Изчисляване на напречното сечение на кабела по мощност и ток: как да се изчисли правилно окабеляването

Планирате ли да направите модернизация на електропреносната мрежа или в допълнение да удължите електропровода до кухнята, за да свържете нова електрическа печка? Тук са полезни минимални познания за напречното сечение на проводника и ефекта на този параметър върху мощността и ампеража.

Съгласете се, че неправилното изчисляване на напречното сечение на кабела води до прегряване и късо съединение или до неоправдани разходи.

Много е важно да извършите изчисления на етапа на проектиране, тъй като отказът от скрито окабеляване и последващата подмяна е изпълнен със значителни разходи. Ние ще ви помогнем да се справите с тънкостите на изчисленията, за да избегнете проблеми по време на по-нататъшното функциониране на електрическата мрежа.

За да не ви натоварваме със сложни изчисления, подбрахме разбираеми формули и опции за изчисление, предоставихме информация в достъпна форма, предоставяйки формулите с обяснения. Също така към статията бяха добавени тематични снимки и видео материали, които позволяват ясно да се разбере същността на разглеждания въпрос.

Изчисляване на напречното сечение по мощността на потребителите

Основната цел на проводниците е доставянето на електрическа енергия до потребителите в необходимото количество. Тъй като свръхпроводниците не са налични при нормални работни условия, трябва да се вземе предвид съпротивлението на материала на проводника.

Изчисляване на необходимия раздел проводници и кабели в зависимост от общия капацитет на потребителите въз основа на дългосрочен експлоатационен опит.

Започваме общия процес на изчисление, като първо извършваме изчисленията по формулата:

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

когато:

• P - мощността на всички потребители, свързани с изчисления клон във Ват.
• P1, P2, PN - мощност на първия потребител, съответно на втория, n-ти, във ватове.

След като получихме резултата в края на изчисленията съгласно горната формула, беше време да се обърнем към данните от таблицата.

Сега трябва да изберете необходимия раздел в съответствие с таблица 1.

Таблица 1. Напречното сечение на проводниците винаги трябва да бъде избрано в най-близката по-голяма страна (+)

Етап №1 - изчисляване на реактивната и активната мощност

Капацитетите на потребителите са посочени в документите за оборудването. Обикновено оценките на оборудването показват активната мощност заедно с реактивната мощност.

Устройствата с активен тип натоварване превръщат цялата получена електрическа енергия, като се отчита ефективността, в полезна работа: механична, термична или друга форма.

Устройствата с активно натоварване включват лампи с нажежаема жичка, нагреватели и електрически печки.

За такива устройства изчисляването на мощността за ток и напрежение има формата:

P = U * I,

когато:

• P - мощност във ватове;
• U - напрежение във V;
• аз - сила на тока в А.

Устройствата с реактивен тип товар могат да акумулират енергия от източника и след това да го върнат. Такъв обмен се случва поради изместването на синусоидалния ток и синусоидалното напрежение.

При нулево изместване на фазата мощността P = U * I винаги има положителна стойност. Такава графика на фазите на тока и напрежението е налична за устройства с активен тип натоварване (I, i е силата на тока, U, u е напрежението, π е числото pi, равно на 3,14)

Устройствата с реактивна мощност включват електродвигатели, електронни устройства с всякакъв размер и предназначение и трансформатори.

Когато има фазово изместване между синусоидалния ток и синусоидалното напрежение, мощността P = U * I може да бъде отрицателна (I, i е токът, U, u е напрежението, π е числото pi, равно на 3.14). Устройството с реактивна мощност връща съхранената енергия обратно към източника

Електрическите мрежи са изградени по такъв начин, че да могат да предават електрическа енергия в една посока от източника към товара.

Следователно връщаната енергия на потребителя с реактивен товар е паразитна и се изразходва за отоплителни проводници и други компоненти.

Реактивната мощност зависи от фазовия ъгъл между синусоидите на напрежението и тока. Фазовият ъгъл се изразява като cosφ.

За да намерите пълната мощност, използвайте формулата:

P = Q / cosφ,

където Q - реактивна мощност в VA.

Обикновено паспортните данни на устройството показват реактивна мощност и cosφ.

пример: в паспорта перфораторът показва реактивна мощност 1200 VAR и cosφ = 0.7. Следователно, общата консумация на енергия ще бъде равна на:

P = 1200 / 0.7 = 1714 W

Ако cosφ не може да бъде намерен, за по-голямата част от домакинските електрически уреди cosφ може да се приеме равен на 0,7.

Етап №2 - търсене на съотношения на едновременност и марж

K - безразмерният коефициент на едновременност показва колко потребители могат едновременно да бъдат включени в мрежата. Рядко се случва всички устройства едновременно да консумират електричество.

Едновременното функциониране на телевизионния и музикалния център е малко вероятно. От установената практика K може да се приеме равен на 0,8. Ако планирате да използвате всички потребители едновременно, K трябва да се приеме равен на 1.

J - безразмерен коефициент на безопасност Той характеризира създаването на резерв за мощност за бъдещите потребители.

Напредъкът не стои неподвижно, всяка година се измислят нови и изненадващи нови и полезни електрически уреди. До 2050 г. се очаква потреблението на електроенергия да достигне 84%. Обикновено J се приема, че е от 1,5 до 2,0.

Етап №3 - извършване на геометрично изчисление

При всички електрически изчисления се взема площта на напречното сечение на проводника - основното сечение. Измерва се в мм².

Често е необходимо да се научите как правилно да изчислявате диаметър на жицата жичен проводник.

В този случай има проста геометрична формула за монолитна кръгла тел:

S = π * R² = π * D²/4или обратно

D = √ (4 * S / π)

За проводници с правоъгълно сечение:

S = h * m,

когато:

• S - площ на сърцевината в мм²;
• R - радиус на сърцевината в мм;
• D - диаметър на сърцевината в мм;
• ч, м - ширина и височина, съответно, в мм;
• π Числото пи е равно на 3,14.

Ако закупите многожилен проводник, в който един проводник се състои от много усукани проводници с кръгло сечение, тогава изчислението се извършва по формулата:

S = N * D²/1,27,

където N - броят на проводниците във вената.

Проводниците с усукани ядра от няколко проводника имат като цяло по-добра проводимост в сравнение с монолитните проводници. Това се дължи на особеностите на тока, протичащ през кръгов проводник.

Електрическият ток е движението на едни и същи заряди по проводника. Зарядите със същото име се отблъскват, следователно плътността на разпределение на заряда се измества към повърхността на проводника.

Друго предимство на жиците е с гъвкавост и механична устойчивост. Монолитните проводници са по-евтини и се използват главно за фиксиран монтаж.

Етап №4 - изчислете силовия участък на практика

задача: общата мощност на потребителите в кухнята е 5000 вата (което означава, че се преразказва мощността на всички реактивни потребители). Всички потребители са свързани към еднофазна 220 V мрежа и имат захранване от един клон.

Таблица 2. Ако планирате да свържете допълнителни потребители в бъдеще, таблицата показва необходимия капацитет на обикновените домакински уреди (+)

решение:

Коефициентът на едновременност K се приема, че е равен на 0,8. Кухнята е място на постоянни иновации, няма значение, коефициент на безопасност J = 2.0. Общият прогнозен капацитет ще бъде:

P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW

Използвайки стойността на проектната мощност, търсим най-близката стойност в таблица 1.

Най-близкото подходящо напречно сечение на проводника за еднофазна мрежа е меден проводник с напречно сечение от 4 мм², Подобен размер на проводника с алуминиева сърцевина 6 мм².

За едножилни проводници минималният диаметър ще бъде съответно 2,3 мм и 2,8 мм. В случай на многоядрен вариант, напречното сечение на отделните ядра се добавя.

Изчисляване на текущото напречно сечение

Изчисленията на необходимото напречно сечение за ток и мощност на кабели и проводници ще представят по-точни резултати. Такива изчисления позволяват да се оцени общото въздействие на различни фактори върху проводниците, включително термично натоварване, клас на проводника, вид уплътнение, работни условия и др.

Цялото изчисление се извършва по време на следните стъпки:

• избор на мощност на всички потребители;
• изчисляване на токове, преминаващи през проводника;
• избор на подходящо напречно сечение според таблиците.

За тази версия на изчислението се взема текущата мощност на потребителите с напрежение, без да се вземат предвид корекционните фактори. Те ще бъдат взети предвид при сумиране на текущата сила.

Етап №1 - изчисляване на силата на тока по формулите

За тези, които са забравили училищния курс по физика, предлагаме основните формули под формата на графична диаграма като визуален махлен лист:

"Класическото колело" демонстрира взаимосвързаността на формулите и взаимозависимостта на характеристиките на електрическия ток (I - сила на тока, P - мощност, U - напрежение, R - основен радиус)

Нека напишем зависимостта на силата на тока I от мощността P и линейното напрежение U:

I = P / U_л,

когато:

• аз - сила на тока, взета в ампери;
• P - мощност във ватове;
• U_л - линейно напрежение във волта.

Линейното напрежение в общия случай зависи от източника на захранване, то е едно- и трифазно.

Връзката на линейното и фазовото напрежение:

1. U_л = U * cosφ в случай на еднофазно напрежение.
2. U_л = U * √3 * cosφ в случай на трифазно напрежение.

За домакински електрически консуматори вземете cosφ = 1, така че линейното напрежение може да бъде пренаписано:

1. U_л = 220 V за еднофазно напрежение.
2. U_л = 380 V за трифазно напрежение.

След това обобщаваме всички токове, консумирани по формулата:

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

когато:

• аз - общ ток в ампери;
• I1..IN - сила на тока на всеки потребител в ампери;
• K - коефициент на едновременност;
• J - коефициент на безопасност

Коефициентите K и J имат същите стойности, използвани при изчисляване на общата мощност.

Възможно е да има случай, когато в трифазна мрежа ток с неравна сила тече през различни фазови проводници.

Това се случва, когато еднофазни консуматори и трифазни консуматори са свързани към трифазен кабел едновременно. Например, захранва се трифазна машина и еднофазно осветление.

Възниква естествен въпрос: как в тези случаи се изчислява напречното сечение на жица? Отговорът е прост - изчисленията се правят за най-натоварен проводник.

Етап №2 - избор на подходящ участък според таблиците

В правилата за експлоатация на електрически инсталации (PES) са дадени редица таблици за избор на необходимата секция на жилото на кабела.

Проводимостта на проводника зависи от температурата. За металните проводници съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата.

При превишаване на определен праг процесът става самоподдържащ се: колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-висока е температурата, толкова по-високо е съпротивлението и т.н. докато проводникът изгори или не причини късо съединение.

Следващите две таблици (3 и 4) показват напречното сечение на проводниците в зависимост от токовете и метода на монтаж.

Таблица 3. Първо, трябва да изберете метода на полагане на проводниците, зависи от това колко ефективно става охлаждането (+)

Кабелът се различава от проводника по това, че всички проводници със собствена изолация върху кабела са усукани в сноп и затворени в обща изолационна обвивка. Повече подробности за разликите и видовете кабелни продукти са написани в това статия.

Таблица 4. Отворен метод е посочен за всички стойности на напречното сечение на проводниците, но на практика, напречни сечения под 3 mm2 не се полагат открито поради механична якост (+)

При използване на таблици към допустимия непрекъснат ток се прилагат следните фактори:

• 0,68, ако са живели 5-6;
• 0,63, ако са живели 7-9;
• 0,6, ако са живели 10-12.

Намаляващите коефициенти се прилагат към текущите стойности от колоната „отворена“.

Нулевите и заземяващи проводници не са включени в броя на проводниците.

Съгласно стандартите на PES, изборът на напречното сечение на нулевата сърцевина според допустимия непрекъснат ток се прави най-малко 50% от фазовото ядро.

Следващите две таблици (5 и 6) показват зависимостта на допустимия непрекъснат ток при полагането му в земята.

Таблица 5. Допустими зависимости от постоянен ток за медни кабели при полагане във въздух или земя

Текущото натоварване при полагане отворено и при задълбочаване в земята са различни. Те се приемат равни, ако полагането в земята се извършва с помощта на тави.

Таблица 6. Допустими зависимости от непрекъснат ток за алуминиеви кабели при полагане във въздух или земя

Следващата таблица (7) се отнася за подреждането на временни електропроводи (носете, ако са за частна употреба).

Таблица 7. Допустим непрекъснат ток при използване на преносими шланги, преносими маркучи и мина, кабели, прожектори, гъвкави преносими проводници. Използвани са само медни проводници

При полагане на кабели в земята, в допълнение към свойствата за отстраняване на топлина, е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, което е отразено в следната таблица (8):

Таблица 8. Корекционен коефициент в зависимост от вида и съпротивлението на почвата за допустим непрекъснат ток при изчисляване на напречното сечение на кабела (+)

Изчисляване и избор на медни проводници до 6 мм² или алуминий до 10 мм² проведено като за непрекъснат ток.

В случай на големи напречни сечения е възможно да се приложи коефициент на намаляване:

0.875 * √T_НЧ

където T_НЧ - съотношението на продължителността на включването към продължителността на цикъла.

Продължителността на включването се взема от изчислението не повече от 4 минути. В този случай цикълът не трябва да надвишава 10 минути.

Когато избирате кабел за окабеляване на електричество в дървена къща специално внимание се обръща на неговата пожароустойчивост.

Етап №3 - изчисляване на напречното сечение на токовия проводник, като се използва пример

задача: изчислете необходимото напречно сечение меден кабел за свързване:

• Трифазна дървообработваща машина с мощност 4000 W;
• Трифазна машина за заваряване 6000 W;
• домакински уреди в къщата с общ капацитет 25 000 вата;

Свързването ще се извърши чрез петжилен кабел (три фазови проводници, един неутрален и един заземен), положен в земята.

Изолацията на кабелните изделия се изчислява на конкретна стойност на работното напрежение. Трябва да се отбележи, че посоченото от производителя работно напрежение на неговия продукт трябва да бъде по-високо от напрежението в мрежата

Решение.

Стъпка №1. Изчисляваме линейното напрежение на трифазна връзка:

U_л = 220 * √3 = 380 V

Стъпка №2. Домакинските уреди, машините и заваръчните машини имат реактивна мощност, така че мощността на машините и оборудването ще бъде:

P_{от тези} = 25000 / 0.7 = 35700 W

P_Равно = 10000 / 0,7 = 14300 W

Стъпка №3, Ток, необходим за свързване на домакински уреди:

аз_{от тези} = 35700/220 = 162 A

Стъпка №4, Ток, необходим за свързване на оборудване:

аз_Равно = 14300/380 = 38 A

Стъпка №5, Необходимият ток за свързване на домакински уреди се изчислява въз основа на изчислението на една фаза. При условие на проблема има три фази. Следователно токът може да бъде разпределен на фази. За простота приемаме еднакво разпределение:

аз_{от тези} = 162/3 = 54 А

Стъпка # 6. Ток за фаза:

аз_е = 38 + 54 = 92 А

Стъпка # 7 Оборудването и домакинските уреди няма да работят едновременно, с изключение на това ще поставим марж, равен на 1,5. След прилагане на корекционните фактори:

аз_е = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Стъпка # 8. Въпреки че кабелът съдържа 5 ядра, само три фазови ядра се вземат предвид. Според таблица 8 в колона на трижилен кабел в земята откриваме, че ток от 115 A съответства на напречно сечение на сърцевина от 16 mm².

Стъпка # 9, Според таблица 8 прилагаме коригиращия коефициент в зависимост от характеристиките на земята. За нормален тип земя коефициентът е 1.

Стъпка # 10, По избор, изчислете диаметъра на сърцевината:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 мм

Ако изчислението е направено само от мощност, без да се вземат предвид характеристиките на кабела, напречното сечение на сърцевината ще бъде 25 мм², Изчисляването на силата на тока е по-сложно, но понякога спестява значителни пари, особено когато става въпрос за многожилни захранващи кабели.

Можете да прочетете повече за връзката между напрежение и ток тук.

Изчисляване на спада на напрежението

Всеки проводник, с изключение на свръхпроводници, има съпротивление. Следователно, при достатъчна дължина на кабела или жицата, се получава спад на напрежението.

PES стандартите изискват напречното сечение на кабелната сърцевина да бъде такова, че спадът на напрежението е не повече от 5%.

Таблица 9. Съпротивление на обикновените метални проводници (+)

Това се отнася предимно за кабели с ниско напрежение с малко напречно сечение.

Изчисляването на спада на напрежението е както следва:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_тампон = I * R,

U_% = (U_тампон / U_пирен) * 100,

когато:

• 2 - коефициент поради факта, че токът непременно тече в две ядра;
• R - съпротивление на проводника, Ом;
• ρ - специфично съпротивление на проводника, Ом * mm²/ м;
• S - напречно сечение на проводника, мм²;
• U_тампон - спад на напрежението, V;
• U_% - спад на напрежението по отношение на U_пирен,%.

Използвайки формули, можете самостоятелно да извършите необходимите изчисления.

Изпълнете пример за изчисление

задача: изчислете спада на напрежението за меден проводник с напречно сечение на една сърцевина от 1,5 мм², Необходим е проводник за свързване на еднофазна електрическа заваръчна машина с обща мощност от 7 кВт. Дължина на жицата 20 m.

Ако искате да свържете домакинска машина за заваряване към главния клон, трябва да вземете предвид ситуацията, за която е проектиран кабелът. Възможно е общата мощност на работещите устройства да е по-висока. Най-добрият вариант е да свържете потребителите към отделни клонове

решение:

Стъпка №1. Изчисляваме съпротивлението на медната тел, използвайки таблица 9:

R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Стъпка №2. Токът, протичащ по проводника:

I = 7000/220 = 31,8 A

Стъпка №3. Спад на напрежението върху проводника:

U_тампон = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Стъпка №4. Изчисляваме процента на падане на напрежението:

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Заключение: за свързване на заваръчната машина е необходим проводник с голямо напречно сечение.

Изводи и полезно видео по темата

Изчисляването на напречното сечение на проводника според формулите:

Препоръки на специалисти относно избора на кабелни и телени продукти:

Горните изчисления са валидни за медни и алуминиеви проводници за промишлена употреба. За други видове проводници общият топлопренос се изчислява предварително.

Въз основа на тези данни се изчислява максималният ток, способен да тече през проводника, без да причинява прекомерно нагряване.

Ако имате въпроси относно методологията за изчисляване на напречното сечение на кабела или искате да споделите личен опит, моля, оставете коментари към тази статия. Полето за обратна връзка се намира отдолу.