Kalkulator spadku napięcia obwodu trójfazowego

Przypomnijmy, że napięcie reprezentuje energię na jednostkę ładunku. Na przykład elektryczny ogrzewacz pomieszczeń może mieć rezystancję dziesięciu omów, a zasilające go przewody mogą mieć rezystancję 0,2 oma, czyli około 2% całkowitej rezystancji obwodu. To znaczy że około 2% dostarczanego napięcia jest tracone w samym przewodzie.

Krajowe i lokalne przepisy elektryczne mogą określać wytyczne dotyczące maksymalnego dopuszczalnego spadku napięcia także w okablowaniu elektrycznym, aby zapewnić sprawność dystrybucji i prawidłowe działanie sprzętu elektrycznego. Maksymalny dopuszczalny spadek napięcia różni się w zależności od kraju. W projektowaniu elektronicznym i przesyle mocy stosuje się różne techniki, aby skompensować wpływ spadku napięcia na długich obwodach lub tam, gdzie konieczne jest dokładne utrzymywanie poziomów napięcia. Najprostszym sposobem zmniejszenia spadku napięcia jest zwiększenie średnicy przewodnika między źródłem a obciążeniem, co obniża ogólną rezystancję. Bardziej wyrafinowane techniki wykorzystują elementy aktywne do kompensacji niepożądanego spadku napięcia.

W obwodach prądu przemiennego występuje opór wobec przepływu prądu z powodu rezystancji (podobnie jak w obwodach prądu stałego). Obwody prądu przemiennego stanowią również drugi rodzaj oporu dla przepływu prądu: reaktancję. Ta „całkowita” opozycja (opór „plus” reaktancja) nazywana jest impedancją. Impedancja w obwodzie prądu przemiennego zależy od odległości i wymiarów elementów i przewodów, częstotliwości prądu przemiennego oraz przenikalności magnetycznej elementów, przewodów i ich otoczenia. Spadek napięcia w obwodzie prądu przemiennego jest iloczynem prądu i impedancji (Z) obwodu. Impedancja elektryczna, podobnie jak rezystancja, jest wyrażana w omach. Impedancja elektryczna to suma wektorowa rezystancji elektrycznej, reaktancji pojemnościowej i reaktancji indukcyjnej. Wyraża się to wzorem E=IZ, analogicznym do prawa Ohma dla obwodów prądu stałego.

Większość obwodów w domu nie ma wystarczającego prądu lub długości, aby spowodować duży spadek napięcia. W przypadku bardzo długich obwodów, na przykład przy łączeniu domu z oddzielnym budynkiem na tej samej posesji, może być konieczne zwiększenie rozmiaru przewodów ponad minimalne wymagania dotyczące prądu znamionowego obwodu. Mocno obciążone obwody mogą również wymagać zwiększenia rozmiaru kabla, aby spełnić wymagania dotyczące spadku napięcia określone w przepisach dotyczących okablowania.

Przepisy dotyczące okablowania ustalają górną granicę dopuszczalnego spadku napięcia w obwodzie odgałęzionym. W Stanach Zjednoczonych National Electrical Code (NEC) zaleca nie więcej niż 5% spadku napięcia na gniazdku. Kanadyjski kodeks elektryczny wymaga nie więcej niż 5% spadku między wejściem serwisowym a punktem użytkowania. Przepisy brytyjskie ograniczają spadek napięcia do 4% napięcia zasilania.

W sytuacjach, gdy przewody obwodu rozciągają się na duże odległości, obliczany jest spadek napięcia. Jeśli spadek napięcia jest zbyt duży, przewód obwodu musi być zwiększona, aby utrzymać prąd między punktami. Obliczenia dla obwodu jednofazowego i obwodu trójfazowego nieznacznie się różnią.

Obliczanie spadku napięcia jednofazowego: VD = [ 2 x L x R x I ]/1 000

VD% = [ VD/napięcie źródłowe] x 100

Obliczanie spadku napięcia trójfazowego: VD = [( 2 x L x R x I)/1000] x 0,866

VD% = [ VD/napięcie źródłowe] x 100 Gdzie:

VD = Spadek napięcia (temperatura przewodu 75°C) w woltach

VD% = Procent spadku napięcia (VD ÷ napięcie źródła x 100). To właśnie ta wartość jest powszechnie nazywana „spadkiem napięcia”.

L = Jednokierunkowa długość podajnika obwodu (w stopach)

R = współczynnik rezystancji zgodnie z rozdziałem 9 NEC, tabela 8, w omach/kft

I = prąd obciążenia (w amperach)

Napięcie źródła = napięcie obwodu odgałęzionego u źródła zasilania. Zazwyczaj napięcie źródła wynosi 120, 208, 240, 277 lub 480 V.

Ponieważ nie ma idealnego przewodnika, a wszystkie materiały mają opór elektryczny, nie można całkowicie wyeliminować spadku napięcia. Istnieje jednak wiele sposobów na jego zminimalizowanie:

• Poprawa wydajności systemu

Zakładając, że obciążenie pozostaje takie samo, zwiększenie sprawności urządzeń elektrycznych zmniejsza zużycie energii. Ponieważ napięcie zasilania jest stałe, lepsza wydajność skutkuje mniejszym prądem i zmniejszonym spadkiem napięcia.

• Rozwiązywanie problemów

Niektóre problemy elektryczne powodują niepotrzebny wzrost prądu lub rezystancji, co prowadzi do większego spadku napięcia. Po rozwiązaniu tych problemów spadek napięcia powraca do normy.

• Korygowanie rozmiarów przewodów

Jeśli przewodniki w obwodzie nie zostały odpowiednio dobrane, mogą doświadczyć znacznego spadku napięcia. Przy doborze przewodów należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak prąd przy pełnym obciążeniu, temperatura otoczenia i liczba przewodów w bieżni.

• Scentralizowana dystrybucja energii elektrycznej

Jeśli główny wał elektryczny i tablice rozdzielcze znajdują się blisko środka budynku, okablowanie musi przebiegać przez mniejsze odległości, aby dotrzeć do różnych obciążeń. Ten typ układu minimalizuje spadek napięcia. Z drugiej strony, gdy szyb elektryczny i panele znajdują się na jednym końcu budynku, obwody muszą przecinać całą konstrukcję, aby dotrzeć do obciążeń po przeciwnej stronie.

• Zrównoważony rozkład obciążenia

Duże budynki komercyjne zazwyczaj wykorzystują obwody trójfazowe, które mają trzy przewody pod napięciem, jak sugeruje ich nazwa. Jeśli jedna faza jest zbyt mocno obciążona, doświadczy również większego prądu i zwiększonego spadku napięcia w porównaniu z innymi fazami.