наприклад, алгебраїчна різниця між напругою на початку (наприклад, у джерела живлення) та в кінці (на затискачах електроприймача) лінії.

На вторинних обмотках трансформаторів ТП напруга 0,4 кв (п. 1.2.23 ПУЕ 7-го вид.), тобто. 105% від номінальної напруги електричної мережі 0,38кВ (ГОСТ 721 та ГОСТ 21128). Маємо від шин ТП до ВРУ “втрату напруги” в нормальному режимі 5% - середнє значення в межах 4-6% (п. 5.2.4 РД 34.20.185-94). Нормально допустимі значення відхилення напруги на затискачах ЕП ±5% від номінальної напруги мережі (п. 5.2 ГОСТ 13109-97).

Маємо "втрату" напруги ≈10% від шин РУ 0,4кВ ТП до н.у. ЕП, але рекомендується, щоб сумарні втрати напруги від шин ТП до н. лампи ЕО не перевищували 7,5% (СП 31-110-2003). Значить, якщо від шин 0.4кВ ТП до ВРП - 5%, то на ділянці від ВРУ до н.у. лампи ЕО не більше 2.5%, а для інших ЕП втрати в ЕУ будівель не повинні перевищувати 4% (ГОСТ Р 50571.15-97):

• від шин ТП до ВРУ – 5% (380В);
• від шин ТП до н. лампи ЕО – 7,5% (370В);
• від шин ТП до н. ЕП – 9% (364,8В).

А втрати напруги в ЕУ будівлі різних ділянках електричної мережі, тобто. р.р. та гр.л. (див. стовпці «b» і «c» табл.1), не нормуються і вибираються з конкретних умов, ТЕО тощо. З точки зору зменшення трудомісткості проектування, втрати напруги на різних ділянках електричної мережі, на мій погляд, можна прийняти такими, як ВРУ до:

• н.у. лампи ЕО трохи більше 2.5%, їх
• р.р. до ЩО – 0,5%,
• гр.л. до н. ламп ЕО – 2%.
• н.у. ЕП не повинні перевищувати 4%, з них
• р.р. до ЩР - 2%,
• лінії до н. ЕП – 2%.
• ел.двигуна, РЕА та спец.обладнання - за паспортом, але не більше 15%.
• Для ланцюгів напруги лічильників обліку електроенергії – 0,5% (РМ-2559).

Втрату напруги у кожній груповій лінії (при рівних перерізах провідників) у мережах внутрішнього ЕО та штепсельних розеток розраховувати не потрібно, т.к. немає діючих керівних документів, які зобов'язують робити такий розрахунок, необхідний лише виявлення значень за найгірших умов, тобто. для н. лампи ЕО та самої навантаженої лінії н.у. ЕП.

За досвідом проектування втрати напруги у внутрішньоквартирних групових лініях загального освітлення можуть прийматися рівними 1-0,8% (Тульчин І.К., Нудлер Г.І., Електричні мережі та електроустаткування житлових та громадських будівель - 2-ге вид., М.М. : Енергоатоміздат, 1990; див. таблицю 16,1 «Межі допустимих втрат напруги, при яких параметри електричної мережі мають значення, близькі до оптимальних» (стор. 253).

На шинах н/н ТП у період найменших навантажень мереж не вище 100% номінальної напруги (п. 1.2.23 ПУЕ 7-го вид.) та втрати напруги, що залежать від потужностей навантаження в мережах, пропорційно зменшуються.

Але це ще не все! Потрібно зробити розрахунок на втрати напруги в післяаварійному режимі, щоб не вийти за гранично допустимі значення відхилення напруги (ГОСТ 13109-97): ±10% від номінальної напруги електричної мережі за ГОСТ 721 і ГОСТ 21128 (номінальна напруга). Розрахунок на втрати напруги у післяаварійному режимі м.б. актуальний, наприклад, для кабельних ліній, що взаєморезервуються.

Позиція Ростехнагляду:
Інформаційно-довідкове видання "Новини електротехніки",
щорічний додаток "Питання-відповідь", додаток до журналу № 6 (48) 2007.

У проектувальників існує чимало розбіжностей щодо СП 31-110-2003, п. 7.23. Відхилення напруги від номінальної на затискачах силових електроприймачів та н.у. ламп ЕО не повинно перевищувати 5% норм. режимі, а від шин ТП до н. ламп ЕО – 7,5%. Отже, ВРУ – н.у. ламп ЕО – 5% від 380/220, але тоді від ТП до ВРУ необхідно подавати підвищену напругу, щоб з урахуванням втрат на цій лінії (2,5%) отримати у ВРУ номінальне значення напруги.

Насамперед слід розділити поняття «відхилення напруги» та «втрата напруги». У першому абзаці п. 7.23 СП 31-110-2003 унормується відхилення напруги від номінального на затискачах електроприймачів ламп розжарювання. У третьому абзаці п. 7.23 СП 31-110-2003 йдеться про втрату напруги в лініях на ділянці від шин 0,4 кВ трансформаторної підстанції 6–10/0,4 кВ до найбільш віддаленого електроприймача.
Виконання умов першого абзацу є обов'язковим, третього абзацу – рекомендованим.
Згідно з вказівками п. 1.2.23 ПУЕ 7-го вид. мережах.
З урахуванням цих вихідних положень необхідно проводити перевірку обраних за іншими умовами перерізів провідників. Втрата напруги в лініях у нормальному режимі повинна бути такою, щоб на затискачах найбільш віддаленого електроприймача напруга як при найбільших, так і при найменших навантаженнях виявлялася в межах ±5% номінального. При виконанні перевірки перерізів вибраних провідників у разі втрати напруги необхідно враховувати положення перемикача відгалужень на трансформаторних підстанціях напругою 6–10/0,4 кВ.

Віктор Шатров, референт Ростехнагляду.

Нормативні посилання:

ПУЕ 7-го видання.
Рівні та регулювання напруги, компенсація реактивної потужності.

1.2.22. Для електричних мереж слід передбачати технічні заходи щодо забезпечення якості електричної енергії відповідно до вимог ГОСТ 13109.

1.2.23. Пристрої регулювання напруги повинні забезпечувати підтримку напруги на шинах напругою 3-20 кВ електростанцій та підстанцій, до яких приєднані розподільчі мережі, в межах не нижче 105 % номінального в період найбільших навантажень і не вище 100 % номінального в період найменших навантажень цих мереж. Відхилення від зазначених рівнів напруги мають бути обґрунтовані.

1.2.24. Вибір та розміщення пристроїв компенсації реактивної потужності в електричних мережах проводяться виходячи з необхідності забезпечення необхідної пропускної спроможності мережі в нормальних та післяаварійних режимах за підтримки необхідних рівнів напруги та запасів стійкості.

ГОСТ 13109-97. Норми якості електричної енергії у системах ЕС загального призначення.5.2. Відхилення напруги.

Відхилення напруги характеризується показником відхилення напруги, що встановилося, для якого встановлено такі норми:

• нормально допустимі і гранично допустимі значення відхилення напруги δUу на висновках приймачів електричної енергії рівні відповідно ± 5 і ± 10% від номінальної напруги електричної мережі за ГОСТ 721 і ГОСТ 21128 (номінальна напруга);
• нормально допустимі і гранично допустимі значення відхилення напруги в точках загального приєднання споживачів електричної енергії до електричних мереж напругою 0,38 кВ і більше повинні бути встановлені в договорах на користування електричною енергією між енергопостачальною організацією та споживачем з урахуванням необхідності виконання норм цього стандарту на висновках приймачів електричної енергії.

РД 34.20.185-94
Інструкція із проектування міських електричних мереж.
Гол. 5.2 Рівні та регулювання напруги, компенсація реактивної потужності

5.2.4. Попередній вибір перерізів проводів і кабелів допускається проводити виходячи із середніх значень граничних втрат напруги в нормальному режимі: у мережах 10(6) кВ не більше 6 %, у мережах 0,38 кВ (від ТП до вводів до будинків) не більше 4-6 %.

Великі значення відносяться до ліній, що живлять будівлі з меншою втратою напруги у внутрішньобудинкових мережах (малоповерхові та односекційні будівлі), менші значення - до ліній, що живлять будівлі з більшою втратою напруги у внутрішньобудинкових мережах (багатоповерхові багатосекційні житлові будівлі, великі громадські будівлі).

СП 31-110-2003
Проектування та монтаж електроустановок житлових та громадських будівель.
7. Схеми електричних мереж.

7.23 Відхилення напруги від номінального на затискачах силових електроприймачів та найбільш віддалених ламп електричного освітлення не повинні перевищувати в нормальному режимі ±5 %, а гранично допустимі у післяаварійному режимі при найбільших розрахункових навантаженнях – ±10 %. У мережах напругою 12-50 В (вважаючи джерела живлення, наприклад понижуючого трансформатора) відхилення напруги дозволяється приймати до 10 %.

Для ряду електроприймачів (апарати управління, електродвигуни) допускається зниження напруги в пускових режимах у межах значень, регламентованих для електроприймачів, але не більше 15%.

З урахуванням регламентованих відхилень від номінального значення сумарні втрати напруги від шин 0,4 кВ ТП до найбільш віддаленої лампи загального освітлення в житлових та громадських будівлях повинні, як правило, перевищувати 7,5%. Розмах змін напруги на затискачах електроприймачів при пуску електродвигуна не повинен перевищувати значень, встановлених ГОСТ 13109.

ГОСТ Р 50571.15-97 (МЕК 364-5-52-93). Електроустановки будівель.
Частина 5. Вибір та монтаж електроустаткування. Глава 52. Електропроводки.
525. Втрати напруги в електроустановках будівель.

Втрати напруги в електроустановках будівель не повинні перевищувати 4% номінальної напруги установки. Тимчасово діючі умови, наприклад перехідні процеси та коливання напруги, [викликані неправильною (помилковою) комутацією,] не враховуються.

МЕК 60364-7-714-1996, IEC 60364-7-714 (1996). Електричні установки будівель.
Частина 7. Вимоги до спеціальних установок чи приміщень.
Розділ 714. Зовнішні освітлювальні установки.

714.512. Падіння напруги в нормальних робочих умовах має бути сумісним з умовами, що виникають від пускового струму ламп.

РД 34.20.501-95
Правила технічної експлуатації електричних станцій та мереж РФ.
5. Електричне обладнання електростанцій та мереж.

5.12.7. Мережа освітлення електростанцій повинна отримувати живлення через стабілізатори або від окремих трансформаторів, які забезпечують можливість підтримання напруги освітлення у необхідних межах. Напруга на лампах повинна бути не вищою за номінальну. Зниження напруги в найбільш віддалених лампах мережі внутрішнього робочого освітлення, а також прожекторних установок повинно бути не більше 5% номінальної напруги; у найбільш віддалених ламп мережі зовнішнього та аварійного освітлення та в мережі 12-42 В не більше 10% (для люмінесцентних ламп не більше 7,5%).

ГОСТ Р МЕК 60204-1-99 (МЕК 60204-1). Безпека машин.
Електроустаткування машин та механізмів. Загальні вимоги.
13 Кабелі та дроти. 13.5 Падіння напруги на дротах

У нормальних робочих умовах падіння напруги на ділянці від джерела живлення до місця застосування навантаження не повинно перевищувати 5 % від номінального.

РМ 2559
Інструкція з проектування обліку електроспоживання у житлових та громадських будівлях.

5.15. Перетин і довжина проводів і кабелів, що використовуються для ланцюгів напруги лічильників, повинні вибиратися так, щоб втрата напруги становила не більше ніж 0,5 % номінальної напруги.

ГРЩ2.2. Показання фазних напруг після першої ділянки кабельної лінії

Параметри джерела резервного живлення:

• Максимальна потужність ДЕС – 600 кВт,
• Кабельна лінія – 3 кабелі АВБбШв 4х240, включених у паралель,
• Довжина кабельної лінії – 250 метрів.

Виходячи з цих параметрів, можна однозначно зробити висновок, що потужностей ДЕС та кабельної лінії резервного живлення з урахуванням падіння напруги вистачить не більше ніж на половину максимальних потреб навантаження, що є абсолютно неприпустимим.

Тому моніторинг якості харчування по лінії ДЕС проводити не має жодного сенсу.

Завантажити файл

На закінчення - як і обіцяв, гарна книжка з розрахунком втрати напруги та втрат напруги в кабелі. Буде дуже цікавою для всіх, кого зацікавила ця стаття. Нині таких книг уже не пишуть.

/ Брошура з Бібліотеки електромонтера. Наведено вказівки та розрахунки, необхідні для вибору перерізів проводів та кабелів до 1000 В. Корисно для тих, хто цікавиться першоджерелами., zip, 1.57 MB, скачан: 385 разів/

При передачі електричного струму можлива нерівномірна робота споживачів різних ділянках ланцюга. Причин такого явища може бути кілька, і основною є падіння напруги.

[ Приховати ]

Базові формули визначення напруги

Для розрахунку напруги та опору в ланцюзі використовуються формули або готові онлайн калькулятори.

Через силу струму та опір

Закон Ома має винятки для застосування:

1. При проходженні струмів високої частоти відбувається швидка зміна електромагнітних полів. Під час розрахунку високочастотних ланцюгів слід враховувати інерцію частинок, які переносять заряд.
2. Працюючи ланцюгів за умов низьких температур (поблизу абсолютного нуля) в речовин може бути властивість надпровідності.
3. Нагрітий струмами провідник є причиною виникнення змінного опору.
4. Під час перебування під впливом високої напруги провідників чи діелектриків.
5. Під час процесів, які у пристроях з урахуванням напівпровідників.
6. Під час роботи світлодіодів.

Через потужність та силу струму

При відомої потужності споживачів і силі струму напруга обчислюється за формулою U = P/I, де P потужність у Ваттах, а I сила струму в Амперах.

При розрахунках ланцюгах змінного струму використовується формула іншого виду: U=(P/I)*cosφ, де cosφ — коефіцієнт потужності, залежить від характеру навантаження.

При використанні приладів з активним навантаженням (лампи розжарювання, прилади з нагрівальними спіралями та елементами) коефіцієнт наближається до одиниці. При розрахунках враховується можливість реактивного компонента під час роботи пристроїв і значення cosφ вважається рівним 0,95. При використанні пристроїв з реактивною складовою (електричні двигуни, трансформатори) вважається cosφ рівним 0,8.

Через роботу та заряд

Методика розрахунку використовується у лабораторних завданнях і практично не застосовується.

Формула має аналогічний закону Ома вид: U = A/q, де A - виконана робота з переміщення заряду в Джоулях, а q - заряд, що пройшов, виміряний в Кулонах.

Розрахунок опору

Працюючи провідник створює перешкоду течії електричного струму, що називається опором. При електротехнічних розрахунках застосовується поняття питомого опору, яке вимірюється Ом*м.

Послідовне підключення

При послідовному з'єднанні вихід елемента пов'язаний з наступним входом. Загальне опір перебуває з допомогою розрахункової формули: R=R1+R2+…+Rn, де R=R1+R2+…+Rn — значення опору елементів Омах.

Паралельне підключення

Паралельним називається з'єднання, при якому обидва виведення одного елемента ланцюга з'єднані з відповідними контактами іншого. Для паралельного підключення характерна однакова напруга на елементах. Струм на кожному елементі буде пропорційний опору.

Загальний опір обчислюється за такою формулою: 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn.

У реальних схемах електропроводки застосовується змішане з'єднання. Для розрахунку опору слід спростити схему, підсумувавши опори в кожному послідовному ланцюзі. Потім схему зменшують шляхом розрахунку окремих ділянок паралельного з'єднання.

Втрати напруги

Втрата напруги є витратою електричної енергії на подолання опору і нагрівання проводів.

Падіння напруги відбувається під час роботи різних електронних компонентів, наприклад, діодів. Складається воно із суми порогової напруги p-n переходу і проходить через діод струму, помноженого на опір.

При проходженні струму через резистор також спостерігається падіння напруги. Цей ефект використовується зниження напруги на окремих ділянках ланцюгів. Наприклад, для використання приладів розрахованих на низьку напругу в ланцюгах із високим значенням напруги.

Послідовне включення опору

На схемі наведено приклад послідовного включення резистора, що викликає падіння напруги на лампі з 12 до 7 Вольт. На цьому принципі побудовано регулятори інтенсивності освітлення (димери).

При експлуатації проводки з довжиною до 10 метрів втратами напруги можна знехтувати.

Втрата напруги на резисторі та способи виміру показані у відео від каналу «Радіолюбитель TV».

До чого призводить втрата напруги

Втрати напруги в кабельній системі є причиною низки негативних явищ:

• неповноцінна та некоректна робота споживачів;
• пошкодження та вихід з ладу обладнання;
• зниження потужності та крутного моменту електродвигунів (особливо помітне в момент запуску);
• нерівномірний розподіл струму між споживачами на початковій ділянці та в кінці ланцюга;
• через роботу ламп на неповному розпалюванні відбувається неповне використання потужності струму, що веде до втрат електроенергії.

Від чого залежить втрата

Втрата напруги в ланцюгах змінної та постійної напруги має залежність від сили струму та опору провідника. У разі збільшення зазначених параметрів втрати напруги зростають. Крім того, на втрату впливає конструкція кабелів. Щільність притискання та ступінь ізоляції провідників у кабелі перетворюють його на конденсатор, який формує заряд з ємнісним опором.

Втрата напруги на діодах залежить від типу матеріалу. При використанні германію значення лежить у межах 0,5-0,7 вольта, на більш дешевих кремнієвих значення збільшується і досягає 0,7-1,2 вольта. При цьому падіння не залежить від напруги в ланцюзі, а залежить від сили струму.

До основних причин втрат струму в магістралях відносять:

Ще однією причиною падіння напруги на лініях є крадіжка електроенергії.

У побутових умовах втрати напруги залежать від ряду факторів:

• витрати енергії на нагрівання проводки через підвищене споживання;
• поганий контакт на з'єднаннях;
• ємнісний та індуктивний характер навантаження;
• застосування застарілих споживачів.

Причини зниження напруги викладені у відео від каналу Electronics Club.

Допустимі значення

Значення втрати напруги відноситься до регламентованих значень та нормується кількома правилами та інструкціями ПУЕ (Правила влаштування електроустановок).

Згідно з правилом СП 31-110-2003, сумарне значення втрати напруги від точки введення в будівлю до найбільш віддаленого споживача не повинно перевищувати 7,5%. Правило поширюється на електромережі з робочою напругою не вище 400 Вольт. Цей документ приймається в розрахунок під час проектування мереж та приймання та перевірки фахівцями Ростехнагляду.

Правило СП 31-110-2003 окремо обумовлює відхилення напруги у побутових мережах однофазного струму, яке не повинно перевищувати ±5% при нормальному режимі роботи мережі та ±10% у післяаварійному. При експлуатації низьковольтних мереж (до 50 Вольт) нормальним є відхилення не більше ±10%.

Для обліку втрат у кабелях мережі живлення застосовується інструкція РД 34.20.185-94, яка допускає втрати не більше 6% при напрузі 10 кВ і не більше 4-6% при напрузі 380 Вольт. При цьому менше значення відноситься до будівель з великими втратами у внутрішньобудинковій проводці (наприклад багатоповерхові житлові будинки з великою кількістю під'їздів або секцій). Більше значення приймається для будівель з малими внутрішніми втратами (малоповерхова забудова або багатоповерхівки з одним або двома під'їздами).

Для одночасного виконання вимог СП 31-110-2003 та РД 34.20.185-94 доводиться домагатися зниження втрати напруги до норми 1,5% (малоповерхові будівлі) або 2,5% (багатоповерхівки). Під час розрахунку повинні враховуватися дані про кабелі, починаючи від підстанції і закінчуючи підключенням до розподільного щита. На падіння напруги впливає перетин і матеріал жил, довжина проводки, стан ізоляції.

З початку 2013 року набув чинності новий стандарт ГОСТ Р 50571.5.52-2011, серед іншого, що регламентує та падіння напруги на мережах до 0,4 кВ. У документі зазначено, що падіння не повинно перевищувати 3% для ланцюгів освітлення та 5% для інших споживачів. У разі довжини проводки більше 100 метрів падіння напруги може коригуватися значення 0,005% на кожен метр перевищення. При цьому максимальний параметр коригування не може перевищувати 0,5%.

У документі не вказується, на яку проводку поширюються втрати — від розподільного щита до найвіддаленішого споживача або від підстанції до кінцевого світильника. При розрахунку мереж стандарт трактують як щодо падіння напруги від щита до найбільш віддаленої лампи (інакше він повністю суперечить діючим СП 31-110-2003 і РД 34.20.185-94).

На підставі описаної вище документації проектувальники намагаються досягти падіння напруги всередині будівлі не більше 3% при втраті на ділянці від підстанції до розподільчого щита не більше 4,5%. Це правило застосовується для ланцюгів з напругою 220В та 380В.

Формули

Одним із основних параметрів для розрахунку падіння є питомий опір.

Для виконання проводки від підстанції до розподільного щита і далі по будівлі застосовується мідний або алюмінієвий дріт, які мають питомі опори:

• 0,0175 Ом*мм2/м для міді;
• 0,0280 Ом*мм2/м для алюмінію.

• для визначення номінального струму, який проходитиме через провідник: I=P/U, де P — потужність, що передається (Ват), а U — номінальна напруга (Вольт);
• для визначення опору: R=(2*ρ*L)/s, де ρ — питомий опір провідника, s — перетин дроту (мм2), а L — довжина лінії (мм);
• втрата напруги у дроті дорівнює: ΔU=(2*I*L)/(γ*s), де L — довжина лінії (мм), γ — величина, зворотна питомому опору, а s — перетин дроту (мм2);
• за формулою s=(2*I*L)/(γ*ΔU) можна розраховувати необхідний переріз дроту за необхідним навантаженням або проводити перевірочний розрахунок втрати.

За відомим перерізом можна за формулами або таблицями визначити діаметр дроту, який потім порівнюється з реальним значенням.

Падіння напруги на довгих ділянках мереж однофазного струму можна вважати за формулами:

Як визначити втрату напруги

У мережах з напругою до 220в втрати можна визначити за допомогою вольтметра.

1. Зробити завмер на початку ланцюга.
2. Виконати замір напруги на найвіддаленішій ділянці.
3. Вирахувати різницю та порівняти з нормативним значенням. При великому падінні рекомендується провести перевірку стану проводки та замінити дроти на вироби з меншим перетином та опором.

Другим способом є розрахунок за формулами.

Приклади розрахунків

Базовим способом розрахунку втрати потужності може бути онлайн-калькулятор, який проводить розрахунки за вихідними даними (довжина, перетин, навантаження, напруга і число фаз).

Зразок калькулятора для розрахунку втрат

Прикладом розрахунку формул для житлового будинку може бути завдання визначення падіння напруги в окремо взятому приміщенні. Максимальна розрахункова потужність складає 4 кВт при струмі 16 А, проводка виконана з алюмінієвої жили з перетином 1,5 квадрата та має довжину 40 метрів.

Падіння становитиме: U=(р*L*2)/(s*I)=0.028*40*2/1,5*16=9,33 В. Напруга з урахуванням втрати становитиме 220-9,33=210,67 (або 4,2%). Значення знаходиться на межі допуску, є ризик роботи споживачів з неповною потужністю (особливо у разі просадки основної напруги 220 В).

При більш детальному і точному розрахунку необхідно враховувати реактивну і активну складові опору і потужність, що передається. Прикладом складного розрахунку може бути магістральна лінія, виконана з використанням чотирижильного кабелю СІП. До магістралі підключено чотири відгалуження, до яких підключено дачні будиночки. Коефіцієнт потужності навантаження прийнято як 0,98. Основний кабель СІП2 має чотири жили по 50 мм2, кабель СІП4 для підключення будинку має дві жили по 16 мм2. Відстань вказано на схемі.

Схема підключення

Для розрахунку необхідно:

1. Визначити погонні опори проводки СІП2 за довідником: Rпог=0,641·10-3 Ом/м. Xпог=0,0794·10-3 Ом/м.
2. З'ясувати аналогічні значення СІП4: Rпог=1,91·10-3 Ом/м. Xпог = 0,0754 · 10-3 Ом / м
3. Для трифазного ділянки розрахунок ведеться за такою формулою: ΔU=((L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100.
4. Для однофазних відгалужень: ΔU=((2*L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100, де P та Q – розрахункова активна потужність лінії (Вт), L – довжина ділянки лінії (м), Rпог (Xпог) – погонний опір дроту (Ом/м), U – номінальна фазна напруга мережі (В).

Оскільки значення Q*Xпог на порядок менше, ніж PR пог, то в розрахунках їм нехтують і спрощують формулу до виду: ΔU=((L*P*Rпог)/U2)*100 і ΔU=((2*L*P) *Rпог)/U2)*100.

Розрахункову потужність на кожній ділянці визначають за табличними значеннями із СП 31-110-2003. При розрахунках кількості споживачів на проміжних ділянках необхідно підсумовувати їх кількість на відгалуженні наприкінці ділянки та наступному.

У наведеному прикладі між вузлами 1 і 2 є 34 споживача енергії (вдома). Оскільки в таблицях дано значення тільки для 24 і 40 будинків, то для нашого випадку значення обчислюється за лінійним графіком: Р34 = Р24-((34-24)/(40-24)) * (Р24-Р40) = 0,9- ((34-24/(40-24))*(0,9-0,76)=0,81 кВт/будинок.

За отриманим значенням потужності ведеться розрахунок втрати напруги кожному ділянці.

Таблиця із частими значеннями

Існують таблиці для визначення втрати напруги (відсотків при передачі одного кіловата на один кілометр) залежно від матеріалу жили, перерізу та коефіцієнта реактивної потужності.

Нижче наведено приклад таблиці для магістрального алюмінієвого дроту трифазної лінії передач.

Перетин, мм2	1,02	0,88	0,75	0,62	0,53	0,48	0,36	0,28
16	1,62	1,58	1,55	1,52	1,50	1,49	1,46	1,44
25	1,13	1,10	1,07	1,03	1,02	1,00	0,97	0,96
35	0,87	0,84	0,81	0,78	0,76	0,75	0,72	0,70

По таблиці видно, що з падіння коефіцієнта реактивної потужності відбувається зниження втрати. Додатково знижує втрату збільшення перерізу провідника.

Інший варіант таблиці для однофазної та трифазної мереж для електродвигунів та освітлення.

Перетин, мм2	Перетин, мм2	Живлення 1 фаза в режимі, що встановився	Живлення 1 фаза в момент пуску	Освітлення 1 фаза	Живлення 3 фази в режимі, що встановився	Живлення 3 фази в момент пуску	Висвітлення 3 фази
Мідь	Алюміній	Косинус 0,8	Косинус 0,35	Косинус 1,0	Косинус 0,8	Косинус 0,35	Косинус 1,0
1,5	—	24,0	10,6	30,0	20,0	9,4	25,0
2,5	—	14,4	6,4	18,0	12,0	5,7	15,0
4,0	—	9,1	4,1	11,2	8,0	3,6	9,5
10,0	16,0	3,7	1,7	4,5	3,2	1,5	3,6
16,0	25,0	2,36	1,15	2,8	2,05	1,0	2,4
25,0	35,0	1,5	0,75	1,8	1,3	0,65	1,5
50,0	70,0	0,86	0,47	0,95	0,75	0,41	0,77

Наприклад, трифазний двигун працює при струмі 100 А і напрузі 400 В, але в момент пуску споживає до 500 А. За різних умов роботи косинус φ становитиме 0,8 або 0,35. Для живлення двигуна прокладено провід довжиною 50 метрів із перетином 35 квадратів. За нормальних умов на трифазній мережі втрати становлять один вольт на кілометр проводки (з таблиці).

У нашому випадку втрата становитиме 1в*0,05км*100а=5 вольт. У момент пуску на щиті спостерігається просідання напруги в межах 10 ст. Таким чином, сумарне падіння досягне 15 вольт, що становить 3,75%. Значення лежить у межах допуску ПУЕ і такий ланцюг застосовується до експлуатації.

Вибір кабелю

Для вибору кабелю з нагрівання та падіння напруги можна застосовувати готові онлайн-калькулятори.

Один із калькуляторів

Можливий спосіб розрахунку за формулами, але він застосовується під час проектування проводки для великих житлових будинків та промислових приміщень.

За допомогою даного калькулятора можна обчислити втрати напруги (потужності) та підібрати необхідний поперечний переріз кабелю.

Для цього необхідно знати робочу напругу, струм, що протікає, і довжину кабелю. Нижче наведено приклад розрахунку.

Скидання

* Загальна довжина кабелів плюсу та мінуса
Питомий опір міді у формулах 0,0175 Ом*мм 2 /м (при 20 о)

Наприклад підберемо перетин кабелювід сонячних батарей до контролера на прикладі сонячної електростанції для будинку, що складається з наступних компонентів:

1. Монокристалічна сонячна батарея Suoyang SY-200WM - 4 шт.;
2. Контролер заряду ITracer IT6415ND – 1 шт.;
3. Інвертор PI 2000Вт/12В (чистий синус) – 1 шт.;
4. Гелевий акумулятор 200Ач – 2 шт.

Отже, напруга в точці максимальної потужності монокристалічної сонячної батареї становить 37,2В, а струм у максимальній потужності 5,38А, саме ці значення ми будемо використовувати у розрахунках. Але спочатку нам потрібно визначитися, як з'єднати між собою сонячні батареї.

До складу нашого комплекту входить контролер заряду, з функцією пошуку максимальної потужності (MPPT). Максимальна вхідна напруга від сонячних батарей у цей контролер становить 150В, а вихідна напруга на акумулятор становитиме 12/24/36 або 48В, автоматично, залежно від напруги акумулятора, який ми підключили. У нашому випадку це два 12 вольтових гелевих акумуляторів, з'єднаних паралельно.

Маючи чотири сонячні батареї SY-200 та вище описаний контролер ми можемо підключити сонячні батареї двома способами:

1. Паралельне з'єднання(всі чотири штуки паралельно між собою). При цьому напруга у нас залишиться 37,2В, А максимальний струм від сонячних батарей складе 5,38 * 4 = 21,52А

.

2. Послідовно – паралельне з'єднання(Дві послідовні ланцюжки по дві штуки). У цьому напруга становитиме 37,2В * 2= 74,4В, А струм 5,38 * 2 = 10,76А.

Потрібно розуміти, що потужністьу двох випадках буде ОДИННА. Різниця тільки в струмі та напрузі - у першому випадку у нас більше струм, але менша напруга, а в другому - навпаки. Якщо ми підключимо всі чотири сонячні батареї послідовно, то напруга буде вищою, ніж допустима максимальна вхідна напруга контролера заряду, яка становить 150ВБільш того, потрібно враховувати температурний коефіцієнт і напругу холостого ходу, але зараз не про це.

Перетин кабелю підбирається по струму, чим більше струм – тим більше перетин!

Підставимо в калькуляторрозрахунку втрат напруги дані першого способу підключення(паралельно всі чотири штуки), відстань від сонячних батарей до контролера приймемо рівним 15 метрів (15 плюс і 15 мінус), відповідно загальна довжина кабелю становитиме 30 метрів, перетин кабелю візьмемо рівним 6мм²:

• Напруга: 37,2В
• Перетин кабелю: 6мм²
• Довжина: 30м
• Максимальний струм: 21,52А

Отримуємо втратинапруги та потужності понад 5%(Втрати напруги: 1,88В, втрати потужності: 40,45Вт).

Підставимо другий спосіб підключення(Дві послідовні ланцюжки по дві штуки):

• Напруга: 74,4В
• Перетин кабелю: 6мм²
• Довжина: 30м
• Максимальний струм: 10,76А

Отримуємо куди кращий результат, завдяки збільшеному напрузі та меншому струму: втратинапруги та потужності 1,26% (Втрати напруги: 0,94В, втрати потужності: 10,11Вт)

Висновки: Як видно, завдяки можливості збільшення напруги,шляхом послідовно – паралельного з'єднання сонячних батарей, нам вдалося зменшити струмі при використанні кабелю одного і того ж перерізу зменшити втратив ньому у 4 рази!