Vliv délky a průřezu kabelu na ztráty napětí | Články CenterEnergoExpertiza
Ztráty elektřiny jsou nevyhnutelnými náklady na její 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:
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:
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.
Stále máte otázky?
Vyplňte níže uvedený formulář zpětné vazby, naši specialisté vás budou kontaktovat, konzultovat, sdělí vám možné způsoby řešení vašeho problému.
Pomocí této kalkulačky můžete vypočítat ztráty napětí (výkonu) a vybrat požadovaný průřez kabelu.
K tomu potřebujete znát provozní napětí, průtok proudu a délku kabelu. Níže je uveden příklad výpočtu.
* Celková délka plusových a mínusových kabelů
Měděný odpor ve vzorcích 0,0175 Ohm*mm 2 /m (při 20 C o)
Vyberme například průřez kabelu od solárních panelů po regulátor na příkladu solární elektrárny pro domácnost, sestávající z následujících komponent:
- Monokrystalická solární baterie Suoyang SY-200WM – 4 ks;
- Ovladač nabíjení ITracer IT6415ND – 1 ks;
- Měnič PI 2000W/12V (čistý sinus) – 1 ks;
- Gelová baterie 200Ah – 2 ks.
Takže napětí v bodě maximálního výkonu monokrystalické solární baterie Suoyang SY-200WM je 37,2Va proud má maximální výkon 5,38Аpřesně tyto hodnoty použijeme ve výpočtech. Nejprve se ale musíme rozhodnout, jak solární panely propojit dohromady.
Naše sada obsahuje 60A regulátor nabíjení Epsolar s funkcí vyhledávání maximálního výkonu (MPPT). Maximální vstupní napětí ze solárních panelů do tohoto regulátoru je 150Va výstupní napětí do baterie bude 12/24/36 nebo 48V, automaticky v závislosti na napětí baterie, kterou jsme připojili. V našem případě se jedná o dvě 12voltové gelové baterie Delta 12-200 zapojené paralelně.
Se čtyřmi solárními panely SY-200 a výše popsaným ovladačem solární panely můžeme připojit dvěma způsoby:
1. Paralelní připojení (všechny čtyři kusy jsou vzájemně rovnoběžné). Zároveň budeme mít stále napětí 37,2Va maximální proud ze solárních panelů bude 5,38A * 4 = 21,52А
2. Sériovo-paralelní připojení (dva po sobě jdoucí řetězy po dvou kusech). V tomto případě bude napětí 37,2V * 2=74,4Va proud je 5,38 * 2 = 10,76А.
Musíte to pochopit мощность ve dvou případech bude STEJNÝ. Rozdíl je pouze v proudu a napětí – v prvním případě máme více proudu, ale menší napětí a ve druhém – naopak. Pokud zapojíme všechny čtyři solární panely do série, napětí bude vyšší než maximální vstupní napětí regulátoru nabíjení, které je 150V, navíc musíte vzít v úvahu teplotní koeficient a napětí naprázdno, ale o to teď nejde.
Průřez kabelu se volí podle aktuálního, čím větší proud, tím větší průřez!
Zapojíme to do kalkulačky Data výpočtu ztráty napětí první způsob připojení (všechny čtyři kusy paralelně), vezmeme vzdálenost od solárních panelů k ovladači na 15 metrů (15 plus a 15 minus), celková délka kabelu bude 30 metrů, vezměme průřez kabelu rovný 6 mm²:
- Napětí: 37,2V
- Průřez kabelu: 6mm²
- Délka: 30m
- Maximální proud: 21,52A
Dostaňte se ztráty napětí a výkonu více než 5% (ztráta napětí: 1,88V, ztrátový výkon: 40,45W).
Pojďme nahradit druhý způsob připojení (Dva po sobě jdoucí řetězce po dvou):
- Napětí: 74,4V
- Průřez kabelu: 6mm²
- Délka: 30m
- Maximální proud: 10,76A
Díky zvýšenému napětí a nižšímu proudu získáme mnohem lepší výsledek: ztráty napětí a výkonu 1,26% (ztráta napětí: 0,94V, ztrátový výkon: 10,11W)
Závěry: Zřejmě díky příležitosti zvýšení napětí, Spojením solárních panelů v sérii a paralelně jsme byli schopni snížit proud a při použití kabelu stejné sekce snížit ztráty v tom 4krát!