Pokles napětí na vodičích – vzdálenost od transformátoru k lampám nebo pásce

Často dostáváme otázku, zda je možné 12voltové LED žárovky takového a takového výkonu v takovém a takovém množství od transformátoru vzdálit na takovou a takovou vzdálenost?

Obecné doporučení zní vzdálenost by neměla přesáhnout 5 metrů. To je známý fakt.

Ale co když potřebujete více než 5 metrů? Často je kvůli konstrukčním omezením nemožné splnit tak krátkou vzdálenost.

Ztráty drátu jsou podstatou problému

V některých situacích můžete změnit číslo 5 na mnohem větší hodnotu. K tomu potřebujete odhadnout pokles napětí na vodičích.

To způsobuje omezení – samotný drát má vnitřní odpor, a proto „sežere“ část napětí zdroje proudu. A když je drát příliš dlouhý, může se stát, že lampám zůstane tak malá část původního napětí, že se nerozsvítí.

Druhá část problému spočívá v tom, že drát část napětí nejen „sežere“, ale přemění ho na teplo. Kromě toho, že jde jednoduše o hloupé plýtvání elektřinou, představuje také problém s ohněm – drát se může příliš zahřívat.

Abyste si byli jisti, že požadovaných například 15 metrů mezi transformátorem a lampou nezpůsobí potíže, musíte přesně odhadnout, kolik voltů se na těchto 15 metrech ztratí.

Výpočet úbytku napětí na vodiči je velmi jednoduchý. Zpravidla máte k dispozici všechny potřebné údaje: délku vodiče, celkový výkon připojených lamp (pásů), napájecí napětí a průřez vodiče. Stačí dodatečně zjistit elektrický odpor materiálu, ze kterého je drát vyroben.

Vzorec pro výpočet úbytku napětí na vodičích

Je docela snadné odvodit jednoduchý obecný vzorec pro výpočet úbytku napětí, použitelný v každé situaci.

Potřebujeme jen Ohmův zákon R = V = I a vzorec pro vztah mezi elektrickým výkonem, napětím a proudem W = VI.

Abyste mohli odhadnout odpor drátu, musíte znát jeho hodnotu elektrický odpor [Wikipedia] dirigentský materiál.

Po provedení jednoduchých výpočtů získáme následující vzorec, který udává odhad hodnoty poklesu napětí na vodičích:

Úbytek napětí závisí na druhu materiálu drátu, průřezu drátu, jeho délce, výkonu spotřebiče a napětí zdroje. Tento vzorec označuje:

• W — moc ve wattech proudové spotřebiče na konci drátu;
• V — napětí zdroje proudu ve voltechobvykle 12 voltů nebo 24 voltů;
• L – délka drátu v metrech, tj. vzdálenost spotřebitelů od transformátoru;
• S – plocha průřezu drátu v mm²;
• ρ — hodnota elektrického odporu v Ohmech mm²/m, u mědi je to přibližně 0.018 Ohm mm²/m

Vzorec je jednoduchý, ale použitelný pouze v případě, že očekávaný pokles napětí je malý, ne více než několik procent, tzn. když vzdálenost mezi transformátorem a spotřebitelem nepřesahuje 10 metrů a výkon je menší než 10-20 wattů.

V ostatních případech byste měli použít přesnější vzorec:

Nyní, když jsme vypočítali pokles napětí na vodičích, můžeme odhadnout, kolik energie se ztratí – jednoduše vynaložené na zahřívání vodičů. Výslednou hodnotu poklesu napětí musíte vynásobit výkonem aktuálních spotřebičů W a vydělte napětím transformátoru V:

Pokud se tento výkon ukáže jako příliš velký, pak samozřejmě musíte zvýšit tloušťku drátu. Jinak se můžete dostat do různých potíží, včetně požáru.

Závěry

Jak je snadno vidět ze vzorců, čím silnější je drát, tím nižší je pokles napětí.

V tomto případě je pokles napětí nepřímo úměrný ploše průřezu vodiče.

Zdvojnásobení plochy průřezu vodiče přibližně zdvojnásobí úbytek napětí na vodičích

Dalším možným řešením problému může být zvýšení hodnoty napětí zdroje proudu. Pokud to ovšem současní spotřebitelé dovolí.

Úbytek napětí na vodiči lineárně klesá s rostoucím napětím zdroje proudu.

Zdvojnásobení napájecího napětí sníží pokles napětí přibližně na polovinu

Například naše nízkonapěťové žárovky E27 pro 12-24 voltů produkují stejné světlo z 12 i 24 voltů. A v tomto případě má smysl přejít na 24voltový transformátor.

Je také zřejmé, že pro výkonné spotřebitele (asi 100 wattů) budou zapotřebí velmi silné dráty.

příklad

Odhadneme úbytek napětí na měděném drátu o průřezu 1.5 mm² a délce 20 m při 24 voltech a výkonu připojené pásky 50 wattů.

Dosazením těchto hodnot do prvního vzorce dostaneme, že na vodičích se „ztratí“ asi 1 volt a asi 2 watty. V zásadě to není mnoho, ale pokud je možné zvýšit tloušťku drátu, je lepší to udělat.

Napětí zdroje proudu můžete samozřejmě zvýšit zavedením úbytku napětí, ale to není vůbec nejlepší řešení. Pokud je například výkon lamp na konci drátu 180 wattů, pak pokles napětí na drátu bude 3.5 voltu a výkon bude 25 wattů. V lampách zbude pouze 20 voltů a ovladače některých lamp se mohou kvůli nedostatku napětí dostat do abnormálního provozního režimu a začít se přehřívat, spotřebovávat mnohem více, než je deklarovaný výkon (ačkoli LED diody budou stále produkovat stejný jas), což pouze zvýší úbytek napětí na vodiči. V této situaci lze jen hádat, co se stane jako první – požár drátů nebo porucha lamp.

A u 12voltových transformátorů bude úbytek napětí a spotřeba energie dvakrát větší.

Jediným správným řešením je zvětšení tloušťky vodiče. Jak již bylo řečeno, zdvojnásobíme průřez vodiče – snížíme ztráty na vodičích přibližně na polovinu.

Máte dotaz? Zeptejte se poradce.

Zavolejte nám.
Nebo klikněte sem a položte svůj dotaz – velmi rychle dostanete podrobnou odpověď.
Vždy se snažíme pomoci.

Každý, kdo je jakýmkoliv způsobem spojen s elektřinou nebo elektrotechnikou, zná Ohmův zákon pro úsek obvodu – základní zákon této oblasti lidského vědění. Zákon, objevený v první polovině předminulého století, naznačuje úzkou závislost základních pojmů elektřiny:

• velikost napětí aplikovaného na část obvodu – U, jinak nazývaná rozdíl potenciálů;
• proud procházející elektrickým obvodem – I;
• odpor elektrického proudu části obvodu – R.

V matematické formě je reprezentován výrazem:

Fyzikálně to znamená, že úbytek napětí na úseku obvodu o 1 voltu odpovídá součinu proudu 1 ampér protékajícího úsekem odporu 1 ohm.

Jako část obvodu pro zdroj elektrického potenciálu (napájecí napětí) lze považovat zátěž, například žárovku, určenou pro napájení 220 voltů. V případě skutečné elektrické sítě však budou další částí obvodu vodiče, kterými je přiváděna energie do zátěže, které mají konečný odpor a jsou charakterizovány úbytky napětí na nich.

Podstata poklesu napětí

Takže ve skutečných elektrických sítích je nutné vzít v úvahu odpor vodičů použitých k připojení zátěže, tyto odpory závisí na měrném odporu kovu, průřezu vodičů a celkové délce kabelu. Ve skutečnosti může být úplný elektrický obvod pro připojení zátěže reprezentován jako dva odpory zapojené do série:

• R1 (zátěžový odpor);
• R2 (odpor drátu).

Protože při sériovém zapojení jimi protéká stejný proud, úbytek napětí na každém z odporů bude U1 a U2 a jejich součet se bude rovnat hodnotě vstupního napětí přivedeného v místě připojení. Tato vlastnost se obvykle používá v jednoduchých odporových děličích napětí. Samozřejmě, že napětí na samotné zátěži U1 je menší než výstupní napětí napájecího zdroje o velikost poklesu napětí U2, který je přímo úměrný odporu vodičů.

Vypočítat úbytek napětí při výběru průřezu vodičů pomocí výše uvedeného vzorce je poměrně jednoduché, ale nejprve je třeba vypočítat odpor vodiče. Stanovuje se s ohledem na měrný odpor kovu použitého při výrobě vodivých jader kabelu – ρ, délku vodiče – l a průřez kabelu – S:

Chcete-li vypočítat průřez jader podle průměru (pokud není znám), měli byste použít vzorec pro oblast kruhu. Pro měď je měrný odpor 0.0175 Ohm*m/mm², proto měděný vodič o délce 50 m a průřezu kabelu 1.5 mm² bude mít odpor 0.583 Ohm a za předpokladu, že napájecí kabel má alespoň 2 žíly ( fáze a neutrálu), tento odpor následuje dvojnásobek a je 1.167 ohmů.

Je to hodně nebo málo? Předpokládejme, že takový úsek kabelu je potřebný k napájení zátěže proudem 10 A, bude tedy úbytek napětí na kabelu téměř 12 V. Pro síť 220 V není takový rozdíl příliš kritický a v nejhorším případě může dojít k mírnému úbytku výkonu, ale pro nízkonapěťový zdroj např. 36 V taková hodnota jednoznačně překračuje meze přípustných poklesů. Proto snížení vstupního napětí vyžaduje zvětšení průřezu přívodních vodičů.

Správným výpočtem úbytku napětí v závislosti na délce vodičů tedy nejen optimalizujeme provozní režimy elektrických zařízení, ale ve skutečnosti počítáme ztráty, které mohou při provozu nastat.

Stále máte otázky?

Vyplňte níže uvedený formulář zpětné vazby, naši specialisté vás budou kontaktovat, konzultovat, sdělí vám možné způsoby řešení vašeho problému.