Новогодние праздники – это не только фейерверки и салаты, но ещё и несколько свободных дней. Вот я и решил разобрать завалы в гараже, а заодно и опробовать новый электрообогреватель. Однако сразу после включения стало заметно, что лампы накаливания (для моего гаража – самое то) на потолке вдруг стали светить вполнакала.
Виновник проблемы известен, и можно сказать, что это типичный скрытый дефект электропроводки — чрезмерное падение напряжения. Насколько же эта проблема опасна?
Объяснение «на пальцах»: шланг вместо формул
Скажу честно, по математике в школе всегда был трояк, но я упрямый, поэтому решил сам разобраться с этим «явлением», а заодно и рассказать другим. Вот мне проще представить этот процесс не в виде формул, а скажем как, садовый шланг и бочку с водой. Если шланг длинный, а бочка стоит на земле, то на выходе струя будет слабой. То же самое происходит с электрическим током в проводах.
В учебниках можно прочитать, что падение напряжения — это уменьшение напряжения между началом и концом электрической линии из-за сопротивления самих проводов. Короче, чем длиннее и тоньше провод, тем больше и потери.
И тем меньший ток сможет пройти по этому проводу.
Потеря напряжения (Вольт) = Сила тока (Ампер) * Сопротивление проводов (Ом).
Немного формул для ясности
Всё же без формул совсем обойтись не получится. Физика – это точная наука! В основе всех расчётов лежит закон Ома для участка цепи:
U=I*R
В этой формуле напряжение в вольтах обозначено буквой U, сила тока в амперах – I, а сопротивление в омах – R.
Для цепей постоянного тока и однофазного переменного тока падение напряжения (ΔU) можно вычислить по формуле:
ΔU=(2*I*L*ρ) /S
Попробуем разобраться с этой формулой. Итак, I – это уже известная сила тока (А), L– длина проводника (м), ρ – удельное сопротивление материала проводника (Ом·мм²/м), а S – площадь поперечного сечения провода (мм²). Ещё осталось разобраться с коэффициентом «2». Никакой тайны здесь нет, ведь нужно учесть, что для передачи тока нужно два провода.
Нужно отметить также, что примерное удельное сопротивление материала проводника известно:
- для меди: 0,0175 Ом·мм²/м;
- для алюминия: 0,028 Ом·мм²/м.
Падение напряжение для трёхфазной сети рассчитывается по похожей формуле:
ΔU=(1,73*I*L*ρ)/S
Почти все составляющие уже известны, за исключением коэффициента «1,73» или (√3), который используется в трёхфазных электрических системах для вычисления линейных напряжений и токов относительно фазных величин. Также нужно принимать во внимание, что L – это длина только одного фазного проводника.
Согласно нормам падение напряжения не должно превышать:
- для осветительных сетей — не более 3%;
- для силовых сетей и смешанных сетей (освещение + розетки) — не более 5%.
Практический расчёт: проверяем свой кабель
Вооружившись знаниями, попробуем рассчитать падение напряжения для медного кабеля сечением 2,5 мм², длиной 30 метров, при токе нагрузки 16 А (например, мощный обогреватель).
1) Сопротивление одного провода: R = (ρ * L) / S = (0,0175 * 30) / 2,5 = 0,21 Ом.
2) Сопротивление двух проводников: Rобщ = 2 * R = 0,42 Ом.
3) Падение напряжения: ΔU = I * Rобщ = 16 А * 0,42 Ом = 6,72 В.
4) Падение в процентах: ΔU% = (6,72 В / 230 В) * 100% ≈ 2,9%.
В нашем примере 2,9% < 3%, значит, для освещения кабель подходит, но уже на пределе, а для розеточной группы — норма.
Заметьте: удельное сопротивление взято из справочника. В жизни оно может быть другим - как правило, больше, поскольку реальная медь всегда грязнее, чем теоретическая.
Для тех, кто ещё сомневается в важности расчётов падения напряжения, приведу несколько примеров из жизни.
Пример 1. Далёкий гараж
Гараж у друга расположен в 50 метрах от дома и подключён, как ни странно, к дому. Проводку делали давно и «экономно» — алюминиевым проводом 2,5 мм² для освещения. Всё бы хорошо, но в гараж поставили сварочный аппарат, который потребляет 25 А при работе.
Что произошло? В момент сварки напряжение в гараже вместо 230 В просело до 190-200 В. При этом на величину общего сопротивления влияло несколько скруток, которые были как в распредкоробках, так и на самом проводе.
Разумеется, что сварочник стал работать нестабильно, а лампочки в доме мигали. Но хуже всего — из-за перегрузки, провод начал ощутимо греться. Это уже весьма пожароопасная ситуация!
Решение было принято самое простое: пока ничего плохого не случилось, пришлось заменить кабель на медный, сечением 10 мм².
Пример 2. Сто метров до газонокосилки
Ещё один мой друг, чтобы скосить траву в дальнем углу участка, подключил мощный электрический триммер через 100-метровый удлинитель (вот не знаю, где он такой достал, да ещё сечением 1,5 мм²).
Итог – электродвигатель триммера не может выйти на полную мощность, перегревается и останавливается при малейшей нагрузке. Можно, конечно, ругать производителя техники, но виноват тонкий провод удлинителя, который «пожирает» львиную долю напряжения. Понятно, что сам провод при этом греется весьма зело.
Пришлось другу раскошелиться и заменить провод на специальный удлинитель, конечно покороче, для садовой техники с толстыми жилами. Однако я посоветовал другу вариант ещё лучше – заменить электрический триммер на косилку с двигателем внутреннего сгорания.
Пример 3. Низковольтная катастрофа
Кстати, с этим другом связана и ещё одна история. Как-то раз он решил установить 20 светодиодных прожекторов по 10 Вт каждый вдоль забора. Общая мощность 200 Вт — мизер! Поэтому было решено подключить их тонким проводом 0,75 мм², протянутым на 80 метров. Мол, он давно лежал и ждал своего часа.
Что произошло? После замеров оказалось, что на первом прожекторе было 12 В, как и требуется для низковольтных систем, а вот на последнем — уже меньше 8 В. В итоге свет стал неравномерным, а самый дальний светильник вообще не включился. Разумеется, что в таком случае драйверы будут работать на износ, а это неизбежно приведёт к быстрому выходу из строя большинства светильников. Желание сэкономить привело к дополнительным расходам!
Для низковольтных систем критически важен правильный расчёт сечения. Часто для таких целей требуется большое сечение 4–6 мм², что многих шокирует. Есть альтернатива — подводить 230 В к нескольким точкам и ставить локальные блоки питания.
Четыре главные опасности низкого напряжения
Во-первых, снижается ресурс электродвигателей. Асинхронные двигатели (в насосах, компрессорах, вентиляторах) при пониженном напряжении перегреваются и быстро сгорают.
Во-вторых, повышается опасность возникновения пожара. Провод, подобранный без учёта потерь, работает с перегрузкой, греется и может воспламенить окружающие материалы.
В-третьих, падение напряжения приводит к пустой трате денег. Вы платите за электроэнергию по счётчику, но часть её безвозвратно превращается в тепло на проводах и скрутках.
Наконец, в-четвёртых, это невозможность использовать технику как надо. Сварочник, циркулярная пила, бетономешалка просто не будут работать на полную мощность.
Как бороться? Практические советы
Запомните золотое правило: для протяжённых линий (более 30 метров) всегда закладывайте большее сечение кабеля, чем требуется для тока нагрузки по таблицам.
Также выбирайте медь вместо алюминия. У медного провода сопротивление почти в 1,7 раза меньше. Для новой проводки — только медь.
Помните, что алюминий сечением менее 16 мм2 запрещён к применению в жилых зданиях!
Это не относится к кабелям из "дерипаскиных" сплавов.
Считайте! Если результат больше 5–7 В (для сети 230 В) — пересматривайте сечение. Если не получается – разделяйте линии. Не ведите всё на одну тонкую жилу. Лучше две отдельных линии: одна на розетки в гараже, другая — только на освещение.
Вывод
Надеюсь, что донёс смысл мысли. Расчёт падения напряжения — это не заумная инженерия, а жизненно важная задача для каждого владельца недвижимости, кто заботится о надёжности и безопасности своей электрики. Простые расчёты позволят избежать неприятных последствий и продлить срок службы вашего оборудования.
Однако, пониженное напряжение может быть вызвано различными причинами, поэтому часто нужно разбираться на месте.
Дополнительно рекомендую для защиты кабеля выбирать правильный номинал автоматом, а для защиты техники - устанавливать реле напряжения.
График в тему:
из статьи
Читайте ещё:
-----------------------------------
Благодарю за внимание!
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и делитесь опытом в комментариях!
Заходите в гости во ВКонтакте и Телеграм. Там тоже интересно)
Внимание! Автор делится своим мнением и не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!