Расчёт падения напряжения в линии: кабель, СИП, однофазная и трёхфазная сеть

Как рассчитать падение напряжения в линии

Падение напряжения — разница между напряжением в начале линии и на зажимах электроприёмника; она уходит на сопротивление проводников и растёт с током и длиной. Для однофазной сети ΔU = 2·I·L·(r·cos φ + x·sin φ): ток идёт туда по фазе и обратно по нулю; для трёхфазной с симметричной нагрузкой ΔU = √3·I·L·(r·cos φ + x·sin φ) — обратного тока в нуле нет. Здесь r — активное сопротивление проводника в Ом/км (медь 2,5 мм² — 7,0 при 20 °C и 8,3 при 65 °C, алюминий в 1,6 раза больше), x — индуктивное (кабель 0,06, СИП 0,1, голая ВЛ 0,35 Ом/км), L — длина в километрах.

Нормы: ГОСТ 32144-2013 — отклонение на зажимах не более ±10 %; проектная практика делит их на 5 % для линии от ТП до ввода и 2,5–5 % внутри здания (2,5–3 % освещение, 4–5 % силовые — СП 256.1325800, ГОСТ Р 50571.5.52). Отсюда максимальная длина линии: медь 2,5 мм² при 16 А — 49 м по 5 % и 25 м по 2,5 %; 4 мм² при 25 А — 50 м; 10 мм² при 40 А — 79 м; СИП 25 мм² трёхфазно при 40 А на фазу — 261 м. Если длина больше, берут сечение выше, снижают ток или переходят на три фазы.

Второе следствие потерь напряжения — потери мощности I²·R в самом проводнике: кабель 2,5 мм² при 16 А на 50 м рассеивает 179 Вт — 5 % передаваемой мощности уходит в нагрев. Для магистралей с нагрузкой, распределённой вдоль линии, потери напряжения вдвое, а мощности втрое меньше, чем при той же нагрузке в конце. Классическая проверка проектировщика — метод момента нагрузки: ΔU % = P·L/(C·S) с C = 72 для меди трёхфазно и 12 однофазно; калькулятор показывает и точную формулу, и эту оценку.

Медный кабель при типовом токе автомата: падение на 50 м и предельная длина

Однофазная сеть 220 В, кабель, cos φ = 1, проводник 20 °C. Ссылки на страницы сечений — в навигации ниже.

Та же нагрузка трёхфазно: 380 В

Тот же ток в фазе на трёхфазной линии даёт вдвое меньший процент потерь; на ту же мощность (ток в фазе втрое меньше) — в 6 раз меньший.

Метод момента нагрузки: коэффициенты C

ΔU % = P·L/(C·S) при P в кВт, L в м, S в мм²; коэффициенты — для проводников при рабочей температуре (γ = 50 м/(Ом·мм²) медь, 30,5 алюминий), поэтому оценка чуть выше расчёта при 20 °C.

Для сетей низкого напряжения положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю.— ГОСТ 32144-2013, п. 4.2.2

Как считать и что делать

• Считайте по расчётному току, а не по автомату, и по полной длине трассы — обычно на 20–30 % больше расстояния по плану.
• Нормы разные: 2,5–3 % на освещение, 4–5 % на силовые, 5 % на линию от ТП, 10 % — предел на зажимах по ГОСТ 32144.
• Трёхфазная линия на ту же мощность теряет в 6 раз меньше однофазной — при мощности от 7–10 кВт и длине от 50 м переходите на три фазы.
• После подбора сечения по потерям проверьте его по длительному току (ПУЭ табл. 1.3.4) и по току КЗ автомата — побеждает большее.

Разбор по сечениям, СИП и нормам — на страницах серии ниже; сечение по нагреву и автомат — в калькуляторе сечения провода.