电压降计算

Somesh Gaikwad
作者:Somesh Gaikwad
2021年2月7日
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    众所周知,电力消费者必须支付由电力公用事业公司提供的总千瓦时数,由相应的电表测量。然而,由于没有完美的导电体,即使是最优质的接线也有电阻,部分电能在电表和使用点之间损失。

    什么是电压下降?

    电气工程的基本原则之一是欧姆定律,其指出导体或负载上的电压降等于电流和电阻的乘积(V = I x R)。电流由电路上的负载确定,而电阻由导体的物理性质确定。


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    电压降的概念用于描述电源处提供的电压与负载处测量的电压之间的差异。下表总结了决定压降的因素:

    压降系数

    描述

    A.导体材料

    有些材料比另一些材料是更好的电导体。例如,铜的导电性比铝强。

    B.导线直径

    更宽的导体提高了导电性,因为有更多的材料来输送电流。

    c .导体长度

    较长的导体具有更高的电阻,因为电流必须在源和负载之间行进较长的距离。

    D.导体温度

    温度影响材料的电导率。根据材料和实际温度,电导率可能会增加或减少,随着温度的进一步增加。

    E.导线所载电流

    电流与电压降成比例。如果电流加倍,而电阻保持相同,则电压下降也使得两倍。

    F.电路中的连接

    连接表示导体材料中的中断,并且存在与其相关的接触电阻。连接不良与电压降增加有关。

    如何控制电压下降?

    因为没有完美的导体,所有的材料都有电阻,所以不可能完全消除电压降。然而,有很多方法可以最小化它:

    1. 提高系统效率
      假设负载保持不变,提高电气设备的效率可以降低功耗。由于电源电压是恒定的,因此提高的效率可减少电流并降低电压降。

    2. 故障排除
      一些电气问题导致电流或电阻的不必要增加,这导致更高的电压降。解决这些问题后,电压降返回正常情况。

    3. 校正导体尺寸
      如果电路中的导体没有正确地选择,它们就会经历显著的电压降。在选择导线时,必须考虑满载电流、环境温度和滚道内导线的数量等因素。

    4. 集中配电
      如果主电轴和配电板靠近建筑物的中心,则布线必须越来越遥远以达到不同的负载。这种类型的布局最小化电压降。另一方面,当电轴和面板位于建筑物的一端时,电路必须越过整个结构以在相对侧到达负载。

    5. 平衡负荷分配
      大型商业建筑通常使用三相电路,这些电路有三个现场导体,由他们的名字暗示。如果一个相加载过高,则与其他阶段相比,它还将经历更大的电流和增加的电压降。

    这些是可以用来降低电压降的具体措施。一般来说,只要纽约电气法规允许,任何达到以下任一效果的措施都是可行的:

    • 降低负载电流
    • 增大导体直径
    • 增加平行导体的数量
    • 导体长度降低
    • 降低导体温度

    根据NEC(2011年版)的允许电压降

    NFPA国家电气规范(NEC)是纽约电气规范的基础,它为允许电压降建立了两个条件电气装置:

    • 通过支路的最大允许电压为3%,测量的是相应的电气面板和最远的输出电源、加热、照明或任何此类负载的组合。
    • 主馈线和分支电路上的最大组合电压降5%,从服务连接到最远的电源插座。

    认为这些电压降水平提供合理的运行效率。重要的是要注意,当电路导体尺寸增加到补偿电压降时,必须相应地增加设备接地导体。

    如何计算电压降

    重要的是要注意,压降公式根据电路中的相数(单相或三相)而变化。在以下等式中,所使用的变量是:

    • Z =导体阻抗(欧姆/ 1000英尺,或欧姆/ kft)
    • I=负载电流(安培)
    • L=长度(英尺)
    安装类型 电压降公式

    单相系统

    三相系统

    压降=2 x Z x I x L/1000

    V下降= 1.73 x Z x I x L / 1000

    公式除以1000,因为每1000英尺提供一个标准阻抗值。这样,它们被转换为欧姆每英尺。NEC第9章提供了基于75°C额定温度的导体特性。

    为演示该程序,假设单相120-V电路承载22 a的电流,其中导体阻抗为1.29欧姆/1000英尺,电路长度为50英尺。压降为:

    • 电压降=(2 x 1.29欧姆/kft x 22A x 50英尺)/1000=2.84伏
    • 百分比电压降= 2.84V / 120V = 0.0237 = 2.37%

    如果每相有一根以上的导线,由于电阻减小,上述计算必须除以每相导线的数量。例如,如果在上述示例中,每相有两个导体,则电阻降低一半,压降为1.42V(1.18%)。

    如何选择线尺寸?

    可以调整上述过程以基于允许的电压降来选择导体尺寸。假设电路受以下情况:

    • 工作电压=120 V
    • 配置:单相
    • 电流= 25 a
    • 长度=100英尺

    电压降公式可调整如下,以计算所需的阻抗。

    • 电压降= 2 x z x i x l / 1000
    • Z=(1000倍压降)/(2 x I x L)

    将上述值代入公式,得到如下结果:

    • 允许电压降=120V x 3%=3.6V
    • Z=(1000 x 3.6伏)/(2 x 25安x 100英尺)=0.72欧姆/千英尺

    根据第9章表8中的NEC,将压降保持在3%以下所需的导线尺寸为AWG#6(0.510欧姆/kft)。以下尺寸为AWG#8,但其电阻过高(0.809欧姆/kft),压降将超过3%。

    在导管、电缆或电缆管道中安装多导线

    NEC表310.16至310.19提供了一个电路中最多三根导线的容许载流量导管,电缆或滚道。当导线数为四根或四根以上时,允许的容限减小如下表所示:

    载流导体的数量

    载流量值的百分比

    4-6

    7-9

    10-20

    21-30

    31-40

    41岁或以上

    80%

    70%

    50%

    45%

    40%

    35%

    根据表310.16至310.19,导体必须对负载具有足够的性能,同时也具有3%的最大允许值的电压降。另请注意,当有多个导体一起安装时,还会减少额定的余地。必须验证所有三种因素,以具有符合代码的电气安装。

    总结

    NEC在馈线和分支电路上建议最大5%的最大电压降,仅在分支电路上跨越3%。该电压降电池被认为是提供最佳设备性能的正确条件。请注意,最大允许电压降电平不是a安全措施,但绩效措施。

    标签设计|建筑规范|机电工程|电气工程

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