Падение напряжения что это: при нагрузке, порядок расчета и способы определения

Что такое падение напряжения

Для человека, который знаком с электрооборудованием на уровне простого пользователя (знает, где и как включить/выключить), многие используемые электриками термины кажутся какой-то бессмыслицей. Например, чего только стоит «падение напряжения» или «сборка схемы». Куда и что падает? Кто разобрал схему на детали? На самом же деле, физический смысл происходящих процессов, скрывающийся за большинством этих слов, вполне доступен для понимания даже со школьными знаниями физики.

Чтобы объяснить, что такое падение напряжения, необходимо вспомнить, какие вообще напряжения бывают в электрической цепи (имеется в виду глобальная классификация). Их всего два вида. Первый – это напряжение источника питания, который подключен к рассматриваемому контуру. Оно может также называться приложенным ко всей цепи. А второй вид – это именно падение напряжения. Может быть рассмотрено как в отношении всего контура, так и любого отдельно взятого элемента.

На практике это выглядит следующим образом. Например, если взять обычную лампу накаливания, вкрутить ее в патрон, а провода от него подключить в домашнюю сетевую розетку, то приложенное к цепи (источник питания – проводники – нагрузка) напряжение составит 220 Вольт. Но стоит нам с помощью вольтметра замерять его значение на лампе, как станет очевидно, что оно немного меньше, чем 220. Так произошло потому, что возникло падение напряжения на электрическом сопротивлении, которым обладает лампа.

Пожалуй, нет человека, который не слышал бы о законе Ома. В общем случае формулировка его выглядит так:

I = U / R,

где R – активное сопротивление цепи или ее элемента, измеряется в Омах; U – электрическое напряжение, в Вольтах; и, наконец, I – ток в Амперах. Как видно, все три величины непосредственно связаны между собой. Поэтому, зная любые две, можно довольно просто вычислить третью. Конечно, в каждом конкретном случае придется учесть род тока (переменный или постоянный) и некоторые другие уточняющие характеристики, но основа – вышеуказанная формула.

Электрическая энергия – это, фактически, движение по проводнику отрицательно заряженных частиц (электронов). В нашем примере спираль лампы обладает высоким сопротивлением, то есть замедляет перемещающиеся электроны. Благодаря этому возникает видимое свечение, но общая энергия потока частиц снижается. Как видно из формулы, с уменьшением тока уменьшается и напряжение. Именно поэтому результаты замеров у розетки и на лампе различаются. Эта разница и является падением напряжения. Данная величина всегда учитывается, чтобы предотвратить слишком большое снижение на элементах в конце схемы.

Падение напряжения на резисторе зависит от его внутреннего сопротивления и силы протекающего по нему тока. Также косвенное влияние оказывают температура и характеристики тока. Если в рассматриваемую цепь включить амперметр, то падение можно определить умножением значения тока на сопротивление лампы.

Но далеко не всегда удается вот так просто с помощью простейшей формулы и измерительного прибора выполнить расчет падения напряжения. В случае параллельно подключенных сопротивлений нахождение величины усложняется. На переменном токе приходится дополнительно учитывать реактивную составляющую.

Рассмотрим пример с двумя параллельно включенными резисторами R1 и R2. Известно сопротивление провода R3 и источника питания R0. Также дано значение ЭДС – E.

Приводим параллельные ветки к одному числу. Для этой ситуации применяется формула:

R = (R1*R2) / (R1+R2)

Определяем сопротивление всей цепи через сумму R4 = R+R3.

Рассчитываем ток:

I = E / (R4+r)

Остается узнать значение падение напряжения на выбраном элементе:

U = I * R5

Здесь множитель «R5» может быть любым R — от 1 до 4, в зависимости от того, какой именно элемент схемы нужно рассчитать.

Падение напряжения

В книгах по электротехнике или описаниях радиосхем можно встретить фразу: «падение напряжения на резисторе или диоде». А почему резистор вообще вызывает падение напряжения и что это на самом деле означает? Давайте разбираться…

Электрические заряды не перемещаются по проводникам добровольно, им нужен какой-то стимул для создания электрического тока (потока). В мире электричества стимулом является напряжение – чем оно выше, тем большая сила толкает электроны, заставляя их двигаться быстрее и создавать больший ток. Но электрического напряжения как бы и нет. Это не физическое явление само по себе и не потенциальное. Напряжение и потенциал – это математические понятия, изобретенные людьми, которые не могли видеть энергию глазами, но хотели как-то ее описать.

Электрический ток – это не электроны, бесцельно перетекающие от одного полюса батареи к другому. Суть в энергии, которую они могут дать этим движением. И хотя в этом здесь важнее всего энергия, о напряжении и потенциале почему-то обычно пишут больше. Это просто отличное и очень четкое описание этой энергии. Зная о напряжении, сразу понимаем, с чем имеем дело и сколько из этого можно извлечь.

Можно предположить, что батарея на 1,5 вольта никогда не будет выделять такую энергию как удар молнии с напряжением в несколько миллионов вольт. Также знаем, что небольшой светодиод лучше не вставлять в электрическую розетку, потому что 220 В сразу его сожгет. Такое напряжение отлично подойдет для питания обычной лампочки, которая не загорится при подключении к обычному аккумулятору АА.

Это соотношение напряжения и энергии чрезвычайно простое – больше вольт означает больше энергии, которую несет с собой каждый отдельный электрон. Коэффициент преобразования прост – например, напряжение 220 В равно 220 Дж / Кл (джоуль в кулон), то есть один кулон несет энергию 220 джоулей. А поскольку мы знаем, что 1 кулон равен примерно 6 триллионам электронов, можем сказать, что при напряжении 220 В поток из 6 триллионов электронов через лампочку даст ей ровно 220 Дж энергии. Хотя конечно взаимосвязь между напряжением и энергией идет намного глубже, чем простое преобразование единиц.

Когда падает напряжение?

Казалось бы, раз в розетке 220 В, а батарея это 3 В, эти значения постоянные. А вот и нет. Напряжение падает, и попробуем понять, почему это происходит.

Существует три основных причины падения напряжения:

1. Истощение источника – если имеем дело с источником напряжения, который может быть исчерпан (например, аккумулятор или батарейка), это истощение проявляется в падении напряжения. И неудивительно – напряжение описывает энергию элемента, поэтому при потреблении этой энергии уровень напряжения также должен падать. Это явление тесно связано с так называемым внутренним сопротивлением аккумулятора.
2. Слишком большая нагрузка на источник – выключите все приборы в доме и измерьте мультиметром напряжение в розетке. Затем включите электродуховку, чайник и стиральную машину и снова измерьте напряжение – разница в обоих измерениях составит несколько вольт. Это связано с упомянутым ранее внутренним сопротивлением.
3. Падение напряжения на потребителе – два предыдущих примера говорят о ситуации, когда источник напряжения «перестает работать». А вот падение напряжения на потребителе – это совсем другая тема. У нас может быть лучший в мире источник напряжения, который практически невозможно просадить, и все же каждый подключенный к нему потребитель вызовет так называемые «падение напряжения».

Объясним почему на основе электрических цепей. Например есть батарея, несколько резисторов, лампочка и описание: Напряжение батареи составляет 9 В. Падение напряжения на каждом резисторе составляет 2 В. Падение напряжения через лампочку 1 В. Но почему резистор и лампочка вообще вызывают падение напряжения?

Стрелки «падение напряжения» всегда указывают в направлении, противоположном напряжению аккумулятора.

Падение напряжения лампочки

Давайте возьмем 3-х вольтовую батарею и подключим ее к маленькой лампочке, которая точно соответствует этому напряжению. Лампочка будет светиться благодаря электричеству, идущему от батареи. Чтобы узнать, сколько тока проходит через него, можем либо подключить амперметр, либо измерить сопротивление лампочки. Предположим оно составляет 60 Ом, следовательно, применив закон Ома, получим значение тока 0,05 А.

То что в такой схеме светит лампочка, не должно удивлять. Есть напряжение, значит есть энергия. Электричество течет, поэтому энергия поступает в лампочку. Колба получает энергию, поэтому светит и нагревается.

Когда цепь замкнута, то есть создается проводящий путь между отрицательной и положительной клеммами батареи, именно здесь начинает течь ток. Электроны в цепи начинают ускоряться и толкать друг друга, поскольку каждый из них хочет достичь положительного полюса. Обычно они могут добраться туда за доли секунды, но есть что-то, что их останавливает. Речь идет о препятствии в виде лампочки.

Нить лампы накаливания – большое препятствие для ускорения электронов, несущих энергию. Не случайно она изготовлена из чрезвычайно тонкой и плохо проводящей вольфрамовой проволоки. Втекая в нить, электроны сжимаются и сталкиваются с ее атомами и даже друг с другом. Эти столкновения заставляют электроны на мгновение замедляться и терять энергию.

Атомы нити накала все больше и больше вибрируют, и нить нагревается до белизны. Вот так лампочка начинает светиться за счет маленьких электронов. Далее они с помощью остатка своих сил и их коллег, давящих сзади, наконец достигают положительного вывода батареи, где могут спокойно завершить свою миссию.

Весь процесс – это преобразование одного типа энергии в другой. Химическая энергия хранящаяся в батарее, преобразуется в электроны кинетической энергии, отправляемые в цепь. При столкновении с атомами нити та же кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, количество которой настолько велико, что нить нагревается и светится – вылетают фотоны. Таким образом, лампочка светит потому что получает энергию от входящих электронов.

Когда у электронов много энергии, это высокое напряжение, а если мало энергии, напряжение низкое. Итак, поскольку нить накала – это место, где энергия электронов уменьшается, это означает что также должно быть место, где каким-то образом падает напряжение.

Напряжение батареи составляет 3 В. Электроны движутся от отрицательного полюса, потенциал которого обычно принимается равным 0 В, к положительному полюсу с потенциалом +3 В. Если подключим вольтметр на обе стороны батареи, он покажет разность потенциалов 3 В.

Если бы нить накала была достаточно большой, чтобы могли приложить один из щупов вольтметра посередине ее длины, оказалось бы что напряжение составляет только половину напряжения батареи, то есть 1,5 В. Поскольку электроны, протекающие через нить, отдают ей всю свою энергию, логично что преодолев половину ее длины, они отдадут ей ровно половину этой энергии. Половина энергии = половина напряжения, показанного на вольтметре.

Если продвигать щуп дальше, напряжение будет падать, пока не окажется за нитью накала, и измеритель покажет значение 0 В. То есть вначале напряжение составляло 3 В. Перемещая щуп вольтметра по нити накала, оно постепенно упало до 0 В. Таким образом можем сказать, что падение напряжения на лампочке составляет 3 В. На «физическом» уровне говорят, что количество энергии, подводимой к лампочке, составляет ровно 3 джоуля на кулон.

Падение напряжения на нескольких резисторах

Убедились, что одна лампочка может поглотить всю энергию, выделяемую электронами, что приводит к падению напряжения, равному напряжению батареи. Но что, если в цепи две или более лампочки одна за другой? Поскольку одна лампочка «съедает» всю энергию, останется ли что-нибудь для других?

Напряжение нити составляет 1,5 вольта. Что, если разрежем нить в этой точке и соединим обе части проволокой? Что-нибудь изменится?

Теоретически, вместо одной лампочки у нас теперь две с сопротивлением по 30 Ом. Но на практике ничего не изменилось. После прохождения половины исходной нити накала, то есть первых 30 Ом, напряжение составляет 1,5 В, и этот кусок вставленного провода не добавляет здесь ничего нового.

Конечно нить можно разделить на любое количество частей и ситуация останется прежней. Итак, давайте изменим подход. Оставьте нить накала целиком, чтобы она имела сопротивление 60 Ом, и положите рядом другую такую ??же. Как будет себя вести схема? Поскольку знаем, что 60 Ом может забрать всю энергию, останется ли от нее для второй нити накала? Измеряем напряжение между ними.

Хотя каждая нить имеет по 60 Ом, по какой-то причине они решили разделить энергию поровну. Как это возможно? Раньше одна 60-омная нить накала потребляла всю энергию, но теперь она отдает половину другой. Откуда такое сотрудничество?

Все происходит из-за того, что закон Ома действительно сложно обмануть. Он не влияет на сопротивление лампы или напряжение, подаваемое батареей, но может управлять током, протекающим в цепи. Когда была одна лампочка, она забирала всю энергию, а ток, протекающий в цепи, составлял 0,05 А. После вставки второй лампочки общее сопротивление цепи увеличивается в два раза, и снова применяя закон Ома находим, что текущее значение уменьшается до значения всего 0,025 А. Это в корне меняет ситуацию.

Во-первых, удвоение тока означает, что электроны текут в цепи вдвое медленнее. А поскольку они текут вдвое медленнее, сила столкновения с атомами нити в два раза меньше. В результате электроны больше не оставляют всю энергию в нити 60 Ом, а только ее половину. С одной стороны это хорошо, потому что на прохождение второй лампочки остается еще половина энергии. Обратной стороной этого является то, что обе лампочки будут светить заметно меньше.

Подтвердить слова можно измерив напряжение за первой лампочкой. Тогда заметим, что это всего лишь 1,5 В, а одна лампочка «забирала» полные 3 В.

Если бы было три лампочки, каждая из них получала бы 1 вольт, или 1/3 всей энергии. Четыре лампочки – это деление энергии на четыре и так далее. Такое идеально равномерное распределение энергии, конечно имеет место только тогда, когда лампочки имеют одинаковое сопротивление. Если бы в цепи были лампочки с сопротивлением 30 Ом и 60 Ом, то падение напряжения было бы пропорционально распределено – 1 В на первой и 2 В на второй.

Подведем итоги

В общем падение напряжения – одна из самых важных проблем в электротехнике, и ее следует хорошо понимать. Итак, давайте подытожим полученные знания в нескольких моментах:

• Напряжение определяет количество энергии каждого электрона – чем выше напряжение, тем больше энергии будет обеспечивать каждый электрон. Но будьте осторожны, потому что хотя энергии может быть слишком мало, она также может быть слишком большой. Слишком высокое напряжение – основная сила, разрушающая хрупкую электронику.
• Напряжение падает только тогда, когда течет электричество – падение напряжения отражает потребляемую энергию, и энергия может быть использована только тогда, когда ее физически доставляют электроны. Следовательно, падение напряжения происходит только тогда, когда цепь замкнута и течет ток.
• Энергия распределяется между всеми приемниками тока – один резистор берет на себя все – два и более должны уже делиться. Их сопротивление определяет, сколько энергии они получают. Большее сопротивление означает большее падение напряжения, меньшее сопротивление означает меньшее потребление энергии.
• Провода также вызывают падение напряжения – все кабели имеют определенное сопротивление, поэтому их правильный выбор так важен для электриков. Дело в том, что падение напряжения на кабелях должно быть как можно меньше, чтобы энергия могла доходить до потребителей без больших потерь.

Иногда люди не совсем понимают, что отвечает за движение электронов к батарее, так как напряжение между ней и нитью накала равно 0. Поскольку у электронов остаточная сила, это также означает, что у них осталась некоторая кинетическая энергия. Электроны, которые прижимаются к передним в цепной реакции, также должны иметь некоторую оставшуюся энергию. Значит ли это, что напряжение, которое потребляют нити, не будет равно напряжению аккумулятора?

Дело в том, что утверждения «Между лампочкой и аккумулятором напряжение 0 В» и «После выхода из лампочки у них еще есть энергия» немного спорны. Если есть энергия, почему напряжение 0 В? Объясняем: лампочка забирает энергию у электронов, потому что у нее есть сопротивление, но и провода от батареи к лампочке тоже. Анализируя всю схему выясняется, что лампочка забирает 99,8% энергии, провод с одной стороны – 0,1% энергии, а провод с другой стороны – тоже 0,1% энергии.

Теперь: электроны выходят из батареи. Дойдя до лампочки, они уже потеряли 0,1% из-за проводников. В лампочке они теряют еще 99,8% энергии, а оставив ее, у них остаются последние 0,1% энергии, чтобы покрыть другую половину цепи и достичь батареи. И хотя измеритель показывает что там уже 0 В, если бы он был очень точным, это означало бы, что на самом деле существует какое-то напряжение в 0,0001 В. Это остаточная энергия, которая осталась чтобы пересечь последний участок провода и достичь батареи.

Итак, подведем итог – лампочка никогда не будет потреблять ровно столько напряжения, сколько обеспечивает батарея, потому что это напряжение также съедается проводами. В действительности сопротивление проводов по сравнению с лампочкой настолько низкое, что для простоты предполагаем, что оно равно 0 В. Если лампочка не находится в нескольких километрах от батареи, когда сопротивление лампы провода будут играть важную роль.

Уверены, что теперь тема падения напряжения перестанет быть для вас малопонятной, а если что осталось неясным – вопросы как обычно на форум.

Что такое падение напряжения и как его рассчитать

Независимо от того, проектируете ли вы 120-вольтовую электрическую систему для своего дома или 12-вольтовую систему для своего дома на колесах, важно понимать, что такое падение напряжения и как его рассчитать. Правильный расчет падения напряжения в вашей системе поможет вам обезопасить себя и убедиться, что вся ваша электроника работает правильно. Давайте посмотрим поближе!

Содержание

• Что такое падение напряжения?
• Как рассчитать падение напряжения
  • Закон Ома
• Что происходит при падении напряжения?
• Какое допустимое падение напряжения?
• Как исправить падение напряжения?
• Как выбрать размер провода для борьбы с падением напряжения
• Почему в вашей системе важно правильное сечение провода

Что такое падение напряжения?

Несмотря на то, что медные провода являются фантастическими проводниками, они все же имеют небольшое сопротивление. Закон Ома гласит, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление (V = I*R). Поэтому небольшое количество напряжения теряется в проводах, когда ток протекает через вашу электрическую систему. Это известно как падение напряжения.

Более сильный ток или провод с более высоким сопротивлением приведут к более высокому падению напряжения.

Как рассчитать падение напряжения

Рассчитать точное падение напряжения в электрической системе очень сложно. Это зависит от сопротивления провода, которое изменяется в зависимости от температуры, длины провода и типа тока (переменный или постоянный), протекающего через систему, и типа нагрузки (индуктивная или резистивная). Однако получить точную оценку довольно просто, и этого достаточно почти во всех приложениях.

Одним из самых простых способов расчета падения напряжения является использование онлайн-калькулятора падения напряжения. Эти калькуляторы позволяют вводить тип материала провода, размер провода, тип тока, длину провода и ток нагрузки. После того, как вы введете всю свою информацию, вам сообщат, сколько напряжения вы потеряете.

Закон Ома

Однако, если вам нравится делать вещи сложным путем или у вас нет под рукой компьютера, вы можете самостоятельно рассчитать падение напряжения и рассчитать близкое приближение. Для этого вы будете использовать закон Ома.

Напряжение = Ток x Сопротивление

Ток в системе будет зависеть от того, какую нагрузку (или нагрузки) вы подключили. Вам нужно будет сложить все токи нагрузки, чтобы получить общий ток системы в амперах.

Сопротивление — это сопротивление провода. Сопротивление провода зависит в основном от диаметра и длины провода. Опять же, это также немного зависит от температуры проволоки, но для большинства применений нет необходимости в такой точности. Большинство таблиц American Wire Gauge (AWG) показывают сопротивление в омах на фут или в омах на метр.

Зная силу тока, тип провода и длину провода, можно рассчитать падение напряжения. Давайте рассмотрим простой пример:

Предположим, у нас есть 24-вольтовая аккумуляторная система с подключенной нагрузкой в ​​два ампера, и мы используем провод калибра 14 длиной 50 футов. Из приведенной выше диаграммы AWG сопротивление медного провода калибра 14 составляет 2,5 Ом на 1000 футов или 0,0025 Ом на фут. Следовательно, 50 футов провода 14 калибра имеют сопротивление 0,125 Ом (50 x 0,0025 = 0,125). Теперь умножьте два ампера на 0,125 Ом, чтобы получить падение напряжения около 0,25 вольт. Это означает, что напряжение на нагрузке будет примерно на 0,25 вольт ниже, чем напряжение на источнике.

Что происходит при падении напряжения?

Когда напряжение в вашей электрической системе падает, вы теряете энергию в виде тепла в проводке. В результате ваши провода нагреваются, а напряжение на ваших устройствах ниже, чем напряжение на источнике. Ни то, ни другое не является серьезной проблемой, если вы можете свести падение к минимуму.

Большинство электронных устройств могут работать в небольшом диапазоне от их номинального напряжения. Например, инвертору на 24 вольта не обязательно нужно ровно 24 вольта. Однако чрезмерное падение напряжения приведет к тому, что ваши устройства перестанут работать или работать со сбоями, и даже могут привести к повреждению. Инвертор, скорее всего, преждевременно выключится под нагрузкой, если это произойдет, даже если батареи не разряжены.

Поскольку потери напряжения в проводах рассеиваются в виде тепла, чрезмерное падение напряжения также является проблемой безопасности. Если ваши провода станут слишком горячими, изоляция может расплавиться и вызвать пожар. Для обеспечения безопасности вашей системы очень важно минимизировать падение напряжения до приемлемого уровня.

Какое допустимое падение напряжения?

Допустимое падение напряжения в системе зависит от устройств в этой системе. Некоторая электроника имеет широкий диапазон рабочих напряжений и очень щадящая. Другие нет. Обратитесь к руководствам по эксплуатации вашей электроники, чтобы определить ваши конкретные требования к напряжению.

Самая большая проблема заключается не в том, что ваши устройства могут не работать, а в безопасности вашей системы и предотвращении пожара. Небольшое падение напряжения не должно быть причиной пожара. Фактически, Национальный электрический кодекс (NEC) рекомендует, чтобы падение напряжения на вашем самом дальнем устройстве составляло менее 5% от источника. Это отличное руководство для работы, которое поможет обеспечить безопасность вашей схемы и правильную функциональность вашей системы.

Как исправить падение напряжения?

Если мы вернемся к тому, как мы рассчитываем падение напряжения, мы увидим несколько способов его уменьшить. Во-первых, уменьшить ток нагрузки в системе. Это, вероятно, не является хорошим долгосрочным решением, но может быть быстрым решением, если у вас нет возможности перемонтировать свою систему. Например, если все работает, и вы подключаете новое устройство, а что-то перестает работать или начинает работать со сбоями, возможно, проблема в падении напряжения. Отключение чего-либо уменьшит падение.

Если вышеописанный сценарий происходит часто, возможно, пришло время искать более постоянное решение. Другим вариантом снижения падения напряжения является уменьшение сопротивления проводки. Есть два способа сделать это: уменьшить длину проволоки или использовать более толстую проволоку. Скорее всего, уменьшение длины не будет вариантом, поэтому оптимальным вариантом будет определение размера вашей проводки.

Как выбрать размер провода для борьбы с падением напряжения

Выбор правильного размера провода имеет решающее значение для борьбы с падением напряжения в вашей системе. Использование таких ресурсов, как калькулятор падения напряжения и схемы проводов AWG, позволит вам принимать разумные решения о том, какой размер провода выбрать. Мы рекомендуем выбрать размер проводки на один или два размера, если вы точно не уверены в своей нагрузке или длине. Всегда лучше иметь немного большую проводку, чем маленькую.

Хороший калькулятор падения напряжения поможет вам определить, какая величина необходима для минимизации падения.

Почему в вашей системе важны правильные сечения проводов

Падение напряжения — это не то, о чем вы думаете каждый день, но это важно понимать, если вы проектируете электрическую систему. Выбор правильного размера и длины провода для вашего приложения имеет важное значение для его оптимальной функциональности и безопасности.

→ Рекомендуемая литература: Какой размер кабеля аккумулятора мне следует использовать?

Обязательно проведите исследование, и если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения, обратитесь к экспертам из Battle Born. Мы всегда рады помочь!

Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?

Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь. Наш отдел продаж и обслуживания клиентов из Рено, штат Невада, готов ответить на ваши вопросы по телефону (855) 292-2831!

Кроме того, присоединяйтесь к нам на Facebook, Instagram и YouTube, чтобы узнать больше о том, как системы с литиевыми батареями могут обеспечить ваш образ жизни, увидеть, как другие построили свои системы, и обрести уверенность, чтобы выйти и остаться там.

Присоединяйтесь к нашему списку контактов

Подпишитесь сейчас на новости и обновления на ваш почтовый ящик.

Поделись

Что такое падение напряжения? | IEWC.com

Надежность может быть не осязаемым элементом, который устанавливается рядом с новой печью или подключается к портовому крану, но, тем не менее, это важный «аксессуар», который может означать разницу между сверхурочной работой и потерянным временем; наличие и отсутствие на складе; идеальная подгонка и ремонт. Пометка «ненадежный» может означать крах для бизнеса, независимо от того, что вы производите, устанавливаете или обслуживаете. Вот почему так важно понимать простые, но часто упускаемые из виду проблемы, такие как 9.0043 Падение напряжения в приложениях продукта.

Что такое падение напряжения?

Падение напряжения — это падение напряжения в электрической цепи между источником и нагрузкой. Провода, несущие электричество, имеют внутреннее сопротивление или импеданс протеканию тока. Падение напряжения — это величина потери напряжения в цепи из-за этого импеданса.

Чтобы оборудование работало должным образом, к нему должно подаваться необходимое количество энергии, которая измеряется в ваттах и ​​рассчитывается путем умножения силы тока (ампер) на напряжение (вольт). Двигатели, генераторы, инструменты — все, что работает на электричестве, рассчитано на мощность. Правильное количество энергии позволяет оборудованию соответствовать расчетной номинальной мощности и работать эффективно. Слишком большое или недостаточное количество энергии может привести к неэффективной работе, расточительному использованию энергии и даже к повреждению оборудования. Вот почему понимание расчеты падения напряжения и выбор правильного кабеля для каждого приложения очень важны.

Национальный электротехнический кодекс (NEC) содержит каталог требований к безопасным электрическим установкам и представляет собой основной документ для руководства в Соединенных Штатах. Указания как для обученных специалистов, так и для конечных пользователей, эти нормы закладывают основу для проектирования и проверки электрических установок. Итак, как Кодекс рассматривает проблемы с падением напряжения ? Для параллельных цепей см. NEC (NFPA 70), раздел 215.2(A)(3), сноска 2, и раздел 210.19.(A)(1) сноска 4. В обеих рекомендациях рекомендуется, чтобы проводники от фидеров к жилым помещениям имели такой размер, чтобы падение напряжения не превышало 3%, а максимальное общее падение напряжения как на фидерах, так и ответвленных цепях не должно превышать 5% для «разумной эффективности работы». ».

Кроме того, обращайтесь к NEC (NFPA 70) Раздел 647.4 (D) при работе с чувствительным электронным оборудованием. В нем указано, что падение напряжения на любой ответвленной цепи не должно превышать 1,5%, а суммарное падение напряжения на ответвленной и фидерных проводах не должно превышать 2,5%. Важно отметить, что большая часть производимого сегодня оборудования содержит электронику, которая особенно чувствительна к чрезмерному падению напряжения.

Сила тока, пропускная способность кабеля по электрическому току, также связана с падением напряжения. В Кодексе подчеркивается важность учета падения напряжения при рассмотрении номинальной токовой нагрузки кабеля и необходимость выполнения обоих требований. В разделе 310.15 (A)(1) NEC указано, что в таблицах токов не учитывается падение напряжения.

Как рассчитывается падение напряжения?

Для постоянного тока падение напряжения пропорционально величине протекающего тока и сопротивления провода. В цепях переменного тока также необходимо учитывать общий импеданс и коэффициент мощности (коэффициент потерь мощности). Поскольку сопротивление провода зависит от размера провода, материала и длины провода, важно выбрать правильный размер провода для длины провода, чтобы поддерживать падение напряжения на желаемом уровне.

Используйте следующую таблицу расчета падения напряжения , чтобы упростить расчеты падения напряжения.

Эта таблица упрощает расчет проектного падения напряжения. Например, предположим, что ваш проект включает в себя 100-футовую трассу провода 12/3 SOOW, линейный ток 12 ампер для оборудования, линейную цепь 120 вольт переменного тока, 3 фазы, коэффициент мощности 100%. Согласно расчетной таблице коэффициент равен 3190. Далее умножьте ток x расстояние (футы) x коэффициент: 12 x 100 x 3190 = 3 828 000. Наконец, поместите десятичную дробь перед последними шестью цифрами, и результатом будет потеря вольт или падение напряжения, которое в этом примере равно 3,8 вольт (3,2% от общего напряжения).

Поэтому, чтобы обеспечить надежность ваших продуктов, установок или сервисных обращений, обязательно учитывайте падение напряжения при выборе кабеля. Хотя это в первую очередь неприятная проблема, падение напряжения может повлиять на эффективность оборудования, энергопотребление и привести к потенциальному повреждению чувствительной электроники и других систем. К счастью, этих проблем легко избежать, особенно если вы полагаетесь на нормы и стандарты NEC, относящиеся к падению напряжения: каждый из них дает полезные рекомендации по обеспечению успеха вашего приложения.

Выбрав кабель с правильными характеристиками падения напряжения, вы оптимизируете работу подключенного оборудования, повысите эффективность и предотвратите повреждение оборудования. И это довольно хорошая отдача, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Диаметр провода	Коэффициент мощности %	90AC Однофазный80	Трехфазный переменный ток	DC
14 AWG	100	5880	5090	5880
	90	5360	4640
	80	4790	4150
	70	4230	3660
	60	3650	3160
12 AWG	100	3690	3190	3690
	90	3380	2930
	80	3030	2620
	70	2680	2320
	60	2320	2010
10 AWG	100	2320	2010	2820
	90	2150	1861
	80	1935	1675
	70	1718	1487
	60	1497	1296
8 AWG	100	1462	1265	1462
	90	1373	1189
	80	1248	1081
	70	1117	969
	60	981	849
6 AWG	100	918	795	918
	90	882	764
	80	812	703
	70	734	636
	60	653	565
4 AWG	100	578	501	578
	90	571	494
	80	533	462
	70	489	423
	60	440	381
2 AWG	100	367	318	363
	90	379	328
	80	361	313
	70	337	292
	60	309	268
1 AWG	100	291	252	288
	90	311	269
	80	299	259
	70	284	246
	60	264	229
1/0 AWG	100	233	202	229
	90	257	222
	80	252	218
	70	241	209
	60	227	106
2/0 AWG	100	187	162	181
	90	213	184
	80	212	183
	70	206	178
	60	196	169
3/0 AWG	100	149	129	144
	90	179	155
	80	181	156
	70	177	153
	60	171	148
4/0 AWG	100	121	104	114
	90	152	131
	80	156	135
	70	155	134
	60	151	131
250 тыс. смил	100	102	89	97
	90	136	117
	80	143	123
	70	143	124
	60	141	122
300 тыс.смил	100	86	75	81
	90	121	104
	80	128	111
	70	131	113
	60	130	113
350 тыс.смил	100	74	64	69
	90	109	95
	80	118	102
	70	122	105
	60	122	106
400 тыс. смил	100	66	57	60
	90	101	88
	80	111	96
	70	115	99
	60	116	101
500 тыс.смил	100	54	47	48
	90	89	78
	80	99	86
	70	105	91
	60	108	93
600 тыс.смил	100	47	41	40
	90	83	72
	80	93	81
	70	99	86
	60	103	89
750 тыс. смил	100	39	34	32
	90	75	65
	80	86	75
	70	93	81
	60	97	84
1000 тыс.смил	100	31	27	24
	90	67	58
	80	79	68
	70	86	75
	60	91	78

Этот ресурс дополняет General Cable

Штаб-квартира General Cable находится в Хайленд-Хайтс, штат Кентукки, и является мировым лидером в разработке, проектировании, производстве, маркетинге и распространении алюминиевых, медных и оптоволоконных проводов и кабельной продукции для энергетическом, коммуникационном, транспортном, промышленном, строительном и специальном сегментах.