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.
Содержание
- 1
Базовые формулы определения напряжения
- 1.1
Через силу тока и сопротивление
- 1.2
Через мощность и силу тока
- 1.3
Через работу и заряд
- 1.4
Расчёт сопротивления
- 1.1
- 2
Потери напряжения
- 2.1
К чему приводит потеря напряжения
- 2.2
От чего зависит потеря
- 2.3
Допустимые значения
- 2.4
Формулы
- 2.5
Как определить потерю напряжения
- 2.6
Таблица с частыми значениями
- 2.1
- 3
Выбор кабеля
- 4
Видео
- *
Комментарии и Отзывы
[ Скрыть]
Базовые формулы определения 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:
- При прохождении токов высокой частоты происходит быстрое изменение электромагнитных полей. При расчёте высокочастотных цепей следует учитывать инерцию частиц, которые переносят заряд.
- При работе цепей в условиях низких температур (вблизи абсолютного нуля) у веществ может возникать свойство сверхпроводимости.
- Нагретый проходящими токами проводник является причиной возникновения переменного сопротивления.
- При нахождении под воздействием высокого напряжения проводников или диэлектриков.
- Во время процессов, проходящих в устройствах на основе полупроводников.
- 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:
- 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.
- При больших реактивных сопротивлениях возникают скачки напряжения и силы тока, а также дополнительный разогрев проводки.
- 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).
Согласно правилу СП 31-110-2003 суммарное значение потери напряжения от точки ввода в здание до наиболее удалённого потребителя не должно превышать 7,5%. Правило распространяется на электрические сети с рабочим напряжением не выше 400 Вольт. Этот документ принимается в расчёт при проектировке сетей и приёмке и проверке специалистами Ростехнадзора.
Правило СП 31-110-2003 отдельно оговаривает отклонение напряжения в бытовых сетях однофазного тока, которое не должно превышать ±5% при нормальном режиме работы сети и ±10% в послеаварийном. При эксплуатации низковольтных сетей (до 50 Вольт) нормальным является отклонение в пределах ±10%.
Для учёта потерь в кабелях питающей сети применяется инструкция РД 34.20.185-94, которая допускает потери не более 6% при напряжении 10 кВ и не более 4-6% при напряжении 380 Вольт. При этом меньшее значение относится к зданиям с большими потерями во внутридомовой проводке (например, многоэтажные жилые дома с большим количеством подъездов или секций). Большее значение принимается для зданий с малыми внутренними потерями (малоэтажная застройка или многоэтажки с одним или двумя подъездами).
Для одновременного исполнения требований СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94 приходится добиваться снижения потери напряжения до нормы 1,5% (малоэтажные здания) или 2,5% (многоэтажки). При расчёте должны учитываться данные о кабелях, начиная от подстанции и заканчивая подключением к распределительному щиту. На падение напряжения оказывает влияние сечение и материал жил, длина проводки, состояние изоляции.
С начала 2013 года вступил в силу новый стандарт ГОСТ Р 50571.5.52-2011, среди прочего регламентирующий и падение напряжения на сетях до 0,4 кВ. В документе указано, что падение не должно превышать 3% для цепей освещения и 5% для других потребителей. В случае длины проводки более 100 метров падение напряжения может корректироваться на значение 0,005% на каждый метр превышения. При этом максимальный параметр корректировки не может превышать 0,5%.
В документе не указывается, на какую проводку распространяются потери — от распределительного щита до самого удалённого потребителя или от подстанции до конечного светильника. При расчёте сетей стандарт трактуют как касающийся падения напряжения от щита до наиболее удалённой лампы (иначе он полностью противоречит действующим СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94).
На основании описанной выше документации проектировщики стараются добиться падения напряжения внутри здания не более 3% при потере на участке от подстанции до распределительного щита не более 4,5%. Это правило применяется для цепей с напряжением 220В и 380В.
Формулы
Одним из основных параметров для расчёта падения является удельное сопротивление.
Для выполнения проводки от подстанции к распределительному щиту и далее по зданию применяется медный или алюминиевый провод, которые имеют удельные сопротивления:
- 0,0175 Ом*мм2/м для меди;
- 0,0280 Ом*мм2/м для алюминия.
Рассчитать падение для цепи постоянного тока 12В возможно по формулам:
- для определения номинального тока, который будет проходить через проводник: I=P/U, где P — передаваемая мощность (Ватт), а U — номинальное напряжение (Вольт);
- для определения сопротивления: R=(2*ρ*L)/s, где ρ — удельное сопротивление проводника, s — сечение провода (мм2), а L — длина линии (мм);
- потеря напряжения в проводе равна: ΔU=(2*I*L)/(γ*s), где L — длина линии (мм), γ — величина, обратная удельному сопротивлению, а s — сечение провода (мм2);
- по формуле s=(2*I*L)/(γ*ΔU) можно рассчитывать необходимое сечение провода по требуемой нагрузке или производить проверочный расчёт потери.
По известному сечению можно по формулам или таблицам определить диаметр провода, который затем сравнивается с реальным значением.
Падение напряжения на длинных участках сетей однофазного тока можно посчитать по формулам:
|
Формулы |
Обозначения |
|
I=P/(U*cosφ) ΔU=I*R=(2*I*L)/(γ*s*cosφ) s=(2*I*L)/(γ*ΔU*cosφ) |
|
Как определить потерю напряжения
В сетях с напряжением до 220в потери можно определить при помощи вольтметра.
- 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.
Вторым способом является расчет по формулам.
Примеры расчётов
Базовым способом расчёта потери мощности может служить онлайн-калькулятор, который проводит расчёты по исходным данным (длина, сечение, нагрузка, напряжение и число фаз).
Образец калькулятора для расчёта потерь
Примером расчёта по формулам для жилого дома может служить задача определения падения напряжения в отдельно взятом помещении. Максимальная расчётная мощность составляет 4 кВт при токе 16 А, проводка выполнена из алюминиевой жилы с сечением 1,5 квадрата и имеет длину 40 метров.
Падение составит: U=(р*L*2)/(s*I)=0.028*40*2/1,5*16=9,33 В. Напряжение с учетом потери составит 220-9,33=210,67 В (или 4,2%). Значение находится на пределе допуска, есть риск работы потребителей с неполной мощностью (особенно в случае просадки основного напряжения 220 В).
При более детальном и точном расчёте необходимо учитывать реактивную и активную составляющие сопротивления и передаваемую мощность. Примером сложного расчёта может служить магистральная линия, выполненная с использованием четырехжильного кабеля СИП. К магистрали подключены четыре ответвления, к которым подключены дачные домики. Коэффициент мощности нагрузки принят как 0,98. Основной кабель СИП2 имеет четыре жилы по 50 мм2, кабель СИП4 для подключения дома имеет две жилы по 16 мм2. Расстояния указаны на схеме.
Схема подключения
Для расчёта необходимо:
- Определить погонные сопротивления проводки СИП2 по справочнику: Rпог=0,641·10-3 Ом/м. Xпог=0,0794·10-3 Ом/м.
- Выяснить аналогичные значения для СИП4: Rпог=1,91·10-3 Ом/м. Xпог=0,0754·10-3 Ом/м
- Для трёхфазного участка расчёт ведется по формуле: ΔU=((L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100.
- Для однофазных ответвлений: ΔU=((2*L*(P*Rпог+Q*Xпог))/U2)*100, где P и Q – расчётная активная мощность линии (Вт), L – длина участка линии (м), Rпог (Xпог) – погонное сопротивление провода (Ом/м), U – номинальное фазное напряжение сети (В).
Поскольку значение Q*Xпог на порядок меньше, чем P·Rпог, то в расчётах им пренебрегают и упрощают формулу до вида: ΔU=((L*P*Rпог)/U2)*100 и ΔU=((2*L*P*Rпог)/U2)*100.
Расчётную мощность на каждом участке определяют по табличным значениям из СП 31-110-2003. При расчётах количества потребителей на промежуточных участках необходимо суммировать их число на ответвлении в конце участка и на следующем.
В приведенном примере между узлами 1 и 2 имеется 34 потребителя энергии (дома). Поскольку в таблицах даны значения только для 24 и 40 домов, то для нашего случая значение вычисляется по линейному графику: Р34=Р24-((34-24)/(40-24))*(Р24-Р40)=0,9-((34-24/(40-24))*(0,9-0,76)=0,81 кВт/дом.
По полученному значению мощности ведется расчёт потери напряжения на каждом участке.
Таблица с частыми значениями
Существуют таблицы для определения потери напряжения (процентов при передаче одного киловатта на один километр) в зависимости от материала жилы, сечения и коэффициента реактивной мощности.
Ниже приведен пример таблицы для магистрального алюминиевого провода в трёхфазной линии передач.
| Сечение, 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 таблице видно, что по мере падения коэффициента реактивной мощности происходит снижение потери. Дополнительно снижает потерю увеличение сечения проводника.
Другой вариант таблицы для однофазной и трёхфазной сетей для электродвигателей и освещения.
| Сечение, мм2 | Сечение, мм2 | Питание 1 фаза в установившемся режиме | Питание 1 фаза в момент пуска | Освещение 1 фаза | Питание 3 фазы в установившемся режиме | Питание 3 фазы в момент пуска | Освещение 3 фазы |
| Медь | Алюминий | 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 |
Например, трёхфазный двигатель работает при токе 100 А и напряжении 400 В, но в момент пуска потребляет до 500 А. При различных условиях работы косинус φ будет составлять 0,8 или 0,35. Для питания двигателя проложен провод длиной 50 метров с сечением 35 квадратов. При нормальных условиях на трёхфазной сети потери составляют один вольт на километр проводки (из таблицы).
В нашем случае потеря составит 1в*0,05км*100а=5 вольт. В момент пуска на щите наблюдается просадка напряжения в пределах 10 в. Таким образом суммарное падение достигнет 15 вольт, что составляет 3,75%. Значение лежит в пределах допуска ПУЭ и такая цепь применима к эксплуатации.
Выбор кабеля
Для выбора кабеля по нагреву и падению напряжения можно применять готовые онлайн-калькуляторы.
Один из калькуляторов
Возможен способ расчёта по формулам, но он применяется при проектировании проводки для крупных жилых домов и промышленных помещений.
Загрузка …
Видео
Ролик, предоставленный автором Сергеем Сощенко, демонстрирует замер падения напряжения тестовым прибором.
На чтение 7 мин Просмотров 6к. Опубликовано 16.09.2019 Обновлено 14.09.2019
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.
Содержание
- Основные понятия
- Результат понижения напряжения
- Причины падения напряжения
- Как рассчитать потери
- Как уменьшить падение напряжения и снизить потери в кабеле
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
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
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.
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.
Содержание
- 1 Как найти падение напряжения?
- 2 Как рассчитать падение напряжения на участке цепи?
- 3 Как рассчитать ток по падению напряжения?
- 4 Как рассчитать сопротивление для понижения напряжения?
- 5 Как найти эдс формула?
- 6 Как найти напряжение?
- 7 Как зависит падение напряжения на участке цепи от величины тока?
- 8 Как рассчитать падение напряжения в проводах?
- 9 Как рассчитать падение напряжения после резистора?
- 10 Как рассчитать мощность зная ток и напряжение?
- 11 Как рассчитать ток в цепи?
- 12 Как рассчитать сопротивление гасящего резистора?
- 13 Как рассчитать сопротивление?
Как найти падение напряжения?
Падение напряжения на участке кабеля определённой длины рассчитывается как произведение тока, протекающего по кабелю на электрическое сопротивление кабеля, т. е. ? U=I*R.
Как рассчитать падение напряжения на участке цепи?
Как найти падение напряжения и правильно рассчитать его потерю в кабеле
- определение номинального тока, проходящего через проводник. …
- определение сопротивления R=(2*ρ*L)/s, где ρ – удельное сопротивление проводника, s – сечение провода в миллиметрах квадратных, а L – длина линии в миллиметрах;
Как рассчитать ток по падению напряжения?
Для того чтобы узнать ток, достаточно воспользоваться законом Ома. Если на дисплее мультиметра высветилось 2 В, то ток будет равен: I = U / R = 2 В / 1 Ом = 2 А. Перед процедурой измерения неплохо еще раз убедиться, что выбран достаточно мощный резистор, иначе он вспыхнет, как Атланта в Унесенных ветром.
Как рассчитать сопротивление для понижения напряжения?
Чтобы , на которую рассчитан наш резистор тока, необходимо воспользоваться следующей формулой: P(Вт) = I2(А) * R(Ом),
- P(Вт) — мощность,
- R(Ом) — сопротивление цепи (в данном случае резистора),
- I(А) — ток, протекающий через резистор.
Как найти эдс формула?
На внутреннем участке цепи: Aвнутр=U1q , на внешнем участке цепи: Aвнеш=U2q. ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи. 4. Если R растет, то I уменьшается.
Как найти напряжение?
Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение.
Как зависит падение напряжения на участке цепи от величины тока?
По закону Ома падение напряжения в каком-либо участке цепи U равно произведению сопротивления этого участка цепи R на силу тока в нем I, т. е. U — RI. Таким образом, чем больше сопротивление участка цепи, тем больше падение напряжения в этом участке цепи при данной силе тока.
Как рассчитать падение напряжения в проводах?
Падение напряжения на проводе
- P = I U. ( …
- U = R I. ( …
- R = (ρ l) / S, где (3)
- R – сопротивление провода, Ом,
- ρ – удельное сопротивление провода, Ом·мм²/м,
- l – длина провода, м,
- S – площадь поперечного сечения, мм².
- Таблица 0. Сопротивление медного провода в зависимости от площади сечения
Как рассчитать падение напряжения после резистора?
Напряжение источника должно компенсировать падение напряжения в линии, принимающем реле и переходных сопротивлениях заземляющих шин: U=I∙rл+I∙rр+I∙2∙rз; U=I∙(rл+rр+2∙rз). Напряжение источника равно произведению тока на общее сопротивление цепи.
Как рассчитать мощность зная ток и напряжение?
Формула расчета мощности электрического тока
Согласно закону Ома, сила тока(I) пропорциональна напряжению(U) и обратно пропорциональна сопротивлению(R), а мощность(P) рассчитывается как произведение напряжения и силы тока. Исходя из этого, ток в участке сети рассчитывается: I = P/U.
Как рассчитать ток в цепи?
Напряжение в параллельной цепи будет везде одинаково и его можно вычислить по закону Ома: V = IR (где I — это сила тока, а R — сопротивление).
Как рассчитать сопротивление гасящего резистора?
R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом. В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора: P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.
Как рассчитать сопротивление?
Если известны значения общей силы тока и напряжения в цепи, общее сопротивление вычисляется по закону Ома: R = V/I. Например, напряжение в параллельной цепи равно 9 В, а общая сила тока равна 3 А. Общее сопротивление: RO = 9 В / 3 А = 3 Ом.
Как рассчитать падение напряжения на резисторах?
На чтение 3 мин Просмотров 13к. Опубликовано 15.12.2020 Обновлено 16.12.2020
Простая электрическая цепь состоит из источника питания, проводников и сопротивлений. На практике же электроцепи редко бывают простыми и включают в себя несколько различных ответвлений и повторных соединений.
В больших масштабах в роли сопротивлений может выступать бытовая техника, осветительные приборы и другие потребители. Давайте разберемся, что происходит с током и напряжением на каждом таком потребителе или резисторе с точки зрения электротехники.
Содержание
- Основы электротехники
- Два типа схем в электротехнике
- Последовательная цепь
- Параллельная цепь
- Падение напряжения в последовательной цепи
- Падение напряжения в параллельной цепи
Основы электротехники
Закон Ома гласит, что напряжение равно силе тока умноженной на сопротивление. Это может относиться к цепи в целом, участку цепи или к конкретному резистору. Самая распространенная форма этого закона записывается:
U=IR
Два типа схем в электротехнике
Последовательная цепь
Здесь ток протекает по одному проводнику. Независимо от того, какие сопротивления встречаются на его пути, просто суммируйте их, чтобы получить общее сопротивление цепи в целом:
Rо = R1 + R2 + … + RN (последовательная цепь)
Параллельная цепь
В этом случае проводник разветвляется на два или более других проводника, на каждом из которых имеется своё сопротивление. В этом случае полное сопротивление определяется как:
1/Rо = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/R N (параллельная цепь)
Если взглянуть на эту формулу, можно сделать вывод, что добавляя сопротивления одинаковой величины, вы уменьшаете сопротивление цепи в целом. Согласно закону Ома это фактически увеличивает ток!
Если это кажется нелогичным, представьте себе поток автомобилей, которые выезжают с парковки через один шлагбаум и тот же самый поток который выезжает со стоянки, которая имеет несколько выездов. Несколько выездов явно увеличит поток покидающих стоянку машин.
Падение напряжения в последовательной цепи
Если вы хотите найти падение напряжения на отдельных резисторах в цепи, выполните следующие действия:
- Рассчитайте общее сопротивление, сложив отдельные значения R.
- Рассчитайте ток в цепи, который одинаков для каждого резистора, поскольку в цепи только один проводник.
- Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома.
Пример: источник питания 24 В и три резистора подключены последовательно, где R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом и R3 = 6 Ом. Чему равно падение напряжения на каждом резисторе?
- Сначала рассчитаем общее сопротивление: 4 + 2 + 6 = 12 Ом.
- Далее рассчитываем ток: 24 В / 12 Ом = 2 А
- Теперь используем ток, чтобы вычислить падение напряжения на каждом резисторе. Используя Закон Ома (U = IR) для каждого резистора, получим значения R1, R2 и R3 равными 8 В, 4 В и 12 В соответственно.
Падение напряжения в параллельной цепи
Пример: источник питания 24 В и три резистора подключены параллельно, где R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом и R3 = 6 Ом, как и в предыдущей схеме. Чему будет равно падение напряжения на каждом резисторе?
В этом случае все проще: независимо от значения сопротивления падение напряжения на каждом резисторе одинаково. Это означает, что падение напряжения на каждом из них — это просто общее напряжение цепи, деленное на количество резисторов в цепи, или 24 В / 3 = 8 В.
Применяя эти несложные правила вы сможете рассчитать падение напряжения даже в сложной цепи, достаточно лишь разделить её на простые участки.
Савельев Николай
Инженер по телевизионному оборудованию Электрика и электроника, это не только моё хобби, но и работа
-
Падение напряжения на участке цепи.
При
движении потока электронов по цепи они
встречает, как мы знаем, сопротивление.
Таким образом, когда электроны проходят
через нагрузку (или другие элементы
цепи), то они теряют энергию. Та энергия,
которую электроны отдали в нагрузку,
называется падением
напряжения на
участке цепи .
В основном эта энергия выделяется на
нагрузке в виде тепла. Энергия, которая
отдается в нагрузку, равна энергии
сообщаемой электронам источником
напряжения. Различают падение напряжения
на внешнем и внутреннем участках цепи.
Часть ЭДС, затрачиваемая на перенос
зарядов по внутреннему участку цепи
называется падением напряжения на
внутреннем участке цепи, а Часть ЭДС,
затрачиваемая на перенос зарядов на
внешнем участке цепи – падение напряжения
на внешнем участке цепи.
38.
Закон Ома
для полной цепи
— сила тока в цепи пропорциональна
действующей в цепи ЭДС и обратно
пропорциональна сумме сопротивлений
цепи и внутреннего сопротивления
источника.
где
I — сила тока
E — электродвижущая сила
R — внешнее сопротивление цепи (т.е.
сопротивление той
части цепи, которая
находится за пределами источника
ЭДС)
r — внутреннее сопротивление источника
ЭДС
ЭДС — работа сторонних сил
(т.е. сил неэлектрического происхождения)
по перемещению заряда в цепи отнесенная
к величине этого заряда.
Единицы
измерения:
ЭДС — вольты
Ток —
амперы
Сопротивления (R и r) – омы
39.
КПД
источника тока.
КПД
всегда определяем как отношение полезной
работы к затраченной:
|
|
|
Полезная
работа
– мощность, выделяемая на внешнем
сопротивлении Rв
единицу времени. По закону Ома имеем:
а
тогда
.
40.
Электрический
ток в газах.
В
газах существуют несамостоятельные и
самостоятельные электрические разряды.
Явление
протекания электрического тока через
газ, наблюдаемое только при условии
какого-либо внешнего воздействия на
газ, называется несамостоятельным
электрическим разрядом. Процесс отрыва
электрона от атома называется ионизацией
атома. Минимальная энергия, которую
необходимо затратить для отрыва
электрона от атома, называется энергией
ионизации. Частично или полностью
ионизированный газ, в котором плотности
положительных и отрицательных зарядов
одинаковы, называется плазмой.
41.
Самостоятельный и несамостоятельный
заряды.
Все
образующиеся ионы достигают электродов;
часть их воссоединяется с электронами,
образуя нейтральные молекулы газа. По
мере увеличения разности потенциалов
между электродами трубки доля заряженных
частиц, достигающих электродов,
увеличивается. Возрастает и сила тока
в цепи. Наконец, наступает момент, при
котором все заряженные частицы,
образующиеся в газе за секунду, достигают
за это время электродов. При этом
дальнейшего роста силы тока не происходит
(рис.16.32).
Ток, как говорят, достигает насыщения.
Если действие ионизатора прекратить,
то прекратится и разряд, так как других
источников ионов нет. По этой причине
такой разряд называют несамостоятельным
разрядом.
Самостоятельный
разряд.
Что будет происходить с разрядом в
газе, если продолжать увеличивать
разность потенциалов на электродах?
Казалось бы, сила тока и при дальнейшем
увеличении разности потенциалов должна
оставаться неизменной. Однако опыт
показывает, что в газах при увеличении
разности потенциалов между электродами,
начиная с некоторого ее значения, сила
тока снова возрастает (рис.16.33).
Это означает, что в газе появляются
дополнительные ионы сверх тех, которые
образуются за счет действия ионизатора.
Сила тока может возрасти в сотни и
тысячи раз, а число ионов, возникающих
в процессе разряда, может стать таким
большим, что внешний ионизатор будет
уже не нужен для поддержания разряда.
Если убрать внешний ионизатор, то разряд
не прекратится. Так как разряд в этом
случае не нуждается для своего поддержания
во внешнем ионизаторе, его называют
самостоятельным
разрядом.
42.
Плазма
разряда
может быть изотермичной и неизотермичной.
При изотермичной плазме температуры
электронного и молекулярного газов
раины и роль электрического поля состоит
лишь в сообщении плазме, конечно, через
электронный газ, энергии, достаточной
для поддержания высокой температуры.
В такой горячей изотермической плазме
концентрации различных частиц
определяются термодинамическим
равновесием и могут быть подсчитаны,
если известны соответствующие константы
равновесия и температуры, по обычным
формулам термодинамики. Механизм
химических реакций внутри изотермической
плазмы не отличается от механизма
реакций, протекающих при высокой
температуре, созданной в системе любым
другим способом. В этом случае говорят
о термической активации реакций в
разряде, которая должна изучаться в
общем плане теории термических реакций.
43.
Электрический
ток в газах. Закон Электролиза.
Закон
электролиза.
Вещества, растворы которых проводят
электрический ток, называются
электролитами.
Вода и кристаллы хлорида меди практически
не проводят электрический ток. Раствор
хлорида меди в воде является хорошим
проводником. При прохождении электрического
тока через водный раствор хлорида меди
у положительного электрода, называемого
анодом, выделяется газообразный хлор.
На отрицательном электроде, называемом
катодом, выделяется медь.
Изменение
химического состава раствора или
расплава при прохождении через него
электрического тока, обусловленное
потерей или присоединением электронов
ионами, называется электролизом.
Фарадей
установил, что при прохождении
электрического тока через электролит
масса m
вещества, выделившегося на электроде,
пропорциональна заряду
,
прошедшему через электролит:
,
(47.1)
или
,
(47.2)
Первый
закон Фарадея
определяет количества первичных
продуктов, выделяющихся на электродах
при электролизе: масса m вещества,
выделившегося на электроде, прямо
пропорциональна заряду q, прошедшему
через электролит:
m
= kq
= kIt,
где
k
– электрохимический
эквивалент вещества:
F
= eNA
= 96485 Кл / моль. – постоянная
Фарадея.
Второй
закон Фарадея электрохимические
эквиваленты различных веществ относятся
их химические эквиваленты
:
.
Объединенный
закон Фарадея для
электролиза:
.
44.
Электрический
ток в полупроводниках. Собственная и
примесная проводимости в полупроводниках.
По
значению удельного электрического
сопротивления полупроводники
занимают промежуточное положение между
хорошими проводниками и диэлектриками.
К числу полупроводников относятся
многие химические элементы (германий,
кремний, селен, теллур, мышьяк и др.),
огромное количество сплавов и химических
соединений.
Электронно-дырочный
механизм проводимости проявляется
только у чистых (т.е. без примесей)
полупроводников. Он называется
собственной
электрической проводимостьюполупроводников.
Электроны забрасываются в зону
проводимости с уровня
Ферми,
который оказывается в собственном
полупроводнике расположенным посередине
запрещенной зоны.
Необходимым
условием резкого уменьшения удельного
сопротивления полупроводника при
введении примесей является отличие
валентности атомов примеси от валентности
основных атомов кристалла. Проводимость
полупроводников при наличии примесей
называется примесной
проводимостью.
45.
Действие
магнитного поля на проводник с током.
Магнитное
поле действует с некоторой
силой на любой проводник
с током,
находящийся в
нем.
Если проводник, по которому
протекает электрический ток подвесить
в магнитном поле, например, между
полюсами магнита, то магнитное поле
будет действовать на проводник с
некоторой силой и отклонять его.
Направление
движения проводника
зависит
от направления тока в
проводнике и от расположения
полюсов магнита.
46.
Закон Ампера
устанавливает,
что на проводник с током, помещенный в
однородное магнитное поле, индукция
которого В, действует сила, пропорциональная
силе тока и индукции магнитного поля:
F
= BIlsina
(a — угол между направлением тока и
индукцией магнитного поля ). Эта формула
закона Ампера
оказывается справедливой для
прямолинейного проводника и однородного
поля.
Если
проводник имеет произвольную формулу
и поле неоднородно, то Закон
Ампера
принимает вид:
F
= I*B*l sina
Закон
Ампера в векторной форме:
dF = I [dl B]
Сила
Ампера направлена перпендикулярно
плоскости, в которой лежат векторы dl и
B.
Для
определения направления силы, действующей
на проводник с током, помещенный в
магнитное поле, применяется правило
левой руки.
47.
Движение
заряженных частиц в магнитном поле.
Кругообразное
движение заряженных частиц в магнитном
поле обладает важной особенностью:
время полного обращения частицы по
окружности (период движения) не зависит
от энергии частицы. Действительно,
период обращения равен
Подставляя
сюда вместо r его выражение по формуле
(3.6), имеем:
(3.7)
Частота
же оказывается равной
48.
Сила Лоренца. Магнитные свойства
вещества.
Так
как электрический ток представляет
собой упорядоченное движение зарядов,
то действие магнитного поля на проводник
с током есть результат его действия на
отдельные движущиеся заряды.
Силу,
действующую со стороны магнитного поля
на движущиеся в нем заряды, называют
силой Лоренца.
Сила
Лоренца определяется соотношением:
Fл
= q·V·B·sin
где
q — величина движущегося заряда;
V —
модуль его скорости;
B — модуль вектора
индукции магнитного поля;
— угол
между вектором скорости заряда и
вектором магнитной индукции.
где
F — сила в ньютонах, I — ток в амперах, l —
длина в метрах. Единицей измерения
магнитной индукции является тесла (Тл)
где
m0 — т.н. магнитная постоянная, имеющая
универсальное значение 4pЧ10-7 Гн/м.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #