Потери мощности в кабеле от длины: Расчет потерь в кабеле

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Администрация2022-01-31T22:45:43+03:00

Статьи потери напряжения 0 Комментариев

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока.

Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт.

Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

R = ρ·l/S,

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

заказать консультацию

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Телефон

Сообщение

Прикрепить файл

Даю согласие на обработку данных

---

Расчет потери напряжения • EDS

Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.

В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.

Чем опасна потеря напряжения в электропроводке? Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.

В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.

Калькулятор в режиме онлайн позволяет правильно вычислить необходимые параметры, которые в дальнейшем сократят появление различного рода неприятностей. Для самостоятельного вычисления потери электрического напряжения вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.

Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).

U=RI

Сопротивление провода рассчитывается так:

R=рl/S, где

р – удельное сопротивление провода, Ом*мм2/м;

l – длина провода, м;

S – площадь поперечного сечения провода, мм2.

Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм2/м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм2/м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.

Небольшой пример расчета для медного провода:

Задача: подключить нагрузку в 3,3 кВм (I = 15А, U=220V) на расстоянии 50м медным кабелем сечением 2х1,5 мм2.

Не забываем, что ток “бежит” по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому “пробегаемое” им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).

Потеря напряжения в данной линии будет:

U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В

Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения (220V). Это довольно большая потеря напряжения, потому проводим аналогичный расчет для кабеля сечением 2,5 мм2 и получаем 4,7%. Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%, следовательно это сечение подходит оптимально.

Так что если источник питания находится на довольно большом расстоянии от приемника,обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии!

Длина кабеля и падение мощности

••• naramit/iStock/GettyImages

Обновлено 14 марта 2018 г. и ток по кабелю. Кабели большего диаметра имеют меньшее сопротивление и поэтому могут передавать большую мощность без больших потерь. Потери в меньших кабелях остаются низкими, если количество передаваемой мощности невелико или если кабель не очень длинный. Инженеры должны проектировать энергосистему таким образом, чтобы потери мощности в кабелях были приемлемыми для длины кабеля, необходимого для питания нагрузки.

Основы

Электрические кабели имеют сопротивление на фут, и чем длиннее кабель, тем больше сопротивление. Когда ток течет по кабелю, ток, протекающий через сопротивление, приводит к падению напряжения в соответствии с законом Ома, напряжение = ток x сопротивление. Мощность в ваттах это напряжение x ток. Заданный ток и сопротивление кабеля определяют применимое падение напряжения. Если оно составляет 10 вольт при токе 10 ампер, мощность, теряемая в кабеле, составляет 100 ватт.

Размер кабеля

Кабели большего диаметра имеют меньшее сопротивление на фут, чем кабели меньшего размера. Типичная бытовая проводка имеет калибр AWG 12 или 14 с сопротивлением 1,6 и 2,5 Ом на 1000 футов. Для типичного дома длина кабеля может достигать 50 футов. Соответствующие сопротивления для этих распространенных размеров кабеля составляют 0,08 и 0,13 Ом. Кабель большего размера имеет сопротивление на 36 процентов меньше, чем кабель меньшего размера, и теряет на 36 процентов меньше энергии. Для более длинных кабельных трасс, таких как наружные соединения, кабель калибра AWG 10 с сопротивлением 1 Ом на 1000 футов будет иметь падение мощности на 60 процентов меньше, чем кабель калибра 14.

Напряжение

В то время как сопротивление кабелей показывает, какой кабель потеряет наименьшую мощность, потери мощности в ваттах определяются падением напряжения. Для 100-футовых участков сопротивления кабелей калибров AWG 10, 12 и 14 составляют 0,1, 0,16 и 0,25 Ом. Бытовая цепь рассчитана на 15 ампер. Ток силой 15 ампер через 100 футов этих кабелей приведет к падению напряжения на 1,5, 2,4 и 3,75 вольта соответственно.

Мощность

Падение напряжения, умноженное на силу тока, дает мощность в ваттах. Три кабельных участка длиной 100 футов, несущие 15 ампер, будут иметь падение мощности 22,5, 36 и 56,25 Вт для кабелей калибра 10, 12 и 14 соответственно. Эта мощность нагревает кабель, а падение напряжения снижает доступное для нагрузки напряжение. Падение напряжения от 3,6 до 6 вольт дает приемлемое падение мощности для 120-вольтовой цепи. Кабель калибра AWG 14 является пограничным, что видно по потерям мощности, которые больше, чем у 40-ваттной лампочки.

Статьи по теме

Ссылки

• Министерство энергетики США: Принстонская лаборатория физики плазмы, проводной кабель типа MI с минеральной изоляцией в металлической оболочке из пиротенакса инженерное образование. Он писал для научных публикаций, таких как Информационный бюллетень HVDC и Журнал Energy and Automation. Он много писал в Интернете по связанным с наукой темам по математике, физике, химии и биологии и публиковался на таких сайтах, как Digital Landing и Reference. com. Он имеет степень бакалавра наук Университета Макгилла.

  Все, что вам нужно знать

  Дениз Хант

  •

  8 марта 2021

  Факты, проверенные на Хосе Джордж

  Коаксиальные кабели. система. Они передают сигналы из одной точки в другую, и в идеале они должны передавать одинаковое количество мощности из одной точки в другую. Однако это не так. В реальных ситуациях происходит потеря или затухание сигнала, что влияет на мощность сигнала. Эти потери являются важной характеристикой, которую следует учитывать при выборе коаксиального кабеля. Таким образом, изучение того, как использовать калькуляторы потерь в ВЧ-кабеле, может помочь вам уменьшить потери сигнала и выбрать ВЧ-кабель с низкими потерями. Однако перед всем этим необходимо понять, что такое потери в кабеле.

  Содержание

  • Что такое потери в кабеле?
    • Резистивные потери
    • Диэлектрические потери
    • Излучаемые потери
  • Как измерить потери в радиочастотном кабеле?
  • Калькулятор потерь в радиочастотном кабеле
    • Формула потерь в радиочастотном кабеле
    • Потери в радиочастотном кабеле excel
  • ВЧ-кабели с низкими потерями
    • ● Калькулятор потерь в радиочастотном кабеле – сплошной внутренний проводник
    • 902
    • ●30 Превосходный диэлектрический материал0032
    • ● Материалы оболочки для конкретных применений
  • Заключение
  Что такое потери в кабеле?

  Когда сигнал проходит по кабелю, часть его мощности теряется для него и других компонентов системы. Эти потери мощности называются потерями в кабеле. Сумма потерь в кабеле зависит от длины кабеля и частоты. Чем длиннее коаксиальный кабель, тем больше потери; однако с точки зрения частоты, чем выше частота, тем больше потери. Несмотря на это, реальный уровень потерь не зависит линейно от используемой частоты. Таким образом, вы можете определить потери в кабеле в децибелах на единицу длины на заданной частоте.

  Существует 3 основных способа возникновения этой потери мощности:

  Резистивные потери

  Резистивные потери возникают, когда сопротивление проводников и ток, протекающий по ним, приводит к выделению тепла. Поскольку скин-эффект уменьшает площадь, по которой может протекать ток в проводнике, эта потеря становится более заметной по мере увеличения частоты. Это означает, что резистивные потери увеличиваются пропорционально квадратному корню из частоты сигнала. Вы можете увеличить проводящую площадь кабеля, чтобы уменьшить резистивные потери; Вот почему вы должны использовать многожильные кабели. Это приводит к тому, что низкие коаксиальные кабели становятся больше по размеру.

  Диэлектрические потери

  Этот тип потерь мощности возникает из-за потери тепла внутри изолирующего диэлектрика токопроводящего кабеля. В отличие от резистивных потерь, эти потери энергии не зависят от размера коаксиального кабеля и линейно возрастают с частотой. Это означает, что у вас больше шансов столкнуться с резистивными потерями на низких частотах, тогда как диэлектрические потери преобладают на более высоких частотах.

  Потери из-за излучения

  Последний вид потерь мощности возникает из-за излучения. Когда энергия сигнала, проходящего через линию передачи, излучается за пределы кабеля, возникают потери на излучение. Утечка из коаксиального кабеля, по которому передается сигнал от мощного передатчика, может вызвать помехи в чувствительных приемниках. Плохо сконструированные коаксиальные кабели очень восприимчивы к такого рода потерям. Они могут даже привести к тому, что чувствительные приемники или приемный кабель улавливают помехи, когда он проходит через места с электрическим шумом. Потери из-за излучения намного меньше резистивных или диэлектрических потерь, и вы можете уменьшить их, используя коаксиальные кабели с двойным или тройным экраном, предназначенные для снижения уровня утечки сигнала.

  Потери мощности излучения ничтожно малы по сравнению с двумя другими, так что, как правило, это не вызывает беспокойства. При расчете и учете потерь в радиочастотном кабеле большинство людей сосредотачиваются на снижении ограничительных и диэлектрических потерь.

  Как измерить потери в радиочастотном кабеле?

  Портативный векторный/скалярный анализатор цепей измеряет потери в кабеле. Этот калькулятор потерь в радиочастотном кабеле использует измерение обратных потерь, доступное в анализаторе, для расчета потерь в кабеле. Обратные потери возникают, когда сигнал возвращается или отражается из-за разрыва в кабеле передачи. Этот разрыв может быть другим кабелем или разъемом. Вы можете думать об этом как о показателе соответствия кабелей. Чем выше обратные потери, тем меньше мощность, потерянная при вставке, которая возникает, когда вы добавляете устройство или кабель к линии передачи.

  Вы можете измерить потери в кабеле, поместив короткий конец кабеля в измеритель; как только сигнал отражается обратно, вы можете рассчитать потери мощности в кабеле. Большинство анализаторов кабелей и антенн имеют режим потерь в кабеле, который отображает средние потери в кабеле в определенном диапазоне частот. Коаксиальные кабели большего диаметра имеют меньшие вносимые потери и, следовательно, лучше справляются с мощностью сигнала, чем кабели меньшего диаметра.

  Калькулятор потерь в радиочастотном кабеле

  Существует два способа расчета потерь в радиочастотном кабеле. К ним относятся:

  Формула потерь в радиочастотном кабеле

  Это простая формула, которую можно использовать для расчета потерь в радиочастотном кабеле, если у вас нет анализатора кабельной антенны.

  Потери в кабеле (дБ на 100 футов) = k1 xF(МГц) + k2 x F(МГц) + CLF x F(ГГц)

  В качестве альтернативы можно использовать эту формулу.

  Потери в кабеле = K1 x sqrt(F) + K2 x F (дБ/100 футов)

  Где,

  K1 – постоянная сопротивления потерь.

  K2 — диэлектрическая проницаемость.

  F – частота в герцах (Гц)

  CLF — коэффициент потерь соединителя, равный 0,12 для прямых соединений; 0,21 для соединений «прямой угол-прямой угол» и 0,30 для соединений «прямой угол-прямой угол».

  Потери в кабеле состоят из резистивных потерь, диэлектрических потерь и потерь в соединителях. В уравнении K1 представляет резистивные потери и относится к квадратному корню из частоты; диэлектрические потери, обозначаемые как K2, относятся к частоте сигнала, а потери в соединителях относятся к используемым соединителям. Эта формула работает как для прямых, так и для угловых соединений.

  Потери в радиочастотном кабеле excel

  Чтобы получить значения k1 и k2, вы можете проверить эту электронную таблицу Excel, которая показывает наиболее подходящие значения k1 и k2 из табличных значений производителя.

  ВЧ-кабели с низкими потерями

  ВЧ-кабели с низкими потерями избавляют от необходимости использовать калькуляторы потерь в ВЧ-кабелях при выборе используемого кабеля. Хотя они не могут полностью устранить радиочастотные потери, они могут обеспечить более низкое затухание при использовании вместо аналогичных радиочастотных кабелей в различных приложениях. Эти кабели могут обеспечивать более низкое затухание благодаря нескольким ключевым факторам в их конструкции. К ним относятся:

  ●

  Калькулятор потерь в радиочастотном кабеле — сплошной внутренний проводник

  Проводник передает сигнал, и для уменьшения резистивных потерь можно использовать многожильные проводники. Однако несколько факторов могут уменьшить потери во внутреннем проводнике. Основным фактором потерь в кабеле являются потери из-за близости, которые представляют собой тенденцию электромагнитной энергии в проводнике собираться вдали от проводников, по которым течет ток в том же направлении.

  Несмотря на то, что использование многожильных проводников уменьшает эту многожильную версию скин-эффекта, это не компенсирует потери из-за близости. Отсутствие равномерного распределения тока увеличивает сопротивление в проводнике, что увеличивает потери при передаче. Твердый внутренний сердечник проводника обеспечивает равномерный поток тока.

  ●

  Превосходный диэлектрический материал

  Основная функция диэлектрического материала состоит в том, чтобы отделить внутреннюю проводящую жилу от внешней, сохраняя при этом одинаковый размер поперечного сечения поперек кабеля. Сигнал, проходящий через диэлектрик, медленнее, чем в свободном пространстве или даже в проводнике; таким образом, наличие кабеля с низкой диэлектрической проницаемостью помогает минимизировать задержку. Простой способ уменьшить диэлектрическую проницаемость — ввести воздух в диэлектрик. Это можно сделать несколькими способами, например, спирально обернув диэлектрический материал вокруг внутреннего проводника, используя прокладки или вспенив диэлектрический материал. Введение воздуха в диэлектрический материал снижает потери в кабеле за счет уменьшения тангенциальных потерь и создания большего центра проводника.

  ●

  Дополнительное экранирование

  На высоких частотах возможны потери в кабеле, особенно при отсутствии надлежащего экранирования. Внешний проводящий слой действует как обратный путь для внутреннего проводящего сердечника, по которому течет ток в противоположном направлении. Это создает электромагнитный экран, потому что он переносит сигналы, равные и противоположные сигналам во внутреннем проводнике. Скин-эффект также играет важную роль в экранировании, особенно в кабелях с оплеткой на низких частотах.

  ●

  Материалы оболочки для конкретного применения

  Адаптируя материал оболочки к условиям окружающей среды, вы планируете использовать кабель внутри; вы можете уменьшить их влияние на потери в кабеле. Эти кабели с малыми потерями устойчивы к влаге, вибрации, ультрафиолетовому излучению, влаге, а иногда даже устойчивы к химическим веществам и маслам.