Calcul de la section du câble par la puissance et le courant: comment calculer correctement le câblage

Envisagez-vous de faire modernisation du réseau électrique ou en plus d'étendre la ligne électrique à la cuisine pour connecter un nouveau poêle électrique? Ici, une connaissance minimale de la section efficace du conducteur et de l'effet de ce paramètre sur la puissance et l'ampérage est utile.

Convenir qu'un calcul incorrect de la section du câble entraîne une surchauffe et un court-circuit ou des coûts injustifiés.

Il est très important d'effectuer des calculs au stade de la conception, car la défaillance du câblage caché et le remplacement ultérieur sont lourds de coûts. Nous vous aiderons à gérer les subtilités des calculs afin d'éviter des problèmes lors de la poursuite de l'exploitation du réseau électrique.

Afin de ne pas vous encombrer de calculs complexes, nous avons sélectionné des formules et des options de calcul compréhensibles, fourni des informations sous une forme accessible, fournissant des explications aux formules. De plus, des photos thématiques et du matériel vidéo ont été ajoutés à l'article, ce qui permet de comprendre clairement l'essence de la question à l'examen.

Calcul de la section efficace par la puissance des consommateurs

Le but principal des conducteurs est de fournir de l'énergie électrique aux consommateurs dans la quantité requise. Étant donné que les supraconducteurs ne sont pas disponibles dans des conditions de fonctionnement normales, la résistance du matériau conducteur doit être prise en compte.

Calcul de la section requise conducteurs et câbles en fonction de la capacité totale des consommateurs basée sur une expérience d'exploitation à long terme.

Nous commençons le processus de calcul général en effectuant d'abord les calculs en utilisant la formule:

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

Où:

• P - la puissance de tous les consommateurs connectés à la branche calculée en Watts.
• P1, P2, PN - puissance du premier consommateur, le deuxième, nième, respectivement, en watts.

Ayant reçu le résultat à la fin des calculs selon la formule ci-dessus, il était temps de se tourner vers les données du tableau.

Vous devez maintenant choisir la section requise selon le tableau 1.

Tableau 1. La section des fils doit toujours être sélectionnée du côté le plus grand le plus proche (+)

Étape # 1 - calcul de la puissance réactive et active

Les capacités des consommateurs sont indiquées dans les documents de l'équipement. En règle générale, les caractéristiques nominales de l'équipement indiquent la puissance active ainsi que la puissance réactive.

Les appareils avec un type de charge actif transforment toute l'énergie électrique reçue, en tenant compte de l'efficacité, en travail utile: mécanique, thermique ou autre.

Les appareils à charge active comprennent les lampes à incandescence, les radiateurs et les cuisinières électriques.

Pour de tels appareils, le calcul de la puissance pour le courant et la tension a la forme:

P = U * I,

Où:

• P - puissance en watts;
• U - tension en V;
• Je - force actuelle en A.

Les appareils avec une charge réactive peuvent accumuler de l'énergie de la source, puis la restituer. Un tel échange se produit du fait du déplacement du courant sinusoïdal et de la tension sinusoïdale.

Pour un déphasage nul, la puissance P = U * I a toujours une valeur positive. Un tel graphique des phases de courant et de tension est disponible pour les appareils avec un type de charge actif (I, i est la force du courant, U, u est la tension, π est le nombre pi égal à 3,14)

Les dispositifs de puissance réactive comprennent les moteurs électriques, les dispositifs électroniques de toutes tailles et utilisations et les transformateurs.

Lorsqu'il y a un déphasage entre le courant sinusoïdal et la tension sinusoïdale, la puissance P = U * I peut être négative (I, i est le courant, U, u est la tension, π est le nombre pi égal à 3,14). Le dispositif de puissance réactive renvoie l'énergie stockée à la source

Les réseaux électriques sont construits de manière à pouvoir transmettre l'énergie électrique dans une direction de la source à la charge.

Par conséquent, l'énergie renvoyée par le consommateur avec une charge réactive est parasite et est dépensée pour chauffer les conducteurs et autres composants.

La puissance réactive dépend de l'angle de phase entre les sinusoïdes de tension et de courant. L'angle de phase est exprimé en termes de cosφ.

Pour trouver la pleine puissance, utilisez la formule:

P = Q / cosφ,

O Where Q - puissance réactive en VA.

En règle générale, les données du passeport sur l'appareil indiquent la puissance réactive et le cosφ.

Exemple: dans le passeport, le perforateur affiche une puissance réactive de 1200 VAR et cosφ = 0,7. Par conséquent, la consommation électrique totale sera égale à:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Si le cosφ n'a pas pu être trouvé, pour la grande majorité des appareils électroménagers, le cosφ peut être pris égal à 0,7.

Étape n ° 2 - recherche de simultanéité et de ratios de marge

K - coefficient de simultanéité sans dimension, montre combien de consommateurs peuvent être inclus simultanément dans le réseau. Il arrive rarement que tous les appareils consomment simultanément de l'électricité.

Un fonctionnement simultané du téléviseur et du centre musical est peu probable. D'après la pratique établie, K peut être pris égal à 0,8. Si vous prévoyez d'utiliser tous les consommateurs en même temps, K doit être pris égal à 1.

J - facteur de sécurité sans dimension. Il caractérise la création d'une réserve de marche pour les futurs consommateurs.

Les progrès ne s'arrêtent pas, chaque année de nouveaux et surprenants appareils électriques nouveaux et utiles sont inventés. D'ici 2050, la consommation d'électricité devrait atteindre 84%. En règle générale, J est supposé être de 1,5 à 2,0.

Étape # 3 - Effectuer un calcul géométrique

Dans tous les calculs électriques, la section transversale du conducteur est prise - la section du noyau. Mesuré en mm².

Il est souvent nécessaire d'apprendre à calculer correctement diamètre du fil conducteur de fil.

Dans ce cas, il existe une formule géométrique simple pour un fil rond monolithique:

S = π * R² = π * D²/4ou vice versa

D = √ (4 * S / π)

Pour les conducteurs de section rectangulaire:

S = h * m,

Où:

• S - zone centrale en mm²;
• R - rayon du noyau en mm;
• D - diamètre du noyau en mm;
• h, m - largeur et hauteur, respectivement, en mm;
• π Le nombre pi est-il égal à 3,14?

Si vous achetez un fil toronné, dans lequel un conducteur se compose de nombreux fils ronds torsadés, le calcul est effectué selon la formule:

S = N * D²/1,27,

O Where N - le nombre de fils dans la veine.

Les fils ayant des âmes torsadées de plusieurs fils ont généralement une meilleure conductivité que les fils monolithiques. Cela est dû aux particularités du courant traversant un conducteur circulaire.

Le courant électrique est le mouvement des mêmes charges le long du conducteur. Les charges du même nom repoussent, par conséquent, la densité de distribution des charges est décalée vers la surface du conducteur.

Un autre avantage des fils toronnés est leur flexibilité et leur résistance mécanique. Les fils monolithiques sont moins chers et sont principalement utilisés pour une installation fixe.

Étape # 4 - Calculez la section de puissance dans la pratique

Défi: la puissance totale des consommateurs dans la cuisine est de 5000 watts (ce qui signifie que la puissance de tous les consommateurs réactifs est recomptée). Tous les consommateurs sont connectés à un réseau monophasé 220 V et sont alimentés par une seule branche.

Tableau 2. Si vous prévoyez de connecter d'autres consommateurs à l'avenir, le tableau indique les capacités requises des appareils électroménagers courants (+)

Solution:

Le coefficient de simultanéité K est supposé égal à 0,8. La cuisine est un lieu d'innovation constante, ça ne fait rien, un facteur de sécurité de J = 2.0. La capacité totale estimée sera:

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

En utilisant la valeur de la puissance de conception, nous recherchons la valeur la plus proche dans le tableau 1.

La section de conducteur appropriée la plus proche pour un réseau monophasé est un conducteur en cuivre avec une section de 4 mm². Taille de fil similaire avec âme en aluminium 6 mm².

Pour le câblage unipolaire, le diamètre minimum sera respectivement de 2,3 mm et 2,8 mm. Dans le cas d'une option multicœur, la section transversale des cœurs individuels est additionnée.

Calcul de la section efficace actuelle

Les calculs de la section requise pour le courant et la puissance des câbles et fils présenteront des résultats plus précis. De tels calculs permettent d'évaluer l'effet général de divers facteurs sur les conducteurs, notamment la charge thermique, la qualité du fil, le type de joint, les conditions de fonctionnement, etc.

L'ensemble du calcul est effectué lors des étapes suivantes:

• sélection de la puissance de tous les consommateurs;
• calcul des courants traversant le conducteur;
• sélection d'une section appropriée selon les tableaux.

Pour cette version du calcul, la puissance actuelle des consommateurs sous tension est prise sans tenir compte des facteurs de correction. Ils seront pris en compte lors de l'addition de la force actuelle.

Étape # 1 - calcul de la force actuelle par les formules

Pour ceux qui ont oublié le cours de physique scolaire, nous proposons les formules de base sous forme de diagramme graphique sous forme de cheat sheet visuel:

La «roue classique» démontre l'interconnexion des formules et l'interdépendance des caractéristiques du courant électrique (I - intensité du courant, P - puissance, U - tension, R - rayon du noyau)

Écrivons la dépendance de l'intensité du courant I de la puissance P et de la tension de ligne U:

I = P / U_l,

Où:

• Je - intensité actuelle, prise en ampères;
• P - puissance en watts;
• U_l - tension de ligne en volts.

La tension linéaire dans le cas général dépend de la source d'alimentation, elle est monophasée et triphasée.

La relation de la tension linéaire et de la phase:

1. U_l = U * cosφ en cas de tension monophasée.
2. U_l = U * √3 * cosφ en cas de tension triphasée.

Pour les consommateurs électriques domestiques, prenez cosφ = 1, de sorte que la tension linéaire peut être réécrite:

1. U_l = 220 V pour tension monophasée.
2. U_l = 380 V pour tension triphasée.

Ensuite, nous résumons tous les courants consommés par la formule:

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

Où:

• Je - courant total en ampères;
• I1..IN - force actuelle de chaque consommateur en ampères;
• K - coefficient de simultanéité;
• J - facteur de sécurité.

Les coefficients K et J ont les mêmes valeurs que celles utilisées pour calculer la puissance totale.

Il peut y avoir un cas où, dans un réseau triphasé, un courant de force inégale traverse différents conducteurs de phase.

Cela se produit lorsque des consommateurs monophasés et triphasés sont connectés simultanément à un câble triphasé. Par exemple, une machine triphasée et un éclairage monophasé sont alimentés.

Une question naturelle se pose: comment la section d'un fil toronné est-elle calculée dans de tels cas? La réponse est simple: les calculs sont effectués pour le conducteur le plus chargé.

Étape # 2 - choisir une section appropriée selon les tableaux

Dans les règles de fonctionnement des installations électriques (PES), un certain nombre de tableaux sont donnés pour le choix de la section d'âme de câble requise.

La conductivité du conducteur dépend de la température. Pour les conducteurs métalliques, la résistance augmente avec l'augmentation de la température.

Lorsqu'un certain seuil est dépassé, le processus devient auto-entretenu: plus la résistance est élevée, plus la température est élevée, plus la résistance est élevée, etc. jusqu'à ce que le conducteur brûle ou provoque un court-circuit.

Les deux tableaux suivants (3 et 4) montrent la section des conducteurs en fonction des courants et du mode d'installation.

Tableau 3. Tout d'abord, vous devez choisir la méthode de pose des fils, cela dépend de l'efficacité du refroidissement (+)

Le câble diffère du fil en ce que tous les fils avec leur propre isolation sur le câble sont torsadés en un faisceau et enfermés dans une gaine isolante commune. Plus de détails sur les différences et les types de produits de câble sont écrits dans ce article.

Tableau 4. Une méthode ouverte est indiquée pour toutes les valeurs de la section des conducteurs, cependant, dans la pratique, les sections inférieures à 3 mm2 ne sont pas posées ouvertement pour des raisons de résistance mécanique (+)

Lors de l'utilisation de tableaux, les facteurs suivants sont appliqués au courant continu admissible:

• 0,68 si 5-6 vivaient;
• 0,63 si 7-9 ont vécu;
• 0,6 si 10-12 a vécu.

Des coefficients décroissants sont appliqués aux valeurs actuelles de la colonne «ouverte».

Les conducteurs de mise à la terre et de mise à la terre ne sont pas inclus dans le nombre de conducteurs.

Selon les normes PES, le choix de la section du noyau nul en fonction du courant continu admissible est effectué comme au moins 50% du noyau de phase.

Les deux tableaux suivants (5 et 6) montrent la dépendance du courant continu admissible lors de sa pose dans le sol.

Tableau 5. Dépendances de courant continu admissibles pour les câbles en cuivre lors de la pose dans l'air ou le sol

La charge actuelle lors de la pose ouverte et lors de l'approfondissement dans le sol est différente. Ils sont pris égaux si la pose dans le sol est effectuée à l'aide de plateaux.

Tableau 6. Dépendances de courant continu admissibles pour les câbles en aluminium lors de la pose dans l'air ou le sol

Le tableau suivant (7) s'applique à la disposition des lignes d'alimentation électrique temporaires (transport, si à usage privé).

Tableau 7. Courant continu admissible lors de l'utilisation de cordons flexibles portables, de flexibles portables et de câbles de mine, de projecteurs, de câbles portables flexibles. Seuls les conducteurs en cuivre utilisés

Lors de la pose de câbles dans le sol, en plus des propriétés d'évacuation de la chaleur, il est nécessaire de prendre en compte la résistivité, qui se reflète dans le tableau suivant (8):

Tableau 8. Facteur de correction en fonction du type et de la résistivité du sol pour le courant continu admissible, lors du calcul de la section du câble (+)

Calcul et sélection de conducteurs en cuivre jusqu'à 6 mm² ou aluminium jusqu'à 10 mm² conduit comme pour le courant continu.

En cas de grandes sections, il est possible d'appliquer un facteur de réduction:

0,875 * √T_pv

où T_pv - le rapport de la durée de l'inclusion à la durée du cycle.

La durée d'inclusion est tirée du calcul de pas plus de 4 minutes. Dans ce cas, le cycle ne doit pas dépasser 10 minutes.

Lors du choix d'un câble pour le câblage électrique maison en bois une attention particulière est portée à sa résistance au feu.

Étape n ° 3 - calcul de la section du conducteur de courant à l'aide d'un exemple

Défi: calculer la section requise câble en cuivre pour connecter:

• Machine à bois triphasée de 4000 W;
• Machine de soudage triphasé 6000 W;
• appareils ménagers dans la maison avec une capacité totale de 25 000 watts;

La connexion sera faite par un câble à cinq conducteurs (conducteurs triphasés, un neutre et une terre) posés dans le sol.

L'isolation des produits de câbles est calculée sur une valeur spécifique de la tension de fonctionnement. Il convient de garder à l'esprit que la tension de fonctionnement du fabricant de son produit doit être supérieure à la tension du réseau

Solution.

Étape # 1. Nous calculons la tension linéaire d'une connexion triphasée:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Étape # 2. Les appareils électroménagers, les machines-outils et les machines à souder ont une puissance réactive, la puissance des machines et équipements sera donc:

P_{de ceux} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_rev = 10000 / 0,7 = 14300 W

Étape # 3. Courant requis pour connecter les appareils électroménagers:

Je_{de ceux} = 35700/220 = 162 A

Étape # 4. Courant requis pour connecter l'équipement:

Je_rev = 14300/380 = 38 A

Étape # 5. Le courant requis pour connecter les appareils électroménagers est calculé sur la base du calcul d'une phase. Selon l'état du problème, il y a trois phases. Par conséquent, le courant peut être distribué par phases. Pour simplifier, nous supposons une distribution uniforme:

Je_{de ceux} = 162/3 = 54 A

Étape # 6. Courant par phase:

Je_f = 38 + 54 = 92 A

Étape # 7 L'équipement et les appareils électroménagers ne fonctionneront pas en même temps, sauf pour cela, nous établirons une marge égale à 1,5. Après avoir appliqué les facteurs de correction:

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

Étape # 8. Bien que le câble contienne 5 conducteurs, seuls les conducteurs triphasés sont pris en compte. D'après le tableau 8, dans une colonne d'un câble à trois conducteurs dans le sol, on constate qu'un courant de 115 A correspond à une section d'un conducteur de 16 mm².

Étape # 9. Selon le tableau 8, nous appliquons le facteur de correction en fonction des caractéristiques de la terre. Pour un type de terrain normal, le coefficient est 1.

Étape # 10. Facultatif, calculez le diamètre du noyau:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Si le calcul a été fait uniquement par la puissance, sans tenir compte des caractéristiques du câble, la section du noyau sera de 25 mm². Le calcul de la force actuelle est plus compliqué, mais il permet parfois d'économiser beaucoup d'argent, en particulier lorsqu'il s'agit de câbles d'alimentation multicœur.

Vous pouvez en savoir plus sur la relation entre la tension et le courant ici.

Calcul de chute de tension

Tout conducteur, à l'exception des supraconducteurs, a une résistance. Par conséquent, avec une longueur suffisante du câble ou du fil, une chute de tension se produit.

Les normes PES exigent que la section transversale de l'âme du câble soit telle que la chute de tension ne dépasse pas 5%.

Tableau 9. Résistivité des conducteurs métalliques courants (+)

Cela concerne principalement les câbles basse tension de petite section.

Le calcul de la chute de tension est le suivant:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_tampon = I * R,

U_% = (U_tampon / U_lin) * 100,

Où:

• 2 - coefficient dû au fait que le courant circule nécessairement dans deux noyaux;
• R - résistance du conducteur, Ohm;
• ρ - résistance spécifique du conducteur, Ohm * mm²/ m;
• S - section du conducteur, mm²;
• U_tampon - chute de tension, V;
• U_% - chute de tension par rapport à U_lin,%.

À l'aide de formules, vous pouvez effectuer indépendamment les calculs nécessaires.

Exemple de calcul de portage

Défi: calculer la chute de tension pour un fil de cuivre avec une section d'un noyau de 1,5 mm². Un fil est nécessaire pour connecter une machine de soudage électrique monophasé d'une puissance totale de 7 kW. Longueur de fil 20 m.

Si vous souhaitez connecter une machine à souder domestique au secteur, vous devez tenir compte de la situation pour laquelle le câble est conçu. Il est possible que la puissance totale des appareils d'exploitation soit plus élevée. La meilleure option est de connecter les consommateurs aux succursales individuelles

Solution:

Étape # 1. Nous calculons la résistance du fil de cuivre à l'aide du tableau 9:

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

Étape # 2. Le courant circulant le long du conducteur:

I = 7000/220 = 31,8 A

Étape # 3. Chute de tension sur le fil:

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

Étape # 4. Nous calculons le pourcentage de chute de tension:

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

Conclusion: pour connecter la machine à souder, un conducteur de grande section est nécessaire.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Le calcul de la section du conducteur selon les formules:

Recommandations de spécialistes sur la sélection de produits de câbles et fils:

Les calculs ci-dessus sont valables pour les conducteurs en cuivre et en aluminium à usage industriel. Pour les autres types de conducteurs, le transfert de chaleur total est pré-calculé.

Sur la base de ces données, le courant maximal capable de traverser le conducteur est calculé sans provoquer de chauffage excessif.

Si vous avez des questions sur la méthodologie de calcul de la section du câble ou si vous souhaitez partager votre expérience personnelle, veuillez laisser des commentaires sur cet article. La boîte de commentaires se trouve ci-dessous.