Jaký je maximální přípustný úbytek napětí u nejvzdálenějšího spotřebiče?

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.

Ztráty elektřiny – nevyhnutelný poplatek za jeho přepravu po drátě bez ohledu na délku přenosového vedení. Existují také na nadzemních elektrických vedeních dlouhých stovky kilometrů a na úsecích elektrického vedení v délce několika desítek metrů v domácí elektrické síti. Vyskytují se především proto, že jakékoli dráty mají konečný odpor vůči elektrickému proudu. Ohmův zákon, se kterým se měl každý z nás možnost seznámit ve školních hodinách fyziky, říká, že napětí (U) souvisí s proudem (I) a odporem (R) následujícím výrazem:

U = I R,

Z ní vyplývá, že čím vyšší je odpor vodiče, tím větší je úbytek (ztráta) napětí na něm při konstantních hodnotách proudu. Toto napětí vede k ohřevu vodičů, což může vést k roztavení izolace, zkratu a požáru elektrického vedení.

Při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti lze ztrátám předejít snížením síly přenášeného proudu, toho se dosáhne opakovaným zvyšováním napětí na stovky kilovoltů. V případě sítí nízkého napětí s napětím 220 (380) V lze ztráty minimalizovat pouze volbou správného průřezu kabelu.

Proč klesá napětí a jak závisí na délce a průřezu vodičů

Pro začátek se podívejme na jednoduchý každodenní příklad soukromého sektoru ve městě nebo velké vesnici, v jejímž centru se nachází trafostanice. Obyvatelé domů nacházejících se v jeho těsné blízkosti si stěžují na neustálou výměnu rychle vyhořívajících žárovek, což je zcela přirozené, protože napětí v jejich síti dosahuje 250 V a výše. Zatímco na okraji obce může při maximální zátěži sítě klesnout až na 150 voltů. V tomto případě se nabízí jeden závěr: úbytek napětí závisí na délce vodičů představovaných lineárními dráty.

Upřesněme, na čem závisí hodnota odporu vodiče, na příkladu dnes preferovaných měděných drátů. Abychom to udělali, vraťme se ke školnímu kurzu fyziky, ze kterého víme, že odpor vodiče závisí na třech veličinách:

• odpor materiálu – ρ;
• délka segmentu vodiče – l;
• průřezová plocha (za předpokladu, že je stejná po celé délce) – S.

Všechny čtyři parametry jsou spojeny následujícím vztahem:

R = ρ l/S,

Je zřejmé, že odpor roste s rostoucí délkou vodiče a klesá s rostoucím průřezem vodiče.

U měděných vodičů je měrný odpor 0.0175 Ohm mm²/m, což znamená, že kilometr měděného drátu o průřezu 1 mm² bude mít odpor 17.5 Ohmů, v reálné situaci se může lišit např. čistota kovu (přítomnost nečistot ve slitině).

U hliníkových vodičů je hodnota odporu ještě vyšší, protože měrný odpor hliníkových vodičů je 0.028 Ohm mm²/m.

Nyní se vraťme k našemu příkladu. Vzdálenost od rozvodny k nejvzdálenějšímu domu nechť je 1 km a napájení 220 V k ní je položeno hliníkovým drátem třídy A s minimálním průřezem 10 mm². Vzdálenost, kterou potřebuje elektrický proud urazit, je součtem délky nulového a fázového vodiče, to znamená, že v našem příkladu je nutné použít koeficient 2, takže maximální délka bude 2000 m. Dosazením našich hodnot v posledním vzorci získáme hodnotu odporu rovnou 5.6 Ohmů.

Zda je to hodně nebo málo, je zřejmé z výše uvedeného Ohmova zákona, takže pro spotřebitele se jmenovitým proudem pouze 10 ampér bude v uvedeném příkladu úbytek napětí 56 V, který bude vynaložen na vytápění ulice. .

Samozřejmě, pokud není možné vzdálenost zmenšit, měli byste zvolit větší průřez vodičů, to platí i pro vnitřní rozvody, ale to vede ke zvýšení nákladů na kabely a drátěné výrobky. Optimálním řešením by bylo správně vypočítat průřezy vodičů s přihlédnutím k maximálnímu přípustnému zatížení