Berechnung des Kabelquerschnitts nach Leistung und Strom: Wie berechnet man die Verkabelung richtig?

Planen Sie das zu tun? Modernisierung des Stromnetzes oder zusätzlich die Stromleitung zur Küche verlängern, um einen neuen Elektroherd anzuschließen? Hier sind minimale Kenntnisse über den Querschnitt des Leiters und die Auswirkung dieses Parameters auf Leistung und Stromstärke nützlich.

Stimmen Sie zu, dass eine falsche Berechnung des Kabelquerschnitts zu Überhitzung und Kurzschluss oder zu ungerechtfertigten Kosten führt.

Es ist sehr wichtig, Berechnungen in der Entwurfsphase durchzuführen, da der Ausfall versteckter Verkabelungen und der anschließende Austausch mit erheblichen Kosten verbunden sind. Wir helfen Ihnen, die Feinheiten der Berechnungen zu bewältigen, um Probleme beim weiteren Betrieb des Stromnetzes zu vermeiden.

Um Sie nicht mit komplexen Berechnungen zu belasten, haben wir verständliche Formeln und Berechnungsoptionen ausgewählt, Informationen in zugänglicher Form bereitgestellt und die Formeln mit Erläuterungen versehen. Außerdem wurden dem Artikel thematische Fotos und Videomaterialien hinzugefügt, die es ermöglichen, das Wesentliche des betreffenden Themas klar zu verstehen.

Berechnung des Querschnitts durch die Macht der Verbraucher

Der Hauptzweck der Leiter ist die Lieferung elektrischer Energie an Verbraucher in der erforderlichen Menge. Da unter normalen Betriebsbedingungen keine Supraleiter verfügbar sind, muss der Widerstand des Leitermaterials berücksichtigt werden.

Berechnung des erforderlichen Abschnitts Leiter und Kabel abhängig von der Gesamtkapazität der Verbraucher basierend auf langjähriger Betriebserfahrung.

Wir beginnen den allgemeinen Berechnungsprozess, indem wir zuerst die Berechnungen mit der folgenden Formel durchführen:

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

Wo:

• P. - die Leistung aller an den berechneten Zweig angeschlossenen Verbraucher in Watt.
• P1, P2, PN - Leistung des ersten Verbrauchers, des zweiten, n-ten in Watt.

Nachdem das Ergebnis am Ende der Berechnungen gemäß der obigen Formel erhalten worden war, war es Zeit, sich den Tabellendaten zuzuwenden.

Nun müssen Sie den gewünschten Abschnitt gemäß Tabelle 1 auswählen.

Tabelle 1. Der Querschnitt der Drähte muss immer auf der nächstgrößeren Seite (+) ausgewählt werden.

Stufe 1 - Berechnung der Blind- und Wirkleistung

Die Kapazitäten der Verbraucher sind in den Unterlagen für das Gerät angegeben. In der Regel geben die Gerätebewertungen die Wirkleistung zusammen mit der Blindleistung an.

Geräte mit einem aktiven Lasttyp wandeln die gesamte empfangene elektrische Energie unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads in nützliche Arbeit um: mechanische, thermische oder andere Form.

Zu den aktiven Lastgeräten gehören Glühlampen, Heizungen und Elektroherde.

Für solche Geräte hat die Berechnung der Leistung für Strom und Spannung die Form:

P = U * I.,

Wo:

• P. - Leistung in Watt;
• U. - Spannung in V;
• Ich - Stromstärke in A.

Geräte mit einem reaktiven Lasttyp können Energie aus der Quelle ansammeln und dann zurückgeben. Ein solcher Austausch erfolgt aufgrund der Verschiebung des Sinusstroms und der Sinusspannung.

Bei einer Phasenverschiebung von Null hat die Leistung P = U * I immer einen positiven Wert. Ein solches Diagramm der Phasen von Strom und Spannung sind Geräte mit einem aktiven Lasttyp (I, i - Strom, U, u - Spannung, π - pi Zahl, gleich 3,14).

Blindleistungsgeräte umfassen Elektromotoren, elektronische Geräte aller Größen und Zwecke sowie Transformatoren.

Wenn es eine Phasenverschiebung zwischen dem sinusförmigen Strom und der sinusförmigen Spannung gibt, kann die Leistung P = U * I negativ sein (I, i ist der Strom, U, u ist die Spannung, π ist die Zahl pi gleich 3,14). Das Blindleistungsgerät gibt die gespeicherte Energie an die Quelle zurück

Elektrische Netze sind so aufgebaut, dass sie elektrische Energie in einer Richtung von der Quelle zur Last übertragen können.

Daher ist die zurückgegebene Energie des Verbrauchers mit einer reaktiven Last parasitär und wird für Heizleiter und andere Komponenten verwendet.

Die Blindleistung ist abhängig vom Phasenwinkel zwischen den Spannungs- und Stromsinuskurven. Der Phasenwinkel wird als cosφ ausgedrückt.

Verwenden Sie die Formel, um die volle Leistung zu finden:

P = Q / cosφ,

Wo Q. - Blindleistung in VA.

Typischerweise geben die Passdaten auf dem Gerät Blindleistung und cosφ an.

Beispiel: Im Pass zeigt der Perforator eine Blindleistung von 1200 VAR und cosφ = 0,7. Daher beträgt der Gesamtstromverbrauch:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W.

Wenn cosφ nicht gefunden werden konnte, kann für die überwiegende Mehrheit der elektrischen Haushaltsgeräte cosφ gleich 0,7 angenommen werden.

Stufe 2 - Suche nach Gleichzeitigkeit und Margenverhältnissen

K. - Der dimensionslose Gleichzeitigkeitskoeffizient zeigt an, wie viele Verbraucher gleichzeitig in das Netzwerk aufgenommen werden können. Es kommt selten vor, dass alle Geräte gleichzeitig Strom verbrauchen.

Ein gleichzeitiger Betrieb des Fernseh- und Musikzentrums ist unwahrscheinlich. Aus der gängigen Praxis kann K gleich 0,8 genommen werden. Wenn Sie alle Verbraucher gleichzeitig verwenden möchten, sollte K gleich 1 sein.

J. - dimensionsloser Sicherheitsfaktor. Es kennzeichnet die Schaffung einer Gangreserve für zukünftige Verbraucher.

Der Fortschritt steht nicht still, jedes Jahr werden neue und überraschende neue und nützliche Elektrogeräte erfunden. Bis 2050 soll der Stromverbrauch 84% erreichen. Typischerweise wird angenommen, dass J zwischen 1,5 und 2,0 liegt.

Stufe 3 - Durchführen einer geometrischen Berechnung

Bei allen elektrischen Berechnungen wird die Leiterquerschnittsfläche genommen - der Kernabschnitt. Gemessen in mm².

Es ist oft notwendig zu lernen, wie man richtig berechnet Drahtdurchmesser Drahtleiter.

In diesem Fall gibt es eine einfache geometrische Formel für einen monolithischen Runddraht:

S = π * R.² = π * D.²/4, oder umgekehrt

D = √ (4 · S / π)

Für Leiter mit rechteckigem Querschnitt:

S = h * m,

Wo:

• S. - Kernfläche in mm²;
• R. - Radius des Kerns in mm;
• D. - Kerndurchmesser in mm;
• h, m - Breite bzw. Höhe in mm;
• π Ist die Zahl pi gleich 3,14?

Wenn Sie einen Litzendraht kaufen, bei dem ein Leiter aus vielen verdrillten Drähten mit kreisförmigem Querschnitt besteht, erfolgt die Berechnung nach folgender Formel:

S = N * D.²/1,27,

Wo N. - die Anzahl der Drähte in der Vene.

Drähte mit verdrillten Kernen mehrerer Drähte haben im Allgemeinen eine bessere Leitfähigkeit als monolithische Drähte. Dies ist auf die Besonderheiten des Stroms zurückzuführen, der durch einen kreisförmigen Leiter fließt.

Elektrischer Strom ist die Bewegung der gleichen Ladungen entlang des Leiters. Die gleichnamigen Ladungen stoßen ab, daher wird die Ladungsverteilungsdichte zur Oberfläche des Leiters verschoben.

Ein weiterer Vorteil von Litzendrähten ist ihre Flexibilität und mechanische Beständigkeit. Monolithische Drähte sind billiger und werden hauptsächlich für die feste Installation verwendet.

Stufe 4 - Berechnen Sie den Leistungsteil in der Praxis

Herausforderung: Die Gesamtleistung der Verbraucher in der Küche beträgt 5000 Watt (was bedeutet, dass die Leistung aller reaktiven Verbraucher nachgezählt wird). Alle Verbraucher sind an ein einphasiges 220-V-Netz angeschlossen und werden von einem Zweig mit Strom versorgt.

Tabelle 2. Wenn Sie in Zukunft weitere Verbraucher anschließen möchten, zeigt die Tabelle die erforderlichen Kapazitäten gängiger Haushaltsgeräte (+).

Lösung:

Der Gleichzeitigkeitskoeffizient K wird mit 0,8 angenommen. Die Küche ist ein Ort ständiger Innovation, egal, ein Sicherheitsfaktor von J = 2,0. Die geschätzte Gesamtkapazität beträgt:

P = 5000 · 0,8 · 2 = 8000 W = 8 kW

Unter Verwendung des Werts der Entwurfsleistung suchen wir in Tabelle 1 nach dem nächstgelegenen Wert.

Der am besten geeignete Leiterquerschnitt für ein einphasiges Netzwerk ist ein Kupferleiter mit einem Querschnitt von 4 mm². Ähnliche Drahtgröße mit Aluminiumkern 6 mm².

Bei einadrigen Verdrahtungen beträgt der Mindestdurchmesser 2,3 mm bzw. 2,8 mm. Bei einer Multicore-Option wird der Querschnitt der einzelnen Kerne addiert.

Berechnung des aktuellen Querschnitts

Berechnungen des erforderlichen Querschnitts für Strom und Leistung von Kabeln und Drähten liefern genauere Ergebnisse. Solche Berechnungen ermöglichen es, die allgemeine Auswirkung verschiedener Faktoren auf Leiter zu bewerten, einschließlich thermischer Belastung, Drahtqualität, Art der Dichtung, Betriebsbedingungen usw.

Die gesamte Berechnung wird in folgenden Schritten durchgeführt:

• Stromauswahl aller Verbraucher;
• Berechnung der durch den Leiter fließenden Ströme;
• Auswahl eines geeigneten Querschnitts gemäß den Tabellen.

Bei dieser Version der Berechnung wird die aktuelle Leistung von Verbrauchern mit Spannung ohne Berücksichtigung von Korrekturfaktoren berücksichtigt. Sie werden bei der Summierung der aktuellen Stärke berücksichtigt.

Stufe 1 - Berechnung der Stromstärke anhand der Formeln

Für diejenigen, die den Schulphysikkurs vergessen haben, bieten wir die Grundformeln in Form eines grafischen Diagramms als visuellen Spickzettel an:

Das "Classic Wheel" demonstriert die Verbindung von Formeln und die gegenseitige Abhängigkeit der Eigenschaften des elektrischen Stroms (I - Stromstärke, P - Leistung, U - Spannung, R - Kernradius).

Schreiben wir die Abhängigkeit der Stromstärke I von der Leistung P und der Netzspannung U:

I = P / U._l,

Wo:

• Ich - Stromstärke in Ampere;
• P. - Leistung in Watt;
• U._l - Netzspannung in Volt.

Die lineare Spannung hängt im allgemeinen Fall von der Stromquelle ab, sie ist einphasig und dreiphasig.

Das Verhältnis von linearer Spannung und Phasenspannung:

1. U._l = U * cosφ bei einphasiger Spannung.
2. U._l = U * √3 * cosφ bei dreiphasiger Spannung.

Nehmen Sie für elektrische Haushaltsverbraucher cosφ = 1, damit die lineare Spannung umgeschrieben werden kann:

1. U._l = 220 V. für einphasige Spannung.
2. U._l = 380 V. für dreiphasige Spannung.

Als nächstes fassen wir alle von der Formel verbrauchten Ströme zusammen:

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

Wo:

• Ich - Gesamtstrom in Ampere;
• I1..IN - aktuelle Stärke jedes Verbrauchers in Ampere;
• K. - Gleichzeitigkeitskoeffizient;
• J. - Sicherheitsfaktor.

Die Koeffizienten K und J haben die gleichen Werte, die bei der Berechnung der Gesamtleistung verwendet wurden.

Es kann vorkommen, dass in einem Dreiphasennetz ein Strom ungleicher Stärke durch verschiedene Phasenleiter fließt.

Dies geschieht, wenn einphasige Verbraucher und dreiphasige Verbraucher gleichzeitig an ein dreiphasiges Kabel angeschlossen werden. Beispielsweise werden eine dreiphasige Maschine und eine einphasige Beleuchtung mit Strom versorgt.

Es stellt sich natürlich die Frage: Wie berechnet sich in solchen Fällen der Querschnitt eines Litzendrahtes? Die Antwort ist einfach: Die Berechnungen werden für den am stärksten belasteten Leiter durchgeführt.

Stufe 2 - Auswahl eines geeigneten Abschnitts gemäß den Tabellen

In den Regeln für den Betrieb elektrischer Anlagen (PES) sind eine Reihe von Tabellen zur Auswahl des erforderlichen Kabelkernabschnitts angegeben.

Die Leitfähigkeit des Leiters ist temperaturabhängig. Bei Metallleitern steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur.

Wenn eine bestimmte Schwelle überschritten wird, wird der Prozess selbsttragend: Je höher der Widerstand, desto höher die Temperatur, desto höher der Widerstand usw. bis der Leiter durchbrennt oder einen Kurzschluss verursacht.

Die folgenden beiden Tabellen (3 und 4) zeigen den Querschnitt der Leiter in Abhängigkeit von den Strömen und der Installationsmethode.

Tabelle 3. Zunächst müssen Sie die Methode zum Verlegen der Drähte auswählen. Dies hängt davon ab, wie effizient die Kühlung erfolgt (+).

Das Kabel unterscheidet sich vom Draht dadurch, dass alle Drähte mit ihrer eigenen Isolierung am Kabel zu einem Bündel verdrillt und in einem gemeinsamen Isoliermantel eingeschlossen sind. Weitere Einzelheiten zu den Unterschieden und Arten von Kabelprodukten finden Sie hier Artikel.

Tabelle 4. Für alle Werte des Leiterquerschnitts ist eine offene Methode angegeben. In der Praxis werden Querschnitte unter 3 mm2 aus Gründen der mechanischen Festigkeit jedoch nicht offen verlegt (+).

Bei Verwendung von Tabellen werden folgende Faktoren auf den zulässigen Dauerstrom angewendet:

• 0,68 wenn 5-6 lebten;
• 0,63, wenn 7-9 lebten;
• 0,6 wenn 10-12 lebten.

Abnehmende Koeffizienten werden auf die aktuellen Werte aus der Spalte "Öffnen" angewendet.

Null- und Erdungsleiter sind nicht in der Anzahl der Leiter enthalten.

Gemäß PES-Standards wird die Wahl des Querschnitts des Nullkerns gemäß dem zulässigen Dauerstrom als mindestens 50% des Phasenkerns getroffen.

Die folgenden beiden Tabellen (5 und 6) zeigen die Abhängigkeit des zulässigen Dauerstroms beim Einlegen in den Boden.

Tabelle 5. Zulässige Dauerstromabhängigkeiten für Kupferkabel beim Verlegen in Luft oder Boden

Die aktuelle Last beim Auflegen und beim Eintauchen in den Boden ist unterschiedlich. Sie werden gleich genommen, wenn das Einlegen in den Boden mit Tabletts erfolgt.

Tabelle 6. Zulässige Dauerstromabhängigkeiten für Aluminiumkabel beim Verlegen in Luft oder Boden

Die folgende Tabelle (7) gilt für die Anordnung von temporären Stromversorgungsleitungen (Übertrag, wenn für den privaten Gebrauch).

Tabelle 7. Zulässiger Dauerstrom bei Verwendung von tragbaren Schlauchkabeln, tragbaren Schlauch- und Minenkabeln, Suchscheinwerfern und flexiblen tragbaren Kabeln. Es werden nur Kupferleiter verwendet

Bei der Verlegung von Kabeln im Boden muss zusätzlich zu den Wärmeabfuhr-Eigenschaften der spezifische Widerstand berücksichtigt werden, der in der folgenden Tabelle (8) angegeben ist:

Tabelle 8. Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der Art und dem spezifischen Widerstand des Bodens für den zulässigen Dauerstrom bei der Berechnung des Kabelquerschnitts (+)

Berechnung und Auswahl von Kupferleitern bis 6 mm² oder Aluminium bis 10 mm² durchgeführt wie für Dauerstrom.

Bei großen Querschnitten kann ein Reduktionsfaktor angewendet werden:

0,875 * √T_pv

wo T._pv - das Verhältnis der Dauer des Einschlusses zur Dauer des Zyklus.

Die Einschlussdauer ergibt sich aus der Berechnung von nicht mehr als 4 Minuten. In diesem Fall sollte der Zyklus 10 Minuten nicht überschreiten.

Bei der Auswahl eines Kabels für die Verdrahtung von Strom Holzhaus Besonderes Augenmerk wird auf die Feuerbeständigkeit gelegt.

Stufe 3 - Berechnung des Querschnitts des Stromleiters anhand eines Beispiels

Herausforderung: Berechnen Sie den erforderlichen Querschnitt Kupferkabel zum Anschließen:

• Dreiphasen-Holzbearbeitungsmaschine mit 4000 W;
• 6000 W Dreiphasenschweißgerät;
• Haushaltsgeräte im Haus mit einer Gesamtleistung von 25.000 Watt;

Der Anschluss erfolgt über ein fünfadriges Kabel (drei Phasenleiter, ein Neutralleiter und eine Erdung), das in die Erdung eingelegt ist.

Die Isolierung von Kabelprodukten wird anhand eines bestimmten Werts der Betriebsspannung berechnet. Es ist zu beachten, dass die Betriebsspannung des Herstellers seines Produkts höher sein muss als die Spannung im Netzwerk

Lösung.

Schritt 1. Wir berechnen die lineare Spannung einer dreiphasigen Verbindung:

U._l = 220 * √3 = 380 V.

Schritt 2. Haushaltsgeräte, Werkzeugmaschinen und Schweißgeräte haben Blindleistung, daher beträgt die Leistung von Maschinen und Geräten:

P._{von denen} = 25000 / 0,7 = 35700 W.

P._rev = 10000 / 0,7 = 14300 W.

Schritt 3. Strom zum Anschließen von Haushaltsgeräten erforderlich:

Ich_{von denen} = 35700/220 = 162 A.

Schritt 4. Strom zum Anschließen der Geräte erforderlich:

Ich_rev = 14300/380 = 38 A.

Schritt 5. Der für den Anschluss von Haushaltsgeräten erforderliche Strom wird anhand der Berechnung einer Phase berechnet. Je nach Zustand des Problems gibt es drei Phasen. Folglich kann der Strom in Phasen verteilt werden. Der Einfachheit halber nehmen wir eine gleichmäßige Verteilung an:

Ich_{von denen} = 162/3 = 54 A.

Schritt 6. Strom pro Phase:

Ich_f = 38 + 54 = 92 A.

Schritt # 7 Geräte und Haushaltsgeräte funktionieren nicht gleichzeitig, außer dass wir einen Spielraum von 1,5 festlegen. Nach Anwendung der Korrekturfaktoren:

Ich_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A.

Schritt 8. Obwohl das Kabel 5 Adern enthält, werden nur dreiphasige Adern berücksichtigt. Gemäß Tabelle 8 stellen wir in einer Säule eines dreiadrigen Kabels im Boden fest, dass ein Strom von 115 A einem Querschnitt eines Kerns von 16 mm entspricht².

Schritt 9. Gemäß Tabelle 8 wenden wir den Korrekturfaktor in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Erde an. Für einen normalen Landtyp beträgt der Koeffizient 1.

Schritt # 10. Optional berechnen Sie den Kerndurchmesser:

D = √ (4 · 16 / 3,14) = 4,5 mm

Wenn die Berechnung nur mit Strom durchgeführt wurde, ohne die Eigenschaften des Kabels zu berücksichtigen, beträgt der Querschnitt des Kerns 25 mm². Die Berechnung der Stromstärke ist komplizierter, spart jedoch manchmal erheblich Geld, insbesondere bei mehradrigen Stromkabeln.

Sie können mehr über die Beziehung zwischen Spannung und Strom lesen hier.

Berechnung des Spannungsabfalls

Jeder Leiter außer Supraleitern hat einen Widerstand. Daher tritt bei einer ausreichenden Länge des Kabels oder Drahtes ein Spannungsabfall auf.

PES-Standards verlangen, dass der Querschnitt des Kabelkerns so ist, dass der Spannungsabfall nicht mehr als 5% beträgt.

Tabelle 9. Widerstand von gewöhnlichen Metallleitern (+)

Dies betrifft hauptsächlich Niederspannungskabel mit kleinem Querschnitt.

Die Berechnung des Spannungsabfalls ist wie folgt:

R = 2 * (ρ * L) / S.,

U._Pad = I * R.,

U._% = (U._Pad / U._lin) * 100,

Wo:

• 2 - Koeffizient aufgrund der Tatsache, dass der Strom notwendigerweise in zwei Kernen fließt;
• R. - Leiterwiderstand, Ohm;
• ρ - spezifischer Widerstand des Leiters, Ohm * mm²/ m;
• S. - Leiterquerschnitt, mm²;
• U._Pad - Spannungsabfall V;
• U._% - Spannungsabfall in Bezug auf U._lin,%.

Mit Hilfe von Formeln können Sie die erforderlichen Berechnungen unabhängig durchführen.

Berechnungsbeispiel tragen

Herausforderung: Berechnen Sie den Spannungsabfall für einen Kupferdraht mit einem Querschnitt eines Kerns von 1,5 mm². Zum Anschluss eines einphasigen Elektroschweißgeräts mit einer Gesamtleistung von 7 kW wird ein Draht benötigt. Kabellänge 20 m.

Wenn Sie ein Haushaltsschweißgerät an das Stromnetz anschließen möchten, sollten Sie die Situation berücksichtigen, für die das Kabel ausgelegt ist. Es ist möglich, dass die Gesamtleistung der Betriebsgeräte höher ist. Die beste Option besteht darin, Verbraucher mit einzelnen Filialen zu verbinden

Lösung:

Schritt 1. Wir berechnen den Widerstand des Kupferdrahtes anhand von Tabelle 9:

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

Schritt 2. Der Strom fließt entlang des Leiters:

I = 7000/220 = 31,8 A.

Schritt 3. Spannungsabfall am Draht:

U._Pad = 31,8 * 0,47 = 14,95 V.

Schritt 4. Wir berechnen den Prozentsatz des Spannungsabfalls:

U._% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Fazit: Zum Anschluss des Schweißgeräts ist ein Leiter mit großem Querschnitt erforderlich.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die Berechnung des Leiterquerschnitts nach den Formeln:

Empfehlungen von Spezialisten zur Auswahl von Kabel- und Drahtprodukten:

Die obigen Berechnungen gelten für Kupfer- und Aluminiumleiter für den industriellen Einsatz. Für andere Leitertypen wird der gesamte Wärmeübergang vorberechnet.

Basierend auf diesen Daten wird der maximale Strom berechnet, der durch den Leiter fließen kann, ohne eine übermäßige Erwärmung zu verursachen.

Wenn Sie Fragen zur Methode zur Berechnung des Kabelquerschnitts haben oder persönliche Erfahrungen austauschen möchten, hinterlassen Sie bitte Kommentare zu diesem Artikel. Das Feedback-Feld befindet sich unten.