Падът на напрежение (на английски: voltage drop) е физическо явление, представляващо разликата в електрическите потенциали в двата края на един електрически елемент, проводник или между две произволно избрани точки от една електрическа верига под товар.Ананиев, И., Т. Трифонов. Основи на електротехниката. София, Технически университет - София, 2012. Измерва се с международната мерна единица за електрическо напрежение – волт (V).

Падът на напрежение е директно следствие от протичането на електрически ток през проводяща среда, притежаваща вътрешно електрическо съпротивление (импеданс). Той отразява количеството електрическа енергия, която се преобразува в друг вид енергия (най-често топлина) при преминаването на зарядите през даден участък.

Математическо описание и физически зависимости

При постоянен ток (DC) При постоянен ток падът на напрежението върху пасивен елемент се определя линейно съгласно закона на Ом:

където: е електрическият ток, протичащ през веригата, измерван в ампери (A); е активното електрическо съпротивление на проводника или елемента, измервано в омове ().

Омическото съпротивление на свързващите проводници не е наречено на нулево и зависи от техните геометрични параметри и материала съгласно формулата:

където: е специфично електрическо съпротивление на материала на проводника (); е общата дължина на проводника в метри (m); е напречното сечение на проводника в квадратни милиметри ().

При променлив ток (AC) При еднофазен променлив ток се отчита не само активното, но и реактивното (индуктивно и капацитивно) съпротивление на линията, образуващи общия импеданс .

В общия случай за практическо инженерно изчисляване на пада на напрежението в трифазна променлотокова система се използва следната линейна зависимост:Георгиев, Г. Електрически мрежи и системи. Варна, Технически университет - Варна, 2015.

където: е линейният ток във веригата; и са съответно активното и реактивното съпротивление на линията; е фактор на мощността на консуматора (товара).

Желан и нежелан пад на напрежение

В електротехниката и електрониката падът на напрежение се разделя на две основни категории в зависимост от целта на схемата:

Желан (полезен) пад на напрежение: Реализира се умишлено върху крайните консуматори – електрически нагревателни уреди, осветителни тела или електродвигатели, където електрическата енергия се преобразува в полезна работа (топлина, светлина, механично движение). В електрониката се използва умишлен пад върху резистори за задаване на работни точки на транзистори, за разделяне на напрежението (посредством делители на напрежение) или за защита на компоненти (например ограничаващи резистори за светодиоди). Нежелан (паразитен) пад на напрежение: Проявява се в захранващите кабели, шини, преходни контакти, щепсели, прекъсвачи и във вътрешното съпротивление на самия източник на енергия. Той представлява чиста загуба на мощност под формата на отделена паразитна топлина (закон на Джаул–Ленц), която намалява коефициента на полезно действие (КПД) на цялата система.

Технически проблеми и експлоатационни опасности

Ако падът на напрежение в захранващите линии е твърде голям, това води до сериозни експлоатационни проблеми: Опасност от пожар: Повишеното съпротивление в лоши контакти или преоразмерени (твърде тънки) кабели води до прекомерно нагряване, което може да разтопи изолацията и да предизвика късо съединение. Проблеми с електродвигателите: При намалено напрежение асинхронните двигатели не могат да развият необходимия пусков момент, което води до затягане, рязко нарастване на работния ток и прегаряне на намотките им. Неефективност на уредите: Нагревателните уреди намаляват драстично своята топлинна мощност (тъй като мощността зависи от квадрата на напрежението: ), а осветителните тела започват да мигат или да светят слабо.

Нормативни изисквания и методи за компенсиране

При проектирането на електрически инсталации се съблюдават строги стандарти. Съгласно европейските норми (включително българската Наредба № 3 за устройство на електрическите уредби), максимално допустимият пад на напрежение от електромера до най-отдалечения консуматор за осветление не трябва да надвишава 3%, а за силови товари (двигатели и уреди) – до 5%.Министерство на енергетиката. *Наредба № 3 от 9 юни 2004 г. за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии*. София, Държавен вестник.

За намаляване на пасивния пад на напрежение в практиката се прилагат следните инженерни методи: Увеличаване на сечението на проводниците: Най-простият и сигурен метод, който директно намалява активното съпротивление . Недостатъкът му е повишаването на цената и теглото на кабелните линии. Повишаване на преносното напрежение: Използва се при пренос на енергия на големи разстояния. Чрез трансформатор напрежението се повишава хилядократно, което при запазване на пренасяната мощност () намалява пропорционално тока , а оттам и пада на напрежението по линиите. Регулиране под товар: Използване на трансформатори с автоматично регулиране на коефициента на трансформация (РПН) в подстанциите за поддържане на стабилно напрежение при промяна на товара в мрежата.

Източници

Литература Ананиев, И., Т. Трифонов. Основи на електротехниката. Технически университет - София, София, 2012. ISBN 978-954-438-994-9. Георгиев, Г. Електрически мрежи и системи. Технически университет - Варна, Варна, 2015. ISBN 978-954-20-0671-8. Hayt, William H. Engineering Electromagnetics. McGraw-Hill, New York, 2011. ISBN 978-0073380667.

Категория:Електричество Категория:Електротехника Категория:Физика