Что такое падение напряжения
У каждой жилы есть сопротивление. Когда течёт ток, часть напряжения источника уходит на проталкивание его через кабель, поэтому напряжение на нагрузке ниже, чем у источника. Потеря пропорциональна трём вещам: сопротивлению жилы на километр, длине трассы и току. Удвойте длину трассы — падение удвоится; уполовиньте сопротивление, выбрав большую жилу, — падение уполовинится.
Слишком большое падение напряжения создаёт реальные проблемы. Двигатели медленно запускаются и греются, освещение тускнеет, электроника отключается по пониженному напряжению, а на солнечных станциях энергия просто теряется в кабеле как тепло. Правила монтажа и проектные спецификации задают максимум, обычно в процентах номинального напряжения, либо на цепь, либо на всю установку от источника до самой дальней нагрузки. Какой предел использовать, берётся из применимых правил или у проектного инженера; эта статья объясняет метод, а не предел.
Базовый расчёт
Для цепи постоянного тока или однофазной цепи переменного тока ток идёт по одной жиле и возвращается по другой, поэтому длина жилы вдвое больше длины трассы. Простая резистивная оценка:
- Постоянный ток или однофазная цепь: падение напряжения = 2 x длина трассы (km) x сопротивление (ohm/km) x ток.
- Сбалансированная трёхфазная цепь: межфазное падение напряжения = 1,732 x длина трассы (km) x сопротивление (ohm/km) x ток.
Они игнорируют реактивное сопротивление и коэффициент мощности, которые важны для больших кабелей переменного тока, и используют сопротивление при одной температуре. Их достаточно, чтобы увидеть эффект сечения и длины — в этом и смысл статьи. Правильное проектирование использует таблицы милливольт на ампер на метр или полный метод импедансов из применимых правил монтажа, при рабочей температуре жилы.
Значения сопротивления берутся из IEC 60228 или техописания кабеля. Для меди класса 2 это 7,41 ohm/km для 2,5 mm2, 4,61 для 4 mm2, 3,08 для 6 mm2, 1,83 для 10 mm2 и 1,15 для 16 mm2, всё при 20 градусах C. При рабочей температуре сопротивление выше: медная жила, работающая у 90-градусного предела XLPE, имеет примерно на четверть большее сопротивление, чем при 20 градусах C, поэтому в проектных расчётах используют горячее значение.
Сравнение без токовых нагрузок
Чтобы держать токовые нагрузки вне картины, таблица выражает падение напряжения на каждый ампер тока нагрузки. Умножьте на расчётный ток вашей цепи, чтобы получить падение в вольтах, затем разделите на номинальное напряжение для процентов. Трасса 100 m однофазная, то есть 200 m жилы, со значениями сопротивления при 20 градусах C.
| Сечение | Сопротивление, ohm/km | Сопротивление петли, ohm | Потерянные вольты на ампер |
|---|---|---|---|
| 2,5 mm2 | 7,41 | 1,482 | около 1,48 V |
| 4 mm2 | 4,61 | 0,922 | около 0,92 V |
| 6 mm2 | 3,08 | 0,616 | около 0,62 V |
| 10 mm2 | 1,83 | 0,366 | около 0,37 V |
| 16 mm2 | 1,15 | 0,230 | около 0,23 V |
Важна сама картина: каждый шаг вверх по сечению срезает потерю примерно на треть до двух пятых. На трассе 100 m переход с 2,5 mm2 на 6 mm2 снижает падение до хорошо меньшего половины. На трассе 20 m та же цепь теряла бы пятую часть, и меньшее сечение могло бы быть приемлемым. Вот почему две цепи с одинаковой нагрузкой могут закончиться очень разными кабелями.
Та же арифметика работает для трёхфазных фидеров. Трасса 200 m медью 4x25 mm2, эталонная конструкция НН при 0,727 ohm/km, даёт 1,732 x 0,2 x 0,727, или около 0,25 V между фазами на ампер фазного тока при 20 градусах C. Прежде чем полагаться, сравните с горячим сопротивлением и реактивным сопротивлением из техописания — инженер в финальном проекте сделает именно это.
Где падение напряжения обычно правит
Падение напряжения склонно задавать сечение в нескольких повторяющихся ситуациях:
- Струны и фидеры постоянного тока солнечных станций: токи скромные, но трассы по площадке длинные, и каждый потерянный вольт — потерянная энергия. Эталонный кабель H1Z2Z2-K 1x4 mm2 на странице солнечных кабелей имеет максимум 5,09 ohm/km лужёный класс 5; 6 mm2 — 3,39 ohm/km. На трассе 50 m кабель 4 mm2 теряет около 0,51 V на ампер при 20 градусах C, 6 mm2 — около 0,34 V.
- Хозпостройки, насосы и уличное освещение: длинные одиночные цепи на низком напряжении.
- Цепи двигателей: пусковой ток в несколько раз выше рабочего, поэтому падение при пуске может быть лимитирующим случаем.
- Низковольтные системы постоянного тока: при 12, 24 или 48 V падение в один-два вольта — большой процент.
- Алюминиевые фидеры: алюминий 95 mm2 — 0,320 ohm/km против 0,193 у меди 95 mm2, поэтому алюминиевую конструкцию придётся увеличить; см. статью медь против алюминия.
Падение напряжения и решение о покупке
Падение напряжения — одна из проверок в методе выбора сечения кабеля рядом с токовой нагрузкой и стойкостью к короткому замыканию. Наибольший результат задаёт сечение. Для покупателей следуют три практических пункта.
Во-первых, большее сечение, выбранное ради падения напряжения, — не избыточное; это правильное сечение для той трассы, и поставщик, предлагающий уменьшить сечение ради экономии меди на длинной трассе, должен показать расчёт падения напряжения. Во-вторых, падение напряжения зависит от фактического сопротивления жилы, поэтому жила должна отвечать пределу IEC 60228; заниженная жила добавляет и падение напряжения, и тепло, что ещё одна причина важности испытания сопротивления. В-третьих, дополнительная цена большей жилы на длинной трассе часто скромна по сравнению с энергией, потерянной за годы эксплуатации, — это взвешивают инженеры в проекте.
Медь составляет большую часть цены силового кабеля, и при трёхмесячной меди LME около 14 315 USD за тонну 21 октября 2026 года покупатели естественно ищут экономии. Правильное место для них — входные данные проектирования, а не подрезание сечений после расчёта. Когда сечения подтверждены, форма запроса принимает сечения и длины по каждой цепи, а руководство по подбору кабеля объясняет полный метод.