Càlcul de la secció de cable per potència i corrent: com calcular el cablejat correctament

Tens previst fer modernització de la xarxa elèctrica o a més d’estendre la línia elèctrica a la cuina per connectar una nova estufa elèctrica? Aquí, és útil un mínim coneixement sobre la secció del conductor i l'efecte d'aquest paràmetre sobre la potència i l'amperatge.

D’acord que un càlcul incorrecte de la secció de cable comporta un sobreescalfament i un curtcircuit o costos injustificats.

És molt important realitzar càlculs en l’etapa de disseny, ja que la fallada del cablejat ocult i la substitució posterior estan carregats de costos importants. T’ajudarem a abordar les complexitats dels càlculs per tal d’evitar problemes durant el major funcionament de la xarxa elèctrica.

Per tal de no carregar-vos amb càlculs complexos, hem seleccionat fórmules i opcions de càlcul comprensibles, proporcionem informació de forma accessible, proporcionant explicacions a les fórmules. També es van afegir fotos temàtiques i materials de vídeo a l’article, que permeten entendre clarament l’essència del tema a considerar.

Càlcul de la secció segons la potència dels consumidors

L’objectiu principal dels conductors és el subministrament d’energia elèctrica als consumidors en la quantitat necessària. Atès que els superconductors no estan disponibles en condicions de funcionament normals, cal tenir en compte la resistència del material conductor.

Càlcul de la secció necessària conductors i cables depenent de la capacitat total dels consumidors en funció de l’experiència operativa a llarg termini.

Comencem el procés general de càlcul primer realitzant els càlculs mitjançant la fórmula:

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

On:

• Pàg - la potència de tots els consumidors connectats a la sucursal calculada en Watts.
• P1, P2, PN - potència del primer consumidor, la segona, n-th, respectivament, en watts.

Un cop rebut el resultat al final dels càlculs segons la fórmula anterior, ha arribat el moment de recórrer a les dades de la taula.

Ara heu de triar la secció necessària segons la taula 1.

Taula 1. La secció transversal dels fils sempre s'ha de seleccionar al costat més gran més proper (+)

Etapa 1: càlcul de la potència reactiva i activa

Les capacitats dels consumidors s’indiquen als documents de l’equip. Normalment, les classificacions dels equips indiquen una potència activa juntament amb una potència reactiva.

Els dispositius amb un tipus de càrrega activa converteixen tota l’energia elèctrica rebuda, tenint en compte l’eficiència, en un treball útil: mecànic, tèrmic o la seva altra forma.

Els dispositius de càrrega activa inclouen làmpades incandescents, calefactors i estufes elèctriques.

Per a aquests dispositius, el càlcul de la potència per corrent i tensió té la forma següent:

P = U * I,

On:

• Pàg - potència en watts;
• U - tensió en V;
• Jo - força actual en A.

Els dispositius amb un tipus de càrrega reactiva poden acumular energia des de la font i després tornar-la. Aquest intercanvi es produeix a causa del desplaçament del corrent sinusoïdal i de la tensió sinusoïdal.

En el desplaçament de fase zero, la potència P = U * I sempre té un valor positiu. Aquest gràfic de les fases de corrent i tensió són dispositius amb un tipus de càrrega activa (I, corrent i, corrent, U, tensió, nombre π-pi, igual a 3,14)

Els dispositius de potència reactiva inclouen motors elèctrics, dispositius electrònics de totes les mides i propòsits i transformadors.

Quan hi ha un canvi de fase entre el corrent sinusoidal i el voltatge sinusoidal, la potència P = U * I pot ser negativa (I, i és la corrent, U, u és la tensió, π és el nombre pi igual a 3,14). El dispositiu d’energia reactiva retorna l’energia emmagatzemada de nou a la font

Les xarxes elèctriques es construeixen de manera que puguin transmetre energia elèctrica en una direcció des de la font fins a la càrrega.

Per tant, l’energia retornada del consumidor amb una càrrega reactiva és paràsita i es gasta en conductors d’escalfament i altres components.

La potència reactiva depèn de l’angle de fase entre la tensió i els sinusoides de corrent. L’angle de fase s’expressa en termes de cosφ.

Per trobar tota la potència, utilitzeu la fórmula:

P = Q / cosφ,

On P - potència reactiva en VA.

Normalment, les dades del passaport al dispositiu indiquen potència reactiva i cosφ.

Exemple: al passaport el perforador mostra una potència reactiva de 1200 VAR i cosφ = 0,7. Per tant, el consum d'energia total serà igual a:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Si no es trobava cosφ, per a la gran majoria dels electrodomèstics, cosφ es pot considerar igual a 0,7.

Etapa 2: cerca de simultaneïtat i proporcions de marge

K - coeficient de simultaneïtat sense dimensions, mostra quants consumidors poden incloure simultàniament a la xarxa. Poques vegades passa que tots els dispositius consumeixin electricitat alhora.

El funcionament simultani del centre de TV i música és poc probable. De la pràctica establerta, es pot extreure K igual a 0,8. Si voleu utilitzar tots els consumidors al mateix temps, s'hauria de considerar K igual a 1.

J - factor de seguretat sense dimensions Caracteritza la creació d’una reserva d’energia per als futurs consumidors.

El progrés no s’atura, cada any s’inventen aparells elèctrics nous i sorprenents. El 2050 s’espera que el consum d’electricitat arribi al 84%. Típicament, se suposa que J és de 1,5 a 2,0.

Etapa 3: realització d'un càlcul geomètric

En tots els càlculs elèctrics, es pren l'àrea de secció del conductor: la secció central. Mesurat en mm².

Sovint cal aprendre a calcular correctament diàmetre del filferro conductor de filferro.

En aquest cas, hi ha una fórmula geomètrica simple per a un fil rodó monolític:

S = π * R² = π * D²/4o viceversa

D = √ (4 * S / π)

Per a conductors de secció rectangular:

S = h * m,

On:

• S - àrea del nucli en mm²;
• R - radi del nucli en mm;
• D - diàmetre del nucli en mm;
• h, m - amplada i alçada, respectivament, en mm;
• π És el nombre pi igual a 3,14.

Si compreu un filferro en el qual un conductor es compon de molts cables torçats de secció circular, el càlcul es realitza segons la fórmula:

S = N * D²/1,27,

On N - el nombre de cables de la vena.

Els fils amb nuclis torçats de diversos fils tenen, en general, una millor conductivitat que els fils monolítics. Això es deu a les peculiaritats del corrent que circula per un conductor circular.

El corrent elèctric és el moviment de les mateixes càrregues al llarg del conductor. Les càrregues del mateix nom es repel·len, per tant, la densitat de distribució de càrrega es desplaça a la superfície del conductor.

Un altre avantatge dels cables filats és la seva flexibilitat i resistència mecànica. Els cables monolítics són més barats i s’utilitzen principalment per a instal·lacions fixes.

Etapa # 4: calculeu la secció de potència en pràctica

Repte: el poder total dels consumidors a la cuina és de 5000 watts (el que significa que es recomana la potència de tots els consumidors reactius). Tots els consumidors estan connectats a una xarxa monofàsica de 220 V i disposen d’alimentació d’una branca.

Taula 2. Si voleu connectar consumidors addicionals en el futur, la taula mostra les capacitats necessàries dels electrodomèstics comuns (+)

Solució:

Se suposa que el coeficient de simultaneïtat K és igual a 0,8. La cuina és un lloc d’innovació constant, no t’importa, un factor de seguretat de J = 2.0. La capacitat total estimada serà:

P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW

Utilitzant el valor de la potència de disseny, busquem el valor més proper a la taula 1.

La secció de conductor més adequada per a una xarxa monofàsica és un conductor de coure amb una secció de 4 mm². Mida similar al filferro amb nucli d'alumini de 6 mm².

Per al cablejat d’un sol nucli, el diàmetre mínim serà de 2,3 mm i 2,8 mm, respectivament. En el cas d’una opció multicor, s’afegeix la secció transversal de nuclis individuals.

Càlcul de la secció transversal actual

Els càlculs de la secció necessària per a la corrent i la potència de cables i cables presentaran resultats més precisos. Aquests càlculs permeten avaluar l'efecte general de diversos factors sobre els conductors, com ara càrrega tèrmica, grau de filferro, tipus de junta, condicions de funcionament, etc.

Tot el càlcul es realitza durant els passos següents:

• selecció d'energia de tots els consumidors;
• càlcul de corrents que passen pel conductor;
• selecció d'una secció transversal adequada segons les taules.

Per a aquesta versió del càlcul, es pren la potència actual dels consumidors amb tensió sense tenir en compte factors de correcció. Es tindran en compte a l’hora de resumir la fortalesa actual.

Etapa # 1: càlcul de la força actual mitjançant les fórmules

Per a aquells que han oblidat el curs de física de l'escola, oferim les fórmules bàsiques en forma de diagrama gràfic com a full de trampes visuals:

La "roda clàssica" demostra la interconnexió de fórmules i la interdependència de les característiques del corrent elèctric (força de corrent I, potència P, tensió U, radi del nucli R)

Escrivim la dependència de la força actual I de la potència P i la tensió de línia U:

I = P / U_l,

On:

• Jo - força actual, presa en amperis;
• Pàg - potència en watts;
• U_l - tensió de línia en volts.

La tensió lineal en el cas general depèn de la font d’alimentació, és monofàsica i trifàsica.

La relació del voltatge lineal i de fase:

1. U_l = U * cosφ en cas de tensió monofàsica.
2. U_l = U * √3 * cosφ en cas de tensió trifàsica.

Per als consumidors elèctrics domèstics, prengui cosφ = 1, de manera que es pot reescriure la tensió lineal:

1. U_l = 220 V per a tensió monofàsica.
2. U_l = 380 V per a tensió trifàsica.

A continuació, resumim tots els corrents consumits per la fórmula:

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

On:

• Jo - corrent total en amperis;
• I1..IN - la fortalesa actual de cada consumidor en ampères;
• K - coeficient de simultaneïtat;
• J - factor de seguretat.

Els coeficients K i J tenen els mateixos valors que es van utilitzar en el càlcul de la potència total.

Hi pot haver un cas quan en una xarxa trifàsica flueix un corrent de força desigual a través de diferents conductors de fase.

Això succeeix quan els consumidors monofàsics i els trifàsics estan connectats simultàniament a un cable trifàsic. Per exemple, una màquina trifàsica i una il·luminació monofàsica.

Sorgeix una pregunta natural: com es calcula la secció transversal d'un filferro en aquests casos? La resposta és senzilla: els càlculs es fan per al conductor més carregat.

Etapa 2: escollint una secció adequada segons les taules

A les regles per al funcionament d'instal·lacions elèctriques (PES), es proporcionen diverses taules per triar la secció de nucli de cable necessària.

La conductivitat del conductor depèn de la temperatura. Per als conductors metàl·lics, la resistència augmenta augmentant la temperatura.

Quan se supera un llindar determinat, el procés es fa autosuficient: com més gran sigui la resistència, més alta és la temperatura, més alta serà la resistència, etc. fins que el conductor es cremi o provoqui un curtcircuit.

Les dues taules següents (3 i 4) mostren la secció dels conductors en funció dels corrents i del mètode d'instal·lació.

Taula 3. Primer, heu de triar el mètode per col·locar els cables, depèn de l'eficàcia del refredament (+)

El cable difereix del cable pel fet que tots els cables amb el seu propi aïllament al cable es torcen en un paquet i es tanquen en una funda aïllant comuna. Hi ha més detalls sobre les diferències i tipus de productes per cable mitjançant aquest document article.

Taula 4. Un mètode obert està indicat per a tots els valors de la secció dels conductors, però, a la pràctica, les seccions inferiors a 3 mm2 no estan disposades obertament per raons de resistència mecànica (+)

Quan s'utilitzen taules, els següents factors s'apliquen al corrent continu admissible:

• 0,68 si vivien 5-6;
• 0,63 si vivien 7-9;
• 0,6 si visquessin 10-12.

Els valors actuals s'apliquen sobre els valors actuals de la columna "oberta".

El nombre de conductors de zero i de terra no s’inclouen.

Segons les normes PES, l’elecció de la secció transversal del nucli zero segons el corrent continu admissible es fa com a mínim al 50% del nucli de fase.

Les dues taules següents (5 i 6) mostren la dependència del corrent continu admissible en posar-lo al terra.

Taula 5. Dependències de corrent continu admissibles per a cables de coure en posar-se a l'aire o terra

Les càrregues actuals en obrir-se i en aprofundir al terra són diferents. Es prenen iguals si es posa a terra mitjançant safates.

Taula 6. Dependències de corrent continu admissibles per a cables d'alumini en disposició a l'aire o terra

La taula següent (7) s'aplica a la disposició de les línies d'alimentació temporal (transport, si són d'ús privat).

Taula 7. Corrent continu admissible quan s’utilitzen cordons de mànega portàtils, mànega portable i cables de mina, projectors, cables portàtils flexibles. S'utilitzen només conductors de coure

Quan poseu cables a terra, a més de les propietats d’eliminació de calor, cal tenir en compte la resistivitat, que es reflecteix a la taula següent (8):

Taula 8. Factor de correcció en funció del tipus i resistivitat del sòl per a un corrent continu admissible, quan es calcula la secció de cable (+)

Càlcul i selecció de conductors de coure de fins a 6 mm² o alumini de fins a 10 mm² realitzat com a corrent continu.

En cas de seccions grans, és possible aplicar un factor de reducció:

0,875 * √T_pàg

on T_pàg - la relació de la durada de la inclusió amb la durada del cicle.

La durada de la inclusió es pren a partir del càlcul de no més de 4 minuts. En aquest cas, el cicle no hauria de superar els 10 minuts.

A l’hora d’escollir un cable per cablejar electricitat casa de fusta es presta una atenció especial a la seva resistència al foc.

Etapa # 3: càlcul de la secció transversal del conductor actual mitjançant un exemple

Repte: calculeu la secció necessària cable de coure per connectar:

• Màquina trifàsica de 4000 W;
• Soldadura trifàsica 6000 W;
• electrodomèstics de la casa amb una capacitat total de 25.000 watts;

La connexió es farà mitjançant un cable de cinc nuclis (conductors trifàsics, un neutre i un de terra) posats a terra.

L’aïllament dels productes per cable es calcula sobre un valor específic de la tensió de funcionament. Cal tenir en compte que la tensió de funcionament del fabricant del seu producte ha de ser superior a la de la xarxa

Solució.

Pas 1. Calculem la tensió lineal d’una connexió trifàsica:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Pas 2. Els electrodomèstics, les màquines-eina i les màquines de soldadura tenen potència reactiva, de manera que la potència de les maquinàries i els equips serà:

Pàg_d’aquells = 25000 / 0,7 = 35700 W

Pàg_rev = 10000 / 0,7 = 14300 W

Pas 3. Corrent necessari per connectar electrodomèstics:

Jo_d’aquells = 35700/220 = 162 A

Pas # 4. Corrent necessari per a connectar equips:

Jo_rev = 14300/380 = 38 A

Pas 5. El corrent necessari per connectar electrodomèstics es calcula a partir del càlcul d’una fase. Segons la condició del problema, hi ha tres fases. En conseqüència, el corrent es pot distribuir per fases. Per senzillesa, suposem una distribució uniforme:

Jo_d’aquells = 162/3 = 54 A

Pas 6. Corrent per fase:

Jo_f = 38 + 54 = 92 A

Pas 7 Els equips i els electrodomèstics no funcionaran al mateix temps, excepte per això que posarem un marge igual a 1,5. Després d'aplicar els factors de correcció:

Jo_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Pas 8. Tot i que el cable conté 5 nuclis, només es tenen en compte els nuclis de tres fases. Segons la taula 8, en una columna d’un cable de tres nuclis a terra, trobem que un corrent de 115 A correspon a una secció transversal d’un nucli de 16 mm².

Pas 9. Segons la taula 8, apliquem el factor de correcció en funció de les característiques de la terra. Per a un tipus de terra normal, el coeficient és 1.

Pas # 10. Opcional, calculeu el diàmetre del nucli:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Si el càlcul s'ha fet només per potència, sense tenir en compte les característiques del cable, la secció transversal del nucli serà de 25 mm². El càlcul de la força actual és més complicat, però, a vegades, estalvia diners considerables, sobretot quan es tracta de cables d’alimentació de diversos nuclis.

Podeu llegir més informació sobre la relació entre tensió i corrent aquí.

Càlcul de caiguda de tensió

Qualsevol conductor, excepte els superconductors, té resistència. Per tant, amb una longitud suficient del cable o filferro, es produeix una caiguda de tensió.

Les normes PES exigeixen que la secció transversal del nucli del cable sigui tal que la caiguda de tensió no sigui superior al 5%.

Taula 9. Resistivitat dels conductors metàl·lics comuns (+)

Es tracta principalment de cables de baixa tensió de secció petita.

El càlcul de la caiguda de tensió és el següent:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_coixinet = I * R,

U_% = (U_coixinet / U_lin) * 100,

On:

• 2 - coeficient degut al fet que el corrent flueix necessàriament en dos nuclis;
• R - resistència al conductor, Ohm;
• ρ - resistència específica del conductor, Ohm * mm²/ m;
• S - secció de conductor, mm²;
• U_coixinet - caiguda de tensió, V;
• U_% - caiguda de tensió respecte a U_lin,%.

Mitjançant fórmules, podeu realitzar els càlculs necessaris de manera independent.

Porteu un exemple de càlcul

Repte: calculeu la caiguda de tensió per a un fil de coure amb una secció d’un nucli d’1,5 mm². Es necessita un filferro per connectar una soldadora elèctrica monofàsica amb una potència total de 7 kW. Longitud del filferro 20 m.

Si voleu connectar una soldadora domèstica a la branca de la xarxa, heu de tenir en compte la situació per a la qual està dissenyat el cable. És possible que la potència total dels dispositius operatius pugui ser superior. La millor opció és connectar els consumidors a les branques individuals

Solució:

Pas 1. Calculem la resistència del fil de coure mitjançant la taula 9:

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

Pas 2. El corrent que circula pel conductor:

I = 7000/220 = 31,8 A

Pas 3. Baixada de tensió al filferro:

U_coixinet = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Pas # 4. Calculem el percentatge de caiguda de tensió:

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

Conclusió: per connectar la soldadora cal un conductor amb una secció gran.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

El càlcul de la secció del conductor segons les fórmules:

Recomanacions d'especialistes en la selecció de productes de cable i filferro:

Els càlculs anteriors són vàlids per a conductors d’alumini i coure d’ús industrial. Per a altres tipus de conductors, es calcula prèviament la transferència de calor total.

A partir d’aquestes dades, es calcula el màxim corrent capaç de fluir pel conductor sense provocar un escalfament excessiu.

Si teniu dubtes sobre la metodologia per calcular la secció de cable o si voleu compartir experiència personal, deixeu comentaris sobre aquest article. El quadre de comentaris es troba a sota.