حساب المقطع العرضي للكابل حسب الطاقة والتيار: كيفية حساب الأسلاك بشكل صحيح

هل تخطط للقيام تحديث شبكة الكهرباء أو بالإضافة إلى مد خط الكهرباء إلى المطبخ لتوصيل موقد كهربائي جديد؟ هنا ، الحد الأدنى من المعرفة حول المقطع العرضي للموصل وتأثير هذه المعلمة على القوة والتيار الكهربائي مفيد.

توافق على أن الحساب غير الصحيح للمقطع العرضي للكابل يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وقصر الدائرة الكهربائية أو إلى تكاليف غير مبررة.

من المهم جدًا إجراء الحسابات في مرحلة التصميم ، نظرًا لأن فشل الأسلاك المخفية والاستبدال اللاحق محفوف بتكاليف كبيرة. سنساعدك في التعامل مع تعقيدات الحسابات من أجل تجنب المشاكل أثناء التشغيل الإضافي لشبكة الطاقة.

حتى لا تثقل كاهلك بالحسابات المعقدة ، اخترنا صيغًا وخيارات حسابية مفهومة ، قدمنا ​​معلومات في نموذج يمكن الوصول إليه ، وزودنا الصيغ بشرح. بالإضافة إلى ذلك ، تمت إضافة صور موضوعية ومواد فيديو إلى المقالة ، مما يسمح بفهم جوهر القضية قيد النظر بوضوح.

حساب المقطع العرضي حسب قوة المستهلكين

الغرض الرئيسي من الموصلات هو توصيل الطاقة الكهربائية للمستهلكين بالكمية المطلوبة. نظرًا لعدم توفر الموصلات الفائقة في ظل ظروف التشغيل العادية ، يجب مراعاة مقاومة مادة الموصل.

حساب القسم المطلوب الموصلات والكابلات اعتمادًا على السعة الإجمالية للمستهلكين بناءً على الخبرة التشغيلية طويلة المدى.

نبدأ عملية الحساب العامة عن طريق إجراء الحسابات أولاً باستخدام الصيغة:

P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,

أين:

• ص - قوة جميع المستهلكين المتصلين بالفرع المحسوب بالواط.
• P1 ، P2 ، PN - قوة المستهلك الأول ، الثاني ، n-th ، على التوالي ، بالواط.

بعد تلقي النتيجة في نهاية الحسابات وفقًا للصيغة أعلاه ، فقد حان الوقت للتحول إلى بيانات الجدول.

الآن عليك اختيار القسم المطلوب وفقًا للجدول 1.

الجدول 1. يجب دائمًا تحديد المقطع العرضي للأسلاك في أقرب جانب أكبر (+)

المرحلة # 1 - حساب الطاقة التفاعلية والنشطة

يشار إلى قدرات المستهلكين في وثائق المعدات. عادة ، تشير تقييمات المعدات إلى الطاقة النشطة إلى جانب الطاقة التفاعلية.

تعمل الأجهزة ذات النوع النشط من الحمولة على تحويل جميع الطاقة الكهربائية المستلمة ، مع مراعاة الكفاءة ، إلى عمل مفيد: ميكانيكي أو حراري أو شكله الآخر.

تشمل أجهزة التحميل النشطة المصابيح المتوهجة والسخانات والمواقد الكهربائية.

بالنسبة لهذه الأجهزة ، يكون لحساب الطاقة للتيار والجهد الشكل:

P = U * I,

أين:

• ص - القوة بالواط.
• ش - الجهد في V ؛
• أنا - القوة الحالية في A.

يمكن للأجهزة ذات النوع التفاعلي من الحمل تراكم الطاقة من المصدر ، ثم إعادتها. يحدث مثل هذا التبادل بسبب إزاحة التيار الجيبي والجهد الجيبي.

في مرحلة الإزاحة الصفرية ، يكون للقدرة P = U * I دائمًا قيمة موجبة. يتوفر مثل هذا الرسم البياني لمراحل التيار والجهد للأجهزة ذات نوع الحمل النشط (I ، i هو القوة الحالية ، U ، u هو الجهد ، π هو الرقم pi يساوي 3.14)

تشمل أجهزة الطاقة التفاعلية المحركات الكهربائية ، والأجهزة الإلكترونية من جميع الأحجام والأغراض ، والمحولات.

عندما يكون هناك تحول طوري بين التيار الجيبي والجهد الجيبي ، يمكن أن تكون الطاقة P = U * I سالبة (I ، i هو التيار ، U ، u هو الجهد ، π هو الرقم pi يساوي 3.14). يعيد جهاز الطاقة التفاعلية الطاقة المخزنة إلى المصدر

يتم بناء الشبكات الكهربائية بطريقة يمكنها نقل الطاقة الكهربائية في اتجاه واحد من المصدر إلى الحمل.

لذلك ، فإن الطاقة المرتدة للمستهلك مع الحمل التفاعلي هي طفيلية وتنفق على موصلات التدفئة والمكونات الأخرى.

تعتمد القدرة التفاعلية على زاوية الطور بين الجهد والجيوب الأنفية الحالية. يتم التعبير عن زاوية الطور من حيث cosφ.

للعثور على القوة الكاملة ، استخدم الصيغة:

P = Q / cosφ,

أين س - القوة التفاعلية في VA.

عادةً ، تشير بيانات جواز السفر على الجهاز إلى الطاقة التفاعلية و cosφ.

مثال: في جواز السفر يظهر المثقب قوة تفاعلية 1200 VAR و cosφ = 0.7. لذلك ، سيكون إجمالي استهلاك الطاقة يساوي:

P = 1200 / 0.7 = 1714 واط

إذا تعذر العثور على cosφ ، بالنسبة للغالبية العظمى من الأجهزة الكهربائية المنزلية ، يمكن أخذ cos equal يساوي 0.7.

المرحلة # 2 - ابحث عن نسب التزامن والهامش

ك - معامل التزامن بلا أبعاد ، يوضح عدد المستهلكين الذين يمكن تضمينهم في نفس الوقت في الشبكة. نادرًا ما يحدث أن تستهلك جميع الأجهزة الكهرباء في وقت واحد.

من غير المحتمل التشغيل المتزامن للتلفزيون ومركز الموسيقى. من الممارسة المعمول بها ، يمكن أخذ K يساوي 0.8. إذا كنت تخطط لاستخدام جميع المستهلكين في نفس الوقت ، فيجب أن تؤخذ قيمة K تساوي 1.

ي - عامل أمان بلا أبعاد. يميز إنشاء احتياطي طاقة للمستهلكين في المستقبل.

التقدم لا يقف ساكنا ، كل عام يتم اختراع الأجهزة الكهربائية الجديدة والمفيدة والمدهشة. بحلول عام 2050 ، من المتوقع أن يصل استهلاك الكهرباء إلى 84٪. عادة ، يفترض J أن يكون من 1.5 إلى 2.0.

المرحلة رقم 3 - إجراء حساب هندسي

في جميع الحسابات الكهربائية ، يتم أخذ منطقة المقطع العرضي للموصل - القسم الأساسي. يقاس ملم².

غالبًا ما يكون من الضروري معرفة كيفية الحساب بشكل صحيح قطر السلك موصل الأسلاك.

في هذه الحالة ، هناك صيغة هندسية بسيطة لسلك دائري متآلف:

S = π * R² = π * د²/4أو العكس

D = √ (4 * S / π)

لموصلات المقطع العرضي المستطيل:

S = ح * م,

أين:

• ق - منطقة القلب بالملليمتر²;
• ص - نصف قطر القلب بالملليمتر ؛
• د - قطر النواة مم.
• ح ، م - العرض والارتفاع ، على التوالي ، بالملليمتر ؛
• π هو الرقم بي يساوي 3.14.

إذا قمت بشراء سلك مجدولة ، يتكون فيه موصل واحد من العديد من الأسلاك الملتوية للمقطع العرضي الدائري ، يتم الحساب وفقًا للصيغة:

ق = ن * د²/1,27,

أين ن - عدد الأسلاك في الوريد.

الأسلاك ذات النوى الملتوية للعديد من الأسلاك لها بشكل عام موصلية أفضل من الأسلاك المتجانسة. هذا يرجع إلى خصوصيات التيار المتدفق من خلال موصل دائري.

التيار الكهربائي هو حركة نفس الشحنات على طول الموصل. وبالتالي ، فإن الشحنات التي تحمل الاسم نفسه تتنافر ، وبالتالي ، يتم تحويل كثافة توزيع الشحن إلى سطح الموصل.

ميزة أخرى للأسلاك العالقة هي مرونتها ومقاومتها الميكانيكية. الأسلاك المتجانسة أرخص وتستخدم بشكل أساسي للتثبيت الثابت.

المرحلة # 4 - حساب قسم الطاقة في الممارسة

التحدي: تبلغ القوة الإجمالية للمستهلكين في المطبخ 5000 واط (مما يعني أن قوة جميع المستهلكين المتفاعليين يتم سردها). جميع المستهلكين متصلون بشبكة 220 فولت أحادية الطور ولديهم طاقة من فرع واحد.

الجدول 2. إذا كنت تخطط لتوصيل مستهلكين إضافيين في المستقبل ، يوضح الجدول القدرات المطلوبة للأجهزة المنزلية الشائعة (+)

الحل:

يُفترض أن معامل التزامن K يساوي 0.8. المطبخ هو مكان للابتكار المستمر ، لا تمانع ، عامل أمان J = 2.0. سيكون إجمالي القدرة المقدرة:

P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 واط = 8 كيلو واط

باستخدام قيمة قوة التصميم ، نبحث عن أقرب قيمة في الجدول 1.

إن أقرب مقطع عرضي للموصل المناسب لشبكة أحادية الطور هو موصل نحاسي بقطاع عرضي 4 مم². حجم السلك مماثل مع نواة الألومنيوم 6 مم².

بالنسبة للأسلاك أحادية النواة ، سيكون الحد الأدنى للقطر 2.3 مم و 2.8 مم على التوالي. في حالة خيار متعدد النوى ، يتم إضافة المقطع العرضي للنوى الفردية.

حساب المقطع العرضي الحالي

سوف تقدم حسابات المقطع العرضي المطلوب للتيار وقوة الكابلات والأسلاك نتائج أكثر دقة. هذه الحسابات تجعل من الممكن تقييم التأثير العام للعوامل المختلفة على الموصلات ، بما في ذلك الحمل الحراري ودرجة السلك ونوع الحشية وظروف التشغيل وما إلى ذلك.

يتم الحساب بالكامل خلال الخطوات التالية:

• اختيار السلطة لجميع المستهلكين ؛
• حساب التيارات التي تمر عبر الموصل ؛
• اختيار المقطع العرضي المناسب حسب الجداول.

بالنسبة لهذا الإصدار من الحساب ، يتم أخذ القوة الحالية للمستهلكين بالجهد دون مراعاة عوامل التصحيح. سيتم أخذها في الاعتبار عند تلخيص القوة الحالية.

المرحلة # 1 - حساب القوة الحالية بالصيغ

بالنسبة لأولئك الذين نسوا دورة الفيزياء المدرسية ، نقدم الصيغ الأساسية في شكل رسم تخطيطي كورقة غش مرئية:

توضح "العجلة الكلاسيكية" الترابط بين الصيغ والاعتماد المتبادل لخصائص التيار الكهربائي (قوة التيار I ، قوة P ، جهد U ، جهد R ، قلب R)

دعونا نكتب اعتماد القوة الحالية I على الطاقة P والجهد الخطي U:

I = P / U_ل,

أين:

• أنا - قوة التيار ، مأخوذة في الأمبير ؛
• ص - القوة بالواط.
• ش_ل - جهد الخط بالفولت.

يعتمد الجهد الخطي في الحالة العامة على مصدر التيار الكهربائي ، فهو أحادي وثلاث مراحل.

علاقة الجهد الطولي والجهد:

1. ش_ل = U * cosφ في حالة الجهد أحادي الطور.
2. ش_ل = U * √3 * cosφ في حالة الجهد ثلاثي الطور.

بالنسبة للمستهلكين الكهربائيين في المنازل ، خذ cos = 1 ، بحيث يمكن إعادة كتابة الجهد الخطي:

1. ش_ل = 220 فولت للجهد أحادي الطور.
2. ش_ل = 380 فولت لجهد ثلاثي الطور.

بعد ذلك ، نلخص جميع التيارات التي تستهلكها الصيغة:

I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,

أين:

• أنا - التيار الكلي في الأمبيرات ؛
• I1..IN - القوة الحالية لكل مستهلك في الأمبير ؛
• ك - معامل التزامن ؛
• ي - عامل الأمان.

المعاملان K و J لهما نفس القيم التي تم استخدامها في حساب الطاقة الكلية.

قد تكون هناك حالة عندما يتدفق تيار ذو قوة غير متساوية في شبكة ثلاثية الطور عبر موصلات طور مختلفة.

يحدث هذا عندما يتم توصيل المستهلكين أحادي الطور والمستهلكين ثلاثي الأطوار بكابل ثلاثي الطور في وقت واحد. على سبيل المثال ، يتم تشغيل آلة ثلاثية الطور وإضاءة أحادية الطور.

يطرح سؤال طبيعي: كيف يتم حساب المقطع العرضي للسلك الذي تقطعت به السبل في مثل هذه الحالات؟ الجواب بسيط - يتم إجراء الحسابات للموصل الأكثر تحميلًا.

المرحلة رقم 2 - اختيار قسم مناسب حسب الجداول

في قواعد تشغيل التركيبات الكهربائية (PES) ، يتم إعطاء عدد من الجداول لاختيار قسم الكبل المطلوب.

الموصلية تعتمد على درجة الحرارة. بالنسبة للموصلات المعدنية ، تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة.

عندما يتم تجاوز عتبة معينة ، تصبح العملية مكتفية ذاتيا: كلما زادت المقاومة ، ارتفعت درجة الحرارة ، زادت المقاومة ، إلخ. حتى يحترق الموصل أو يتسبب في حدوث ماس كهربائي.

يوضح الجدولان التاليان (3 و 4) المقطع العرضي للموصلات اعتمادًا على التيارات وطريقة التثبيت.

الجدول 3. أولاً ، تحتاج إلى اختيار طريقة وضع الأسلاك ، وهذا يعتمد على مدى كفاءة التبريد (+)

يختلف الكبل عن السلك في أن جميع الأسلاك ذات العزل الخاص بها على الكبل ملتوية في حزمة ومحاطة بغمد عازل مشترك. يتم كتابة المزيد من التفاصيل حول الاختلافات وأنواع منتجات الكابلات في هذا المقالة.

الجدول 4. يشار إلى طريقة مفتوحة لجميع قيم المقطع العرضي للموصلات ، ومع ذلك ، من الناحية العملية ، لا يتم وضع المقاطع العرضية أقل من 3 مم 2 علنًا لأسباب القوة الميكانيكية (+)

عند استخدام الجداول ، يتم تطبيق العوامل التالية على التيار المستمر المسموح به:

• 0.68 إذا عاش 5-6 ؛
• 0.63 إذا عاش 7-9 ؛
• 0.6 إذا عاش 10-12.

يتم تطبيق المعاملات المتناقصة على القيم الحالية من العمود "فتح".

لا يتم تضمين الموصلات الصفرية والمؤرضة في عدد الموصلات.

وفقًا لمعايير PES ، يتم اختيار المقطع العرضي للنواة الصفرية وفقًا للتيار المستمر المسموح به بنسبة 50 ٪ على الأقل من قلب الطور.

يوضح الجدولان التاليان (5 و 6) اعتماد التيار المستمر المسموح به عند وضعه في الأرض.

الجدول 5. اعتماد التيار المستمر المسموح به لكابلات النحاس عند وضعه في الهواء أو الأرض

يختلف الحمل الحالي عند وضع الفتح وعند التعمق في الأرض. يتم أخذها على قدم المساواة إذا تم وضعها في الأرض باستخدام الصواني.

الجدول 6. اعتماد التيار المستمر المسموح به لكابلات الألومنيوم عند وضعها في الهواء أو الأرض

ينطبق الجدول التالي (7) على ترتيب خطوط الإمداد بالطاقة المؤقتة (النقل ، إذا كانت للاستخدام الخاص).

الجدول 7. التيار المستمر المسموح به عند استخدام أسلاك الخرطوم المحمولة ، الخرطوم المحمول وكابلات المنجم ، الكشافات والأسلاك المحمولة المرنة. تستخدم فقط الموصلات النحاسية

عند وضع الكابلات في الأرض ، بالإضافة إلى خصائص إزالة الحرارة ، من الضروري مراعاة المقاومة ، التي تنعكس في الجدول التالي (8):

الجدول 8. معامل التصحيح اعتمادًا على نوع ومقاومة التربة للتيار المستمر المسموح به ، عند حساب المقطع العرضي للكابل (+)

حساب واختيار الموصلات النحاسية حتى 6 مم² أو الألمنيوم حتى 10 مم² أجريت لتيار مستمر.

في حالة المقاطع العرضية الكبيرة ، من الممكن تطبيق عامل تخفيض:

0.875 * √T_{الكهروضوئية}

أين ت_{الكهروضوئية} - نسبة مدة التضمين إلى مدة الدورة.

يتم أخذ مدة الإدراج من حساب ما لا يزيد عن 4 دقائق. في هذه الحالة ، يجب ألا تتجاوز الدورة 10 دقائق.

عند اختيار كابل لتوصيل الكهرباء منزل خشبي يتم إيلاء اهتمام خاص لمقاومتها للحريق.

المرحلة # 3 - حساب المقطع العرضي للموصل الحالي باستخدام مثال

التحدي: حساب المقطع العرضي المطلوب كابل نحاسي للتوصيل:

• آلة النجارة ثلاثية الأطوار 4000 واط ؛
• آلة لحام ثلاثية الأطوار 6000 واط ؛
• الأجهزة المنزلية في المنزل بسعة إجمالية 25000 واط ؛

سيتم التوصيل عن طريق كبل من خمس نوى (ثلاث موصلات ، واحد محايد وواحد أرضي) موضوعة في الأرض.

يتم حساب عزل منتجات الكابلات على قيمة محددة لجهد التشغيل. يجب أن يوضع في الاعتبار أن الجهد التشغيلي لمنتجه يجب أن يكون أعلى من الجهد في الشبكة

الحل.

الخطوة رقم 1. نحسب الجهد الخطي لاتصال ثلاثي الطور:

ش_ل = 220 * √3 = 380 فولت

الخطوة رقم 2. تمتلك الأجهزة المنزلية ، وأدوات الآلات ، وآلات اللحام طاقة تفاعلية ، وبالتالي فإن قوة الآلات والمعدات ستكون:

ص_{من هؤلاء} = 25000 / 0.7 = 35700 واط

ص_مراجعة = 10000 / 0.7 = 14300 واط

الخطوة رقم 3. التيار المطلوب لتوصيل الأجهزة المنزلية:

أنا_{من هؤلاء} = 35700/220 = 162 أ

الخطوة رقم 4. التيار المطلوب لتوصيل المعدات:

أنا_مراجعة = 14300/380 = 38 أ

الخطوة رقم 5. يتم حساب التيار المطلوب لتوصيل الأجهزة المنزلية بناءً على حساب مرحلة واحدة. حسب حالة المشكلة ، هناك ثلاث مراحل. وبالتالي ، يمكن توزيع التيار على مراحل. من أجل البساطة ، نفترض توزيعًا موحدًا:

أنا_{من هؤلاء} = 162/3 = 54 أ

الخطوة رقم 6. الحالية لكل مرحلة:

أنا_و = 38 + 54 = 92 أ

الخطوة رقم 7 لن تعمل المعدات والأجهزة المنزلية في نفس الوقت ، باستثناء هذا سنضع هامشًا يساوي 1.5. بعد تطبيق عوامل التصحيح:

أنا_و = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 أ

الخطوة رقم 8. على الرغم من أن الكبل يحتوي على 5 نوى ، إلا أنه يتم أخذ ثلاث نوى فقط في الاعتبار. وفقًا للجدول 8 ، في عمود من كبل ثلاثي النواة في الأرض ، نجد أن تيار 115 أمبير يتوافق مع مقطع عرضي من قلب 16 مم².

الخطوة رقم 9. وفقًا للجدول 8 ، نطبق عامل التصحيح اعتمادًا على خصائص الأرض. بالنسبة إلى نوع الأرض العادي ، يكون المعامل 1.

الخطوة رقم 10. اختياري ، احسب قطر النواة:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 مم

إذا تم الحساب فقط بواسطة الطاقة ، دون مراعاة ميزات الكابل ، فسيكون المقطع العرضي للنواة 25 مم². يعتبر حساب القوة الحالية أكثر تعقيدًا ، ولكنه يوفر في بعض الأحيان أموالًا كبيرة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بكابلات الطاقة متعددة النواة.

يمكنك قراءة المزيد عن العلاقة بين الجهد والتيار هنا.

حساب انخفاض الجهد

أي موصل ، باستثناء الموصلات الفائقة ، لديه مقاومة. لذلك ، مع طول كافٍ للكابل أو السلك ، يحدث انخفاض في الجهد.

تتطلب معايير PES أن يكون المقطع العرضي لنواة الكبل بحيث لا يزيد انخفاض الجهد عن 5 ٪.

الجدول 9. مقاومة الموصلات المعدنية الشائعة (+)

يتعلق هذا بشكل أساسي بكابلات الجهد المنخفض للمقطع العرضي الصغير.

حساب انخفاض الجهد على النحو التالي:

R = 2 * (ρ * L) / S,

ش_وسادة = I * R,

ش_% = (U_وسادة / ش_لين) * 100,

أين:

• 2 - معامل يرجع إلى حقيقة أن التيار يتدفق بالضرورة في مركزين ؛
• ص - مقاومة الموصل ، أوم ؛
• ρ - المقاومة النوعية للموصل أوم * مم²/ م ؛
• ق - المقطع العرضي للموصل ، مم²;
• ش_وسادة - انخفاض الجهد ، V ؛
• ش_% - انخفاض الجهد بالنسبة إلى U_لين,%.

باستخدام الصيغ ، يمكنك إجراء العمليات الحسابية اللازمة بشكل مستقل.

مثال على حساب النقل

التحدي: حساب انخفاض الجهد لسلك نحاسي بمقطع عرضي من قلب واحد 1.5 مم². هناك حاجة إلى سلك لتوصيل آلة لحام كهربائية أحادية الطور بطاقة إجمالية تبلغ 7 كيلو واط. طول السلك 20 م.

إذا كنت ترغب في توصيل آلة لحام منزلية بفرع التيار الكهربائي ، يجب أن تأخذ في الاعتبار الحالة التي تم تصميم الكبل من أجلها. من الممكن أن تكون الطاقة الإجمالية لأجهزة التشغيل أعلى. الخيار الأفضل هو ربط المستهلكين بالفروع الفردية

الحل:

الخطوة رقم 1. نحسب مقاومة السلك النحاسي باستخدام الجدول 9:

R = 2 * (0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47 أوم

الخطوة رقم 2. التيار المتدفق على طول الموصل:

أنا = 7000/220 = 31.8 أ

الخطوة رقم 3. انخفاض الجهد على السلك:

ش_وسادة = 31.8 * 0.47 = 14.95 فولت

الخطوة رقم 4. نحسب النسبة المئوية لانخفاض الجهد:

ش_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

الخلاصة: لتوصيل آلة اللحام ، مطلوب موصل مع مقطع عرضي كبير.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

حساب المقطع العرضي للموصل وفقًا للصيغ:

توصيات المتخصصين في اختيار منتجات الكابلات والأسلاك:

الحسابات المذكورة أعلاه صالحة لموصلات النحاس والألمنيوم للاستخدام الصناعي. بالنسبة للأنواع الأخرى من الموصلات ، يتم حساب إجمالي نقل الحرارة مسبقًا.

بناءً على هذه البيانات ، يتم حساب الحد الأقصى الحالي للقدرة على التدفق عبر الموصل دون التسبب في تسخين مفرط.

إذا كان لديك أي أسئلة حول منهجية حساب المقطع العرضي للكابل أو إذا كنت ترغب في مشاركة التجربة الشخصية ، فيرجى ترك التعليقات على هذه المقالة. يقع صندوق التعليقات أدناه.