Co ovlivňuje pokles napětí?

Často dostáváme otázku, zda je možné 12voltové LED žárovky takového a takového výkonu v takovém a takovém množství od transformátoru vzdálit na takovou a takovou vzdálenost?

Obecné doporučení zní vzdálenost by neměla přesáhnout 5 metrů. To je známý fakt.

Ale co když potřebujete více než 5 metrů? Často je kvůli konstrukčním omezením nemožné splnit tak krátkou vzdálenost.

Ztráty drátu jsou podstatou problému

V některých situacích můžete změnit číslo 5 na mnohem větší hodnotu. K tomu potřebujete odhadnout pokles napětí na vodičích.

To způsobuje omezení – samotný drát má vnitřní odpor, a proto „sežere“ část napětí zdroje proudu. A když je drát příliš dlouhý, může se stát, že lampám zůstane tak malá část původního napětí, že se nerozsvítí.

Druhá část problému spočívá v tom, že drát část napětí nejen „sežere“, ale přemění ho na teplo. Kromě toho, že jde jednoduše o hloupé plýtvání elektřinou, představuje také problém s ohněm – drát se může příliš zahřívat.

Abyste si byli jisti, že požadovaných například 15 metrů mezi transformátorem a lampou nezpůsobí potíže, musíte přesně odhadnout, kolik voltů se na těchto 15 metrech ztratí.

Výpočet úbytku napětí na vodiči je velmi jednoduchý. Zpravidla máte k dispozici všechny potřebné údaje: délku vodiče, celkový výkon připojených lamp (pásů), napájecí napětí a průřez vodiče. Stačí dodatečně zjistit elektrický odpor materiálu, ze kterého je drát vyroben.

Vzorec pro výpočet úbytku napětí na vodičích

Je docela snadné odvodit jednoduchý obecný vzorec pro výpočet úbytku napětí, použitelný v každé situaci.

Potřebujeme jen Ohmův zákon R = V = I a vzorec pro vztah mezi elektrickým výkonem, napětím a proudem W = VI.

Abyste mohli odhadnout odpor drátu, musíte znát jeho hodnotu elektrický odpor [Wikipedia] dirigentský materiál.

Po provedení jednoduchých výpočtů získáme následující vzorec, který udává odhad hodnoty poklesu napětí na vodičích:

Úbytek napětí závisí na druhu materiálu drátu, průřezu drátu, jeho délce, výkonu spotřebiče a napětí zdroje. Tento vzorec označuje:

• W — moc ve wattech proudové spotřebiče na konci drátu;
• V — napětí zdroje proudu ve voltechobvykle 12 voltů nebo 24 voltů;
• L – délka drátu v metrech, tj. vzdálenost spotřebitelů od transformátoru;
• S – plocha průřezu drátu v mm²;
• ρ — hodnota elektrického odporu v Ohmech mm²/m, u mědi je to přibližně 0.018 Ohm mm²/m

Vzorec je jednoduchý, ale použitelný pouze v případě, že očekávaný pokles napětí je malý, ne více než několik procent, tzn. když vzdálenost mezi transformátorem a spotřebitelem nepřesahuje 10 metrů a výkon je menší než 10-20 wattů.

V ostatních případech byste měli použít přesnější vzorec:

Nyní, když jsme vypočítali pokles napětí na vodičích, můžeme odhadnout, kolik energie se ztratí – jednoduše vynaložené na zahřívání vodičů. Výslednou hodnotu poklesu napětí musíte vynásobit výkonem aktuálních spotřebičů W a vydělte napětím transformátoru V:

Pokud se tento výkon ukáže jako příliš velký, pak samozřejmě musíte zvýšit tloušťku drátu. Jinak se můžete dostat do různých potíží, včetně požáru.

Závěry

Jak je snadno vidět ze vzorců, čím silnější je drát, tím nižší je pokles napětí.

V tomto případě je pokles napětí nepřímo úměrný ploše průřezu vodiče.

Zdvojnásobení plochy průřezu vodiče přibližně zdvojnásobí úbytek napětí na vodičích

Dalším možným řešením problému může být zvýšení hodnoty napětí zdroje proudu. Pokud to ovšem současní spotřebitelé dovolí.

Úbytek napětí na vodiči lineárně klesá s rostoucím napětím zdroje proudu.

Zdvojnásobení napájecího napětí sníží pokles napětí přibližně na polovinu

Například naše nízkonapěťové žárovky E27 pro 12-24 voltů produkují stejné světlo z 12 i 24 voltů. A v tomto případě má smysl přejít na 24voltový transformátor.

Je také zřejmé, že pro výkonné spotřebitele (asi 100 wattů) budou zapotřebí velmi silné dráty.

příklad

Odhadneme úbytek napětí na měděném drátu o průřezu 1.5 mm² a délce 20 m při 24 voltech a výkonu připojené pásky 50 wattů.

Dosazením těchto hodnot do prvního vzorce dostaneme, že na vodičích se „ztratí“ asi 1 volt a asi 2 watty. V zásadě to není mnoho, ale pokud je možné zvýšit tloušťku drátu, je lepší to udělat.

Napětí zdroje proudu můžete samozřejmě zvýšit zavedením úbytku napětí, ale to není vůbec nejlepší řešení. Pokud je například výkon lamp na konci drátu 180 wattů, pak pokles napětí na drátu bude 3.5 voltu a výkon bude 25 wattů. V lampách zbude pouze 20 voltů a ovladače některých lamp se mohou kvůli nedostatku napětí dostat do abnormálního provozního režimu a začít se přehřívat, spotřebovávat mnohem více, než je deklarovaný výkon (ačkoli LED diody budou stále produkovat stejný jas), což pouze zvýší úbytek napětí na vodiči. V této situaci lze jen hádat, co se stane jako první – požár drátů nebo porucha lamp.

A u 12voltových transformátorů bude úbytek napětí a spotřeba energie dvakrát větší.

Jediným správným řešením je zvětšení tloušťky vodiče. Jak již bylo řečeno, zdvojnásobíme průřez vodiče – snížíme ztráty na vodičích přibližně na polovinu.

Máte dotaz? Zeptejte se poradce.

Zavolejte nám.
Nebo klikněte sem a položte svůj dotaz – velmi rychle dostanete podrobnou odpověď.
Vždy se snažíme pomoci.

Elektrická energie, když je přenášena dráty na vzdálenost od zdroje ke spotřebiteli, je vždy spotřebována na cestě. Ať už se jedná o přenos energie z elektrárny do rozvodny, nebo z elektrického rozvodného panelu v našem vstupu – do zásuvky a ke spotřebiteli (do toho či onoho elektrického zařízení připojeného do zásuvky).

Každého průměrného člověka nejvíce znepokojuje úsek obvodu, který se nachází mezi elektroměrem a spotřebitelem, protože za watty počítané elektroměrem musíme platit. A bylo by lepší, kdyby docházelo k co nejmenším ztrátám zbytečné energie.

Ale již zde platí, že jak elektroinstalace, tak propojovací vodiče (šňůry) vedoucí od zařízení k zástrčkám (a nakonec i zásuvkám) jsou zodpovědné za zbytečné energetické ztráty. Faktem je, že tyto dráty se podle zákona Joule-Lenz zahřívají, zejména pokud je spotřebič dostatečně výkonný. Obecně je zahřívání vodičů důsledkem poklesu napětí na nich, protože naše vodiče jsou zcela reálné a mají konečný elektrický odpor R.

Pro jasnou demonstraci se navrhuje uspořádat následující experiment. Zapojte ohřívač vody o výkonu 2 kW a po minutě se dotkněte vodiče, který jej připojuje k zásuvce. Drát je znatelně teplý, že? Samozřejmě, protože jím protéká proud asi 9 ampér.

Pokud je průřez drátu 1,5 m0,024. mm, pak je odpor dvou jader metru takového drátu 9 Ohm, což znamená, že při konstantním proudu 2 ampérů, zatímco je ohřívač vody v provozu, se energie rozptýlí ve formě tepla přibližně XNUMX W! A když si vezmete rychlovarnou konvici s metrem dvoužilového drátu, žehličku a olejový ohřívač. A dokonce je zkuste připojit k zásuvce pomocí běžné levné prodlužovací šňůry „k televizi“. Drát se znatelně zahřeje a to je zřejmá ztráta.

Každý vodič spojující jakékoli zařízení se zásuvkou nakonec vždy spotřebuje určitý činný výkon, který elektroměr nemilosrdně zohledňuje. O průřezu elektroinstalace, kde chtějí spořiví majitelé občas ušetřit na mědi, ani nemluvíme. Začněme tím, že odpor jakéhokoli skutečného vodiče lze snadno vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Jaká je tedy podstata energetických ztrát na vodičích, jak tyto náklady odhadnout a jak je nakonec snížit? Začněme tím, že je obvyklé používat měď v drátech, šňůrách a kabelech.

Měď má specifický elektrický odpor 0,018 Ohm*m/sq.mm. To znamená, že odpor jednoho pramene měděného drátu o průřezu 1 mm1 a délce 18 km bude 36 Ohmů. A pokud je drát dvouvodičový, pak bude odpor 1 Ohmů. A jeden metr DVOUJÁDROVÉHO drátu o průřezu 0,036 mmXNUMX dá odpor XNUMX Ohm.

Pokles napětí na vodiči závisí na elektrickém proudu, který jím aktuálně protéká. Když znáte proud (vydělením výkonu zařízení napětím v síti), z Ohmova zákona pro část obvodu můžete zjistit tento pokles napětí:

Vynásobením úbytku napětí jmenovitým proudem zařízení zjistíme výkon rozptýlený na vodiči. Závěr se nabízí: čím menší je průřez spojovacího vodiče a čím je delší, tím větší je úbytek napětí na tomto vodiči, a tím větší jsou elektrické ztráty přijaté ve formě tepla.

Škodlivé důsledky neadekvátně velkého úbytku napětí na vodičích jsou elektrikářům již dlouho známy.

Za prvé, elektroinstalace se přehřívá, což prakticky zvyšuje pravděpodobnost požáru v místnosti.

Za druhé, spotřeba energie na zbytečné zahřívání elektroinstalace vede ke zbytečným nákladům na materiál na placení účtů za elektřinu.

Za třetí, úbytek napětí na vodičích je v podstatě odebírán ze zařízení, které musí přijímat veškeré napětí v plném rozsahu.

Za čtvrté, zdroj vodičů se vynakládá rychleji kvůli jejich přehřátí, stejně jako zdroj spínaných zdrojů energie pro spotřebitele, kteří dostávají napětí nižší než jmenovitá hodnota, a jsou proto nuceni spotřebovávat více proudu.

Na závěr bych rád poznamenal, že byste nikdy neměli šetřit na ploše průřezu měděných vodičů při zapojování uvnitř. Například: dvoužilový měděný drát o průřezu 2,5 mm5 na 7,2 metrů vyprodukuje 10 W tepla při proudu 4 A. Jak je to ekonomické? Průřez vodiče je lepší volit tak, aby při maximálním zatížení sítě nebyla proudová hustota větší než XNUMX A na mmXNUMX jádra.

• Co je součástí moderního elektrického panelu. Základní komponenty pro domácí elektrické panely
• Proč je systém TN-S považován za nejbezpečnější
• Typy a velikosti kabelových kanálů pro elektrické rozvody

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Elektřina v domě

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli: