Φανταστείτε έναν σωλήνα νερού. Όταν ρέει νερό, η τριβή προκαλεί διαφορά πίεσης κατά μήκος του σωλήνα. Όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα σε ένα πραγματικό καλώδιο, η ηλεκτρική του σύνθετη αντίσταση προκαλεί διαφορά τάσης μεταξύ των δύο άκρων.
Ο οδηγός εξηγεί τη βασική αρχή της πτώσης τάσης, τον τρόπο εκτίμησής της και τους επιπλέον ελέγχους που χρειάζονται πριν επιλέξετε καλώδιο.
Τι είναι η πτώση τάσης;
Η τάση στην αρχή ενός καλωδίου ονομάζεται τάση στην αρχή της γραμμής. Η τάση στη συσκευή, στον κινητήρα ή στον πίνακα διανομής ονομάζεται τάση στο άκρο της γραμμής. Συνήθως, όταν ρέει ρεύμα, η τάση στο άκρο της γραμμής είναι ελαφρώς χαμηλότερη.
Συνήθως εκφράζουμε την πτώση τάσης σε volt (V) και ως ποσοστό (%) της ονομαστικής τάσης τροφοδότησης. Το εργαλείο εκτιμά τη διαφορά μέτρου της τάσης (συνιστώσα σε φάση με την τάση της πηγής) για μία γραμμή τροφοδότησης, υπό τις δηλωμένες παραδοχές.
Γιατί έχει σημασία η πτώση τάσης;
Κάθε πραγματικός αγωγός έχει σύνθετη αντίσταση. Αν η τάση που φθάνει στο φορτίο είναι πολύ χαμηλή, ο εξοπλισμός μπορεί να δυσλειτουργεί, οι κινητήρες να αναπτύσσουν μικρότερη ροπή εκκίνησης και η απόδοση του εξοπλισμού να υποβαθμίζεται. Η υπερβολική αντίσταση του αγωγού προκαλεί επίσης θερμικές απώλειες (απώλειες Joule), αλλά η πτώση τάσης και η θέρμανση του καλωδίου είναι ξεχωριστοί έλεγχοι σχεδιασμού.
Ποιότητα τροφοδότησης
Στο φορτίοΗ τάση τροφοδότησης πρέπει να βρίσκεται μέσα στα επιτρεπόμενα όρια λειτουργίας του εξοπλισμού.
Ρεύμα φορτίου
Μεγαλύτερο ρεύμα, μεγαλύτερη πτώσηΌσο αυξάνεται το ρεύμα φορτίου, τόσο αυξάνεται συνήθως και η πτώση τάσης στο καλώδιο.
Διαδρομή καλωδίου
Μεγαλύτερο μήκος, μεγαλύτερη πτώση τάσηςΟ ίδιος αγωγός έχει μεγαλύτερη συνολική σύνθετη αντίσταση σε μεγαλύτερο μήκος.
Η πτώση τάσης είναι μόνο ένας από τους ελέγχους επιλογής καλωδίου. Πρέπει επίσης να επαληθεύονται το επιτρεπόμενο ρεύμα, η θερμική αντοχή σε βραχυκύκλωμα και η κατάλληλη προστασία του κυκλώματος.
Γιατί διαφέρουν το τριφασικό, το μονοφασικό και το DC;
Το εργαλείο καλύπτει τριφασικά, μονοφασικά και κυκλώματα συνεχούς ρεύματος (DC). Σε κάθε περίπτωση αλλάζουν η τάση αναφοράς και ο συντελεστής που λαμβάνει υπόψη τη διαδρομή του ρεύματος.
Συμμετρικό τριφασικό AC
Χρησιμοποιήστε τάση μεταξύ φάσεων (L-L), συνήθως 400 V σε ευρωπαϊκό σύστημα 230/400 V. Για συμμετρικό φορτίο, η προσέγγιση της πτώσης τάσης μεταξύ φάσεων περιλαμβάνει πολλαπλασιαστή √3.
Μονοφασικό AC, δύο αγωγοί
Για ένα τυπικό κύκλωμα φάσης-ουδετέρου χρησιμοποιήστε τάση φάσης-ουδετέρου (L-N), συνήθως 230 V. Το ρεύμα πηγαίνει προς το φορτίο και επιστρέφει μέσω του ουδετέρου, επομένως χρησιμοποιούμε συντελεστή 2 όταν οι αγωγοί έχουν ίση σύνθετη αντίσταση.
DC, δύο αγωγοί
Στον απλοποιημένο υπολογισμό DC δεν υπάρχει γωνία φάσης ούτε όρος επαγωγικής αντίδρασης. Στη συνολική αντίσταση συμμετέχουν και ο αγωγός προσαγωγής και ο αγωγός επιστροφής.
Ρεύμα και μήκος — το εύκολο μέρος
I είναι το ρεύμα φορτίου, μετρούμενο σε ampere (A). L είναι το μονόδρομο μήκος της διαδρομής από την τροφοδότηση έως το φορτίο. Στις εξισώσεις μας η αντίσταση και η αντίδραση δίνονται σε Ω/km, επομένως μετατρέπουμε τα μέτρα σε χιλιόμετρα.
Για παράδειγμα, μια γραμμή καλωδίου 50 m σημαίνει L = 0,05 km. Μην διπλασιάζετε αυτή την είσοδο: οι εξισώσεις μονοφασικού AC και DC λαμβάνουν ήδη υπόψη τον αγωγό επιστροφής.
Τι είναι η αντίσταση και γιατί έχει σημασία η θερμοκρασία;
Η αντίσταση R περιγράφει πόσο έντονα ένας αγωγός αντιστέκεται στη ροή του ρεύματος. Ο χαλκός έχει συνήθως χαμηλότερη ειδική ηλεκτρική αντίσταση από το αλουμίνιο για την ίδια διατομή. Ένας μεγαλύτερος αγωγός προσφέρει μεγαλύτερη διατομή στη ροή του ρεύματος, μειώνοντας την αντίσταση.
Εδώ A είναι η διατομή του αγωγού σε mm², ρ₂₀ η ειδική αντίσταση αναφοράς σε Ω·mm²/m και το 1000 μετατρέπει τα Ω/m σε Ω/km. Τα πραγματικά καλώδια κατασκευάζονται σύμφωνα με πρότυπο: το IEC 60228 καθορίζει τη μέγιστη αντίσταση DC για κάθε διατομή, η οποία είναι συνήθως 5–7% υψηλότερη από την ιδανική τιμή καθαρού μετάλλου που δίνεται παραπάνω. Γι’ αυτό το εργαλείο προσφέρει επιλογή πηγής αντίστασης: την προεπιλεγμένη εκτίμηση καθαρού μετάλλου, τη μέγιστη τιμή IEC 60228 (συντηρητική, για διατομές που περιλαμβάνονται στα ενσωματωμένα δεδομένα) ή τιμή κατασκευαστή. Αν μια διατομή δεν περιλαμβάνεται στους πίνακες, το εργαλείο ενημερώνει ότι χρησιμοποιήθηκε η εκτίμηση βάσει ειδικής αντίστασης.
Η αντίσταση των αγωγών αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Για μια πρώτη εκτίμηση χρησιμοποιείται συχνά η ακόλουθη γραμμική σχέση:
Πώς επηρεάζουν τον υπολογισμό οι παράλληλοι αγωγοί;
Σε γραμμές με υψηλό ρεύμα φορτίου χρησιμοποιούνται συχνά περισσότεροι από ένας αγωγοί ανά φάση. Για παράδειγμα, 3 × 240 mm² χαλκού ανά φάση σημαίνει ότι τρεις αγωγοί 240 mm² μοιράζονται τη φάση L1, τρεις τη L2 και τρεις τη L3. Μην εισαγάγετε 720 mm² ως έναν αγωγό: επιλέξτε 240 mm² και 3 παράλληλες διαδρομές.
Εισαγάγετε το συνολικό ρεύμα γραμμής. Αν οι ίδιες παράλληλες διαδρομές έχουν ίση σύνθετη αντίσταση, καθεμία μεταφέρει το συνολικό ρεύμα διαιρεμένο με τον αριθμό των διαδρομών.
Παράδειγμα: 900 A σε τρεις παράλληλες διαδρομές
Αν υποθέσουμε ιδανική ισοκατανομή ρεύματος, η ισοδύναμη αντίσταση τριών ίδιων παράλληλων διαδρομών είναι το ένα τρίτο της αντίστασης μίας διαδρομής. Στο απλοποιημένο μοντέλο διαιρούμε αντίστοιχα και την αντίδραση X διά τρία.
Το εργαλείο χρησιμοποιεί ισοδύναμα R και X με το συνολικό ρεύμα, κάτι που είναι μαθηματικά ισοδύναμο με τη χρήση της σύνθετης αντίστασης κάθε διαδρομής και του αντίστοιχου μεριδίου ρεύματος, όταν οι διαδρομές είναι ίδιες.
Για περαιτέρω ανάγνωση, δείτε τον οδηγό της Schneider Electric για παράλληλους αγωγούς ↗.
Τι είναι η αντίδραση καλωδίου και πού υπεισέρχεται το cos φ;
Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, ένα καλώδιο έχει επίσης επαγωγική αντίδραση X, η οποία σχετίζεται με τα μαγνητικά πεδία γύρω από τους αγωγούς. Η τιμή της εξαρτάται από τη γεωμετρία, τις αποστάσεις και τη συχνότητα του συστήματος. Μια συνηθισμένη ενδεικτική εκτίμηση ΧΤ είναι 0,08 Ω/km, αλλά δεν είναι ακριβής για κάθε καλώδιο.
Το ρεύμα φορτίου μπορεί να υστερεί ή να προηγείται της τάσης. Αυτή είναι η γωνία φάσης φ, η οποία σχετίζεται στενά με τον συντελεστή ισχύος cos φ. Τόσο η R όσο και η X συνεισφέρουν στην προβολή της πτώσης τάσης, αλλά σε διαφορετικό βαθμό.
Χρησιμοποιήστε + για επαγωγικό φορτίο με υστερούν ρεύμα και − για χωρητικό φορτίο με ρεύμα που προηγείται σε αυτή την προσεγγιστική σχέση. Αν το ρεύμα του φορτίου προηγείται αρκετά, μπορεί να προκύψει αρνητική υπολογισμένη πτώση (ανύψωση τάσης). Αυτό απαιτεί λεπτομερέστερη επαλήθευση και όχι αυτόματη έγκριση σχεδιασμού.
Οι εξισώσεις πτώσης τάσης
Για μία ομοιόμορφη γραμμή AC, υπολογίστε τη συνεισφορά σύνθετης αντίστασης του αγωγού, πολλαπλασιάστε με το ρεύμα φορτίου και το μονόδρομο μήκος και στη συνέχεια εφαρμόστε τον πολλαπλασιαστή του κυκλώματος.
Από volt σε ποσοστό
Για τριφασικό σύστημα χρησιμοποιήστε την ονομαστική τάση τροφοδότησης L-L· για το τυπικό μονοφασικό κύκλωμα την τάση L-N· για DC την τάση τροφοδότησης DC.
Ας υπολογίσουμε μια γραμμή 400 V
32 A σε μήκος 50 m, χαλκός 10 mm²
Θεωρήστε 400 V L-L, θερμοκρασία αγωγού 70 °C, cos φ = 0,90 (επαγωγικό φορτίο με υστέρηση) και X = 0,08 Ω/km.
Τα αποτελέσματα υπολογίζονται με τιμές εισόδου πλήρους ακρίβειας. Οι ενδιάμεσες εμφανιζόμενες τιμές είναι στρογγυλοποιημένες.
Αλλάξτε αυτές τις τιμές στο εργαλείο →Πόση πτώση τάσης είναι αποδεκτή;
Πόσο μακρύ μπορεί να είναι αυτό το καλώδιο;
Η πτώση τάσης αυξάνεται ανάλογα με το μήκος, επομένως το εργαλείο μπορεί επίσης να υπολογίσει το μέγιστο μονόδρομο μήκος στο οποίο αυτό το καλώδιο φθάνει ακριβώς το όριο πτώσης τάσης. Αναδιατάσσει την ίδια εξίσωση, όπου ο συντελεστής k είναι √3 για τριφασικό και 2 για μονοφασικό ή DC:
Για το παραπάνω παράδειγμα (32 A, 50 m, χαλκός 10 mm², όριο 5%), το μέγιστο μήκος είναι περίπου 191 m. Αυτή η τιμή απαντά μόνο σε ένα ερώτημα: πόσο μακριά μπορεί να φθάσει το καλώδιο πριν ξεπεραστεί μόνο το όριο πτώσης τάσης. Το καλώδιο πρέπει ακόμη να περάσει τους ελέγχους επιτρεπόμενου ρεύματος και βραχυκυκλώματος, για τους οποίους χρησιμοποιείται το εργαλείο διαστασιολόγησης καλωδίων ΧΤ. Αν το ρεύμα του φορτίου προηγείται, ο όρος αντίδρασης μπορεί να αντισταθμίσει την ωμική πτώση και τότε κανένα μήκος δεν φθάνει το όριο· το εργαλείο το αναφέρει αντί να εμφανίσει αριθμό.
Δεν υπάρχει ένα μοναδικό ποσοστό κατάλληλο για κάθε έργο. Η επιτρεπόμενη πτώση εξαρτάται από τη διάταξη τροφοδότησης, τη χρήση του κυκλώματος, την εθνική υιοθέτηση των προτύπων και τυχόν αυστηρότερες προδιαγραφές εξοπλισμού.
Ως γενικό υπόβαθρο, η πληροφοριακή καθοδήγηση που συνδέεται με το IEC 60364-5-52 παρουσιάζεται συχνά με παραδείγματα όπως 3% για φωτισμό και 5% για άλλες χρήσεις σε εγκαταστάσεις που τροφοδοτούνται απευθείας από δημόσιο δίκτυο ΧΤ. Άλλες κατηγορίες έχουν διαφορετικές συστάσεις και προϋποθέσεις. Αυτά δεν αποτελούν καθολικά όρια έγκρισης για κάθε γραμμή.
Γι’ αυτό το KiloVolt σάς επιτρέπει να εισαγάγετε τον δικό σας στόχο πτώσης τάσης. Ο έλεγχος στην οθόνη συγκρίνει το υπολογισμένο ποσοστό με αυτή την τιμή· δεν πιστοποιεί συμμόρφωση με κάποιο συγκεκριμένο πρότυπο εγκατάστασης.
Έγκυρες αναφορές
IEC 60364-5-52:2009+A1:2024 — Συστήματα καλωδίωσης (IEC Webstore) ↗
Οδηγός Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων Schneider Electric — Υπολογισμός πτώσης τάσης ↗
Οδηγός Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων Schneider Electric — Οδηγίες για την πτώση τάσης ↗
Όταν το αποτέλεσμα δεν είναι εφικτό. Οι εξισώσεις είναι γραμμικές και προϋποθέτουν σταθερό ρεύμα. Αν η υπολογισμένη πτώση φθάσει την τάση τροφοδότησης (100%), η τάση στο φορτίο θα ήταν μηδενική ή αρνητική. Αυτό βρίσκεται εκτός του πεδίου περιγραφής αυτής της προσέγγισης κανονικής λειτουργίας, αν και ένα πραγματικό κύκλωμα μπορεί να φθάσει σε μηδενική τάση ακροδεκτών, για παράδειγμα σε σφάλμα, όπου δεν ισχύει πλέον η παραδοχή σταθερού ρεύματος. Τότε το KiloVolt εμφανίζει «Μη εφικτό» αντί για αριθμούς και εξακολουθεί να δίνει το μέγιστο μήκος για τον στόχο σας. Πάνω από 20% οι τιμές εμφανίζονται με προειδοποίηση, επειδή η παραδοχή σταθερού ρεύματος είναι ήδη αναξιόπιστη· αυτό το όριο είναι τεχνική κρίση και όχι απαίτηση προτύπου. Και στις δύο περιπτώσεις, η λύση είναι μεγαλύτερη διατομή, περισσότερες παράλληλες διαδρομές, μικρότερο μήκος ή χαμηλότερο ρεύμα.
Συνηθισμένα λάθη προς αποφυγή
Εισαγάγετε το μονόδρομο μήκος του καλωδίου. Ο συντελεστής 2 λαμβάνει ήδη υπόψη την επιστροφή σε κύκλωμα δύο αγωγών.
Χρησιμοποιήστε την ονομαστική τάση αναφοράς που αντιστοιχεί στην εξίσωση: 400 V L-L για τυπικό τριφασικό δίκτυο ΧΤ και 230 V L-N για κυκλώματα φάσης-ουδετέρου.
Η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία του αγωγού. Ένα θερμό καλώδιο παρουσιάζει συνήθως μεγαλύτερη πτώση τάσης.
Η αντίδραση μεταβάλλεται με τη διαμόρφωση του καλωδίου, τις αποστάσεις και τη συχνότητα. Αντικαταστήστε τις ενδεικτικές τιμές με επαληθευμένα δεδομένα καλωδίου όταν χρειάζεται.
Οι πρόσθετες διαδρομές μειώνουν την ιδανική αντίσταση, αλλά δεν εγγυώνται ισοκατανομή ρεύματος ή επαρκές επιτρεπόμενο ρεύμα. Η διάταξη, οι ακροδέκτες και οι συντελεστές ομαδοποίησης εξακολουθούν να έχουν σημασία.
Ελέγξτε επίσης το επιτρεπόμενο ρεύμα υπό τις πραγματικές συνθήκες εγκατάστασης, την προστασία, τη θερμική αντοχή σε βραχυκύκλωμα, τις απαιτήσεις αυτόματης διακοπής και τους εφαρμοστέους εθνικούς κανόνες.
Η ασυμμετρία τριφασικού συστήματος, οι αρμονικές, τα κατανεμημένα φορτία και η εκκίνηση κινητήρων μπορεί να απαιτούν λεπτομερέστερους υπολογισμούς.
Δοκιμάστε το δικό σας καλώδιο και φορτίο
Αλλάξτε την τάση, το ρεύμα, το μήκος καλωδίου, το υλικό του αγωγού και τη θερμοκρασία και δείτε κάθε βήμα του αποτελέσματος.
Άνοιγμα εργαλείου υπολογισμού πτώσης τάσης →