Что такое падение напряжения
Содержание
Поток электрического тока, каким бы сильным он не был, испытывает сопротивление со стороны электрических цепей. Из-за этого расходуется энергия, что существенно усложняет работу тока. Расход энергии приводит к снижению напряжения, а в профессиональной терминологии это явление называется падением напряжения.
Почему напряжение падает
Падением напряжения на линии или его провалом называют состояние, когда показатели опускаются ниже порогового значения. Отклонение по ГОСТ32144–2013 не должно превышать 10%. Более требовательны к характеристикам электроэнергии предприятия, на которых используются мощные установки, но и простой потребитель в частном доме может заметить потускневшие лампочки и другие проблемы, связанные с низким напряжением в розетке.
Электрическая сеть рассчитана на определенную мощность. Каждый подключенный прибор потребляет энергию. Если подключить слишком много устройств к сети, то суммарная мощность может превысить норму. В результате произойдет падение линейного напряжения под нагрузкой.
Просадка напряжения в сети случается и при запуске установок. Пусковые токи, как правило, выше рабочих, что может вызвать временное ухудшение показателей в линии. Случается, что напряжение проседает и по вине поставщиков, когда из-за проблем на линии итоговое значение в розетке ниже, чем заявленные 220 В. Негативно сказываются на стабильности сети короткие замыкания или иные повреждения.
Причины снижения напряжения связаны с наличием сопротивлений, индуктивностей и емкостей в замкнутой цепи. Когда ток встречается с каким-либо элементом, напряжение питания падает, и это падение будет тем больше, чем больше реактивное сопротивление.
Падение напряжения на резисторе
В реальных цепях в качестве сопротивлений выступают осветительные приборы, бытовая техника, производственное оборудование и прочие потребители. При их включении электрическая энергия рассеивается, и напряжение в цепи снижается. Как правило, при этом выделяется тепло.
Формула, используемая для расчета падения напряжения на сопротивлении, связана с законом Ома. Она позволяет рассчитать ток, учитывая напряжение и импеданс элемента в цепи.
Формула подходит для любого отдельно взятого сопротивления. Но для цепи, состоящей из нескольких элементов, потребуется учесть особенности их соединения.
В случае последовательного подключения резисторов их сопротивления складываются, а напряжение делится между ними.
Найти падение напряжения на каждом из резисторов можно с помощью таких уравнений:
Если элементы соединены параллельно, то сложить следует проводимости. Проводимость — это величина обратная сопротивлению, которую в теории цепей используют реже. Для вычисления полного сопротивления используется выражение:
При параллельном соединении элементов напряжение на каждом из них упадет на одинаковую величину, независимо от значения сопротивления. То есть, чтобы узнать падение напряжения на каком-либо резисторе, надо общее напряжение разделить на количество резисторов.
Чтобы вычислить снижение напряжения в сложной электроцепи, нужно ее разделить на простые участки, а затем рассчитать каждый участок, учитывая вариант соединения элементов.
Падение напряжения в длинном проводнике
Когда требуется передавать энергию на расстояние, то следует учитывать потери при этом. В рабочем режиме допускается не более 5% потерь напряжения в кабеле. Поэтому для кабелей используются материалы, параметры которых позволяют минимизировать расходы. Но поскольку протяженность провода значительна, то следует понять, сколько энергии будет рассеяно на определенной длине. Сопротивление материала в зависимости от длины и сечения можно определить при помощи следующей формулы:
В этой формуле учтена длина (l) и сечение кабеля (S), а также указано удельное сопротивление материала, которое может зависеть от температуры.
Если провод выбран неверно, то это станет причиной больших потерь энергии, и оборудование будет работать не на полную мощность. Это особенно актуально при использовании постоянного тока и маломощных источников напряжения. Например, при питании 12 В потеря уже одного вольта будет критической.
Посчитать просадку напряжения для цепи, питающейся постоянным током, можно с помощью следующего алгоритма:
При использовании переменного тока необходимо учитывать активное и реактивное сопротивление кабеля, вместе образующих комплексное сопротивление, а также мощность. Для расчетов используется следующая формула:
Оптимальную нагрузку в трехфазной сети переменного тока можно обеспечить при условии, что каждая фаза будет нагружена равномерно. Потерю напряжения в каждом проводе определим с помощью формулы, учитывающей индуктивное сопротивление провода:
Алгоритм расчета падения напряжения в проводах при использовании трехфазного переменного тока выглядит так:
Если нужно узнать падение напряжения на кабеле, расчет удобно выполнять, используя специальные таблицы или онлайн-калькулятор. Определить данный параметр можно и с помощью замеров. Для этого следует:
Излишнее рассеивание энергии в проводах может стать причиной существенных потерь электроэнергии, сильного нагрева провода и повреждения его изоляции, а это уже представляет опасность для жизни людей.
Загрузка...
