Нас нередко спрашивают, можно ли светодиодные лампы на 12 вольт такой-то мощности в таком-то количестве отодвинуть от трансформатора на такое-то расстояние?
Общая рекомендация — это расстояние не должно превосходить 5 метров. Это узнаваемый факт.
Но что делать, если нужна больше 5 метров? Нередко из-за конструктивных ограничений нереально уложиться в такое куцее расстояние.
Утраты на проводах — сущность задачи
В некоторых ситуациях можно перевоплотить число 5 в еще большее значение. Для этого необходимо оценить падение напряжения на проводах.
Конкретно оно является предпосылкой ограничений — сам провод имеет внутреннее сопротивление и потому «съедает» часть напряжения источника тока. И когда провод очень длиннющий, может случиться так, что лампам остается такая малая часть начального напряжения, что они не зажгутся.
2-ая часть препядствия — провод не просто «съедает» часть напряжения, а превращает его в тепло. Кроме того, что это просто бестолковое расходование электричества, так оно ещё и несёт внутри себя пожарную делему — провод может нагреться очень сильно.
Дабы быть уверенным, что требуемые, к примеру, 15 метров между трансформатором и лампой не принесут проблем, необходимо оценить, сколько конкретно вольт потеряется на этих 15 метрах.
Высчитать падение напряжения на проводе до боли просто. Все нужные для этого данные у Вас, обычно, есть: длина провода, суммарная мощность подключаемых ламп (ленты), напряжение питания и площадь поперечного сечения проводника. Необходимо только дополнительно выяснить удельное электрическое сопротивление материала, из которого сделан провод.
Формула для расчёта падения напряжения на проводах
Довольно просто выводится обычная общая формула для расчёта падения напряжения, применимая в хоть какой ситуации.
Нам пригодится только закон Ома R = V ∕ I и формула связи электрической мощности, напряжения и силы тока W = V · I.
Также для оценки сопротивления провода необходимо знать значение удельного электрического сопротивления [википедея] материала проводника.
Проведя обыкновенные выкладки, получим вот такую формулу, дающую оценку значения падения напряжения на проводах:
Оценка падения напряжения на проводах
Падение напряжения находится в зависимости 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, обычно, 12 вольт либо 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 приблизительно 0.018 Ом·мм²/м
Формула ординарна, но применима исключительно в случае, если ожидаемое падение напряжения невелико, менее нескольких процентов, т.е. когда расстояние между трансформатором и потребителем не превосходит 10 метров, а мощность наименее 10-20 ватт.
В других случаях следует пользоваться более четкой формулой:
Четкое значение падения напряжения на проводах
Сейчас, вычислив значение падение напряжения на проводах, мы можем оценить, какая мощность будет теряться — просто расходоваться на нагрев проводов. Необходимо приобретенное значение падения напряжения помножить на мощность потребителей тока W и поделить на напряжение трансформатора V:
Оценка падения мощности на проводах
Если эта мощность получится очень большой, то, разумеется, необходимо прирастить толщину провода. По другому можно получить разные проблемы прямо до пожара.
Выводы
Как просто созидать из формул, чем толще провод, тем падение напряжения меньше.
При всем этом падение напряжения назад пропорционально площади сечения проводника.
Двукратное повышение площади сечения проводника приблизительно дважды уменьшает падение напряжения на проводах
Также вероятным решением задачи может быть повышение значения напряжения источника тока. Если, естественно, потребители тока это позволяют.
Падение напряжения на проводе линейно падает с повышением напряжения источника тока.
Двукратное повышение питающего напряжения приблизительно вдвое понижает падение напряжения
К примеру, наши низковольтные лампы Е27 на 12-24 вольт идиентично светят и от 12 и от 24 вольт. И в данном случае имеет смысл перейти на трансформатор на 24 вольта.
Также становится ясно, что для массивных потребителей (порядка 100 ватт) пригодятся очень толстые провода.
Пример
Оценим падение напряжения на медном проводе сечением 1.5 мм² и длиной 20 м при 24 вольтах и мощности присоединенной ленты 50 ватт.
Подставив в первую формулу эти значения, мы получим, что на проводах «потеряется» приблизительно 1 вольт и около 2 ватт. В принципе, это мало, но если есть возможность прирастить толщину провода, лучше это выполнить.
Можно, естественно, прирастить напряжение источника тока, заложив падение напряжение, но это совершенно не наилучший выход. К примеру, если мощность осветительных приборов на конце провода 180 ватт, то падение напряжения на проводе составит уже 3.5 вольта, а мощности — 25 ватт. Светильникам остается только 20 вольт, и драйверы некоторых осветительных приборов от недочета напряжения могут войти в нештатный режим работы и начать перенагреваться, потребляя еще больше заявленной мощности (хотя светодиоды при всем этом будут выдавать ту же яркость), что только прирастит падения напряжения на проводе. В этой ситуации остается только гадать, что случится ранее — возгорание проводов либо выход из строя осветительных приборов.
А для трансформаторов на 12 вольт падение напряжения и расход мощности будут ещё вдвое больше.
Единственное правильное решение — прирастить толщину проводника. Как уже было сказано, увеличиваем сечение провода вдвое — приблизительно вдвое уменьшаем утраты на проводах.
У Вас есть вопрос? Спросите консультанта.
Позвоните нам.
Либо кликните тут и задайте свой вопрос — подробный ответ Вы получите очень стремительно.
Мы всегда стараемся посодействовать.
Расчет падения напряжения в кабеле
Для работы электроприборов нужны определённые характеристики сети. Провода владеют сопротивлением электрическому току, потому при выборе сечения кабелей нужно учесть падение напряжения в проводах.
Изменение напряжения вдоль полосы
Что такое падение напряжения
При измерении в различных частях провода, по которому течёт электрический ток, по мере движения от источника к нагрузке наблюдается изменение потенциала. Причина этого – сопротивление проводов.
Как замеряется падение напряжения
Измерить падение можно 3-мя методами:
- 2-мя вольтметрами. Замеры выполняются сначала и конце кабеля;
- Поочерёдно в различных местах. Недочет способа в том, что при переходах может поменяться нагрузка либо характеристики сети, что воздействует на показания;
- Одним устройством, подключённым параллельно кабелю. Падение напряжения в кабеле не достаточно, а соединительные провода большой длины, что приводит к погрешностям.
Принципиально! Падение напряжения может составлять от 0,1В, потому приборы применяются класса точности не ниже 0,2.
Принцип замера утрат напряжения в кабеле
Сопротивление металлов
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах это движение свободных электронов через кристаллическую решётку, которая оказывает сопротивление этому движению.
В расчетах удельное сопротивление обозначается буковкой «p» и соответствует сопротивлению 1-го метра провода сечением 1мм².
Для самых распространённых металлов, применяемых для производства проводов, меди и алюминия, этот параметр равен 0,017 и 0,026 Ом*м/мм², соответственно. Сопротивление отрезка провода рассчитывается по формуле:
- l – длина,
- S – сечение кабеля.
К примеру, 100 метров медного провода сечением 4мм² имеет сопротивление 0,425 Ом.
Если сечение S непонятно, то, зная поперечник проводника, оно рассчитывается как:
- π – число «пи» (3,14),
- d – поперечник.
Как высчитать утраты напряжения
По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём возникает разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.
Для обычной работы электрического оборудования величина напряжения сети не должна выходить за границы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.
При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение около потребителя изменяется. Эти колебания нужно учесть при проектировании электроснабжения.
Выбор по допустимым потерям
При расчёте утрат нужно учесть, что в однофазовой сети применяется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения изменяется:
В трёхфазной сети ситуация труднее. При равномерной нагрузке, к примеру, в электродвигателе, мощности, присоединенные к фазным проводам, компенсируют друг дружку, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.
Если нагрузка неравномерная, как в электрических плитах, в каких может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазовой сети.
В линиях большой протяжённости, не считая активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.
Принцип образования утрат напряжения
Расчёт можно выполнить по таблицам либо с помощью онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазовой сети и при расстоянии 100 метров нужное сечение составит более 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².
Выбор сечения кабелей по нагреву
Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:
В кабеле из предшествующего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Невзирая на длину, этого довольно для того, дабы подогреть проводник.
При нагреве провода выше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к недлинному замыканию. Величина допустимого тока находится в зависимости от материала токопроводящей жилы, изоляции и критерий прокладки. Для выбора нужно воспользоваться особыми таблицами либо онлайн-калькулятором.
Как уменьшить падение напряжения в кабеле
При прокладке проводки на огромные расстояния сечение кабеля, выбранное по допустимому падению напряжения, неоднократно превосходит выбор, изготовленный по нагреву, что приводит к повышению цены электроснабжения. Но есть методы уменьшить эти расходы:
- Повысить потенциал сначала питающего кабеля. Может быть только это при подключении к отдельному трансформатору, к примеру, в дачном посёлке либо микрорайоне. При выключении части потребителей потенциал в розетках других окажется завышенным;
- Установка около нагрузки стабилизатора. Это просит расходов, но гарантирует неизменные характеристики сети;
- При подключении нагрузки 12-36В через понижающий трансформатор либо блок питания располагать их вблизи с потребителем.
Справка. При снижении напряжения растёт ток в сети, падение напряжения и нужное сечение проводов.
Методы понижения утрат в кабеле
Не считая нарушения обычной работы электроприборов, падение напряжения в проводах приводит к дополнительным расходам на электроэнергию. Уменьшить эти издержки можно различными методами:
- Повышение сечения питающих проводов. Этот способ просит значимых расходов на смену кабелей и кропотливой проверки экономической необходимости;
- Уменьшение длины полосы. Ровная, соединяющая две точки, всегда короче кривой либо ломаной полосы. Потому при проектировании сетей электроснабжения полосы следует прокладывать очень маленьким прямым путём;
- Понижение окружающей температуры. При нагреве сопротивление металлов растёт, и растут утраты электроэнергии в кабеле;
- Уменьшение нагрузки. Этот вариант вероятен при наличии огромного числа потребителей и источников питания;
- Приведение cosφ к 1 около нагрузки. Это уменьшает потребляемый ток и утраты.
Принципиально! Все конфигурации нужно показывать на схемах.
К сведению. Улучшение вентиляции в кабельных лотках и других конструкциях приводит к понижению температуры, сопротивления и утрат в полосы.
Для заслуги наибольшего эффекта нужно сочетать эти методы между собой и с другими способами сбережения энергии.
Расчёт падения напряжения и утрат электроэнергии в кабеле важен при проектировании систем электроснабжения и кабельных линий.
