Jak délka a průřez kabelu ovlivňuje napětí: výpočet ztrát

Bezpečnost a kvalita provozu elektrických zařízení instalovaných ve velké vzdálenosti od zdroje energie do značné míry závisí na správném výběru vodičů. Chyby v návrhu a instalaci elektrického vedení mohou vést k výskytu nízkého napětí v zařízení – častou příčinou selhání zařízení a požáru. V našem článku se budeme zabývat tím, jak délka a průřez vodiče ovlivňují síťové napětí a jak jej správně vybrat, aby se předešlo nepříjemným následkům.

Z čeho se kabel skládá a jaké parametry slouží k jeho výběru?

Elektrický silový vodič je jeden vodič, který se může skládat z jednoho nebo více vodičů. Vyrábí se především z mědi. Tento materiál má ve srovnání s hliníkem menší odolnost a tím i zahřívání a také odolnost proti opakovanému ohýbání. Drát má izolační materiál, který chrání uživatele před úrazem elektrickým proudem a samotný produkt před poškozením. V jednom kabelu může být několik vodičů. Jakékoli elektrické vedení vyžaduje kvalitní kabel s určitou délkou, průřezem žil a počtem vodičů. Podívejme se na tyto parametry podrobněji.

• od 2,5 do 10 mm 2 pro silné zatížení od 3,5 kW (pračka, elektrické kotle, vodní čerpadla, elektrické nářadí);
• 1,5 mm 2 pro zátěže s nízkým výkonem do 3,5 kW (osvětlení, výpočetní technika, audio a video zařízení).

Lze vypočítat změřením délky každého segmentu, kde bude položen. V prostorách pro výpočet je vyznačeno umístění zásuvek, výkonných zařízení, senzorů, osvětlovacích zařízení a jejich spínačů, na ulici – vzdálenost položení kabelu k objektu na všech površích. Segmenty se sečtou a ke konečné hodnotě se přičte marže 10-15 % z celkové délky.

Koncepce ztráty napětí ve vodičích

Ztráta napětí je rozdíl napětí v počátečním (zdroj energie) a koncovém (spotřebitelském) bodě elektrického vedení. Proud procházející drátem zvyšuje odpor vodiče, díky čemuž napětí postupně klesá. Čím vyšší je proud a čím delší je vodič, tím větší bude pokles.

Tato situace nevyhnutelně nastává při přepravě elektřiny po drátech a na vedení vysokého napětí a v domácích elektrických sítích.

Jde to takhle. Když je drát dostatečně dlouhý, proud narazí na velký odpor. Z tohoto důvodu se napětí postupně sníží a vodič se přehřeje, zejména pokud jsou na druhém konci instalovány výkonné spotřebiče. Tato situace ovlivní nejen provoz zařízení, ale může také způsobit roztavení izolace kabelu, což způsobí zkrat.

Problém velkých ztrát elektřiny lze často nalézt v SNT. Když v domech umístěných vedle trafostanice je v síti vždy 250 V a ve vzdálených oblastech s velkým zatížením se v zásuvkách často neobjevuje více než 200 V V tomto případě existuje přímá závislost napětí na délka vodičů. Dlouhá vedení mají vysoké ztráty ve srovnání s krátkými úseky se stejným průřezem vodičů.

Při pokládce kabelů v zařízení s velkým prostorem (soukromý dům, obchod nebo kancelář) je vždy důležité počítat s možnými ztrátami napětí na základě délky vodiče. I když nemusí být významné, pro provoz některých elektrických spotřebičů to bude nepřijatelné. Zejména pokud je k síti připojena elektricky citlivá zátěž (kotel na těkavý plyn, oběhová čerpadla atd.). Nejpřijatelnější ukazatel ztrát v drátech je považován za ne více než 5%.

Schopnost kabelu odolat maximálnímu zatížení závisí také na velikosti průřezu vodiče. Pokud je kabeláž dlouhá, můžete použít kabel s tlustými jádry, to znamená s rezervou, aby se zabránilo přehřátí a výrazné ztrátě napětí. Všechny požadavky a normy pro výběr průřezu vodičů jsou uvedeny v PUE, lze je také nalézt v otevřených zdrojích ve formě tabulek. Jak vybrat kabel pro elektrické rozvody ve vaší domácnosti se dozvíte v našem článku.

Vliv ztrát napětí na účinnost elektrického zařízení

Pokles napětí v elektrické síti může negativně ovlivnit provoz elektrického zařízení:

• zhoršení spouštění zařízení, která obsahují elektromotory (pračky, elektrické nářadí, chladničky a čerpadla) a zvýšení jejich startovacího proudu;
• přehřátí izolace kabelu;
• snížení jasu lamp a jejich blikání;
• snížení životnosti zařízení, která vyžadují napětí alespoň 220 V;
• poruchy elektricky citlivých zařízení (elektronika plynového kotle);
• dlouhodobé vytápění kotle a dalších topných zařízení.

Výpočet ztrát napětí v závislosti na délce a průřezu kabelu

Je důležité si uvědomit, že výpočet ztrát s přihlédnutím k průřezu a délce kabelu má vážný význam pouze při jeho pokládání na velké vzdálenosti (cca 45 m) a přítomnosti elektrocitlivých zařízení v koncovém bodě, pro které i malý pokles napětí je kritický.

Pokud je vyžadován dlouhý kabel, lze charakteristiky vypočítat pomocí online kalkulaček na internetu nebo pomocí několika vzorců. Pojďme se na ně podívat blíže.

1) Nejprve musíte určit odpor vodiče na základě celkové délky kabelu:

R = (P x L) / S, kde:

• P – odpor vodiče – pro měděné dráty – 0,0175 (Ohm*mm 2 /m)
• L – délka drátu (m)
• S – průřez (mm 2)
• R – odpor jádra zohledňující délku vodiče (Ohm)

2) Poté vypočítejte maximální proudové zatížení, které projde drátem:

• U_nom – jmenovité napětí v referenčním bodě (V)
• P – příkon zátěže (W)
• cosφ – účiník (0,85)
• I – proudové zatížení (A)

3) Poté vypočítejte ztrátu napětí, která bude v koncovém bodě vodiče:

• R – odpor jádra zohledňující délku drátu
• I – proudové zatížení (A)
• U_pot – ztráta napětí

4) Můžete také vypočítat ztrátu v procentech:

Příklady výpočtů ztrát napětí

Podívejme se na tento příklad. Vzdálenost od domu k technické místnosti s garáží je 40 m Jmenovité napětí v domě je 230 V. Maximální příkon zátěže na vzdáleném konci okruhu je 3,5 kW. Ke koncovému bodu je plánováno položení kabelu s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm 2 . S ohledem na to bude výpočet následující:

1. R = (0,0175 x 40) / 2,5 → R = 0,28 Ohm
2. I = 3500 / 230 x 0,85 → I = 17,9 A
3. U_pot = 17,9 x 0,28 → U_pot = 5 V (230 – 5 = 225 V)
4. Ztráty v % = (5 / 230) x 100 % → 2,1 %

Tímto způsobem bude ztráta napětí na druhém konci obvodu minimální. Při volbě menšího průřezu, větší délky vodiče nebo výkonnější zátěže se však může procento ztrát výrazně zvýšit a vyžadovat změny v systému napájení.

Opatření ke snížení ztráty napětí

Pokud výpočet ukazuje významné ztráty, lze použít následující možnosti:

• Vybírejte kabelové výrobky s velkým průřezem vodičů. U domácích elektrických spotřebičů obecně nebudete potřebovat více než 10 mm 2.
• Zvažte optimálnější trasu pokládky, abyste zkrátili její délku.
• Snižte spotřebu energie v koncovém bodě vodiče. Některé elektrické spotřebiče můžete například přesunout na jiné místo, blíže ke zdroji energie.
• Před dlouhý kabel umístěte stabilizátor napětí s možností nastavení zvýšené hodnoty napětí na výstupu. To vám umožní přijímat na vzdálenějším konci kabelu potřebných 220 nebo 230 V Například výrobce Shtil má ve své modelové řadě invertorové stabilizátory napětí s možností nastavení výstupního signálu na 240 V.

Invertorové stabilizátory napětí, u kterých můžete měnit výstupní napětí až do 240 V

Nastavení výstupního napětí v třífázovém stabilizátoru značky Shtil

Určitě je lepší předem provést všechny potřebné výpočty pro výběr vodičů pro stanovení optimálního průřezu vodičů s proudem. Výrazně tak snížíte náklady na instalaci elektroinstalace a vyhnete se chybám.

Recenze třífázových stabilizátorů IS3315RT (15 kVA / 13,5 kW) a IS3320RT (20 kVA / 16 kW) “Calm”