Kaapelin poikkileikkauksen laskeminen tehon ja virran perusteella: kuinka laskea johdotus oikein

Aiotko tehdä sähköverkon nykyaikaistaminen vai lisäksi keittiön sähköjohdon jatkamiseksi uuden sähkökiuan kytkemiseksi? Tässä on hyödyllistä minimaalinen tieto johtimen poikkileikkauksesta ja tämän parametrin vaikutuksesta voimaan ja virrankulutukseen.

Olen samaa mieltä siitä, että kaapelin poikkileikkauksen virheellinen laskenta johtaa ylikuumenemiseen ja oikosulkuun tai perusteettomiin kustannuksiin.

On erittäin tärkeää suorittaa laskelmat suunnitteluvaiheessa, koska piilotetun johdotuksen vikaantuminen ja myöhempi vaihtaminen aiheuttavat huomattavia kustannuksia. Autamme sinua käsittelemään laskelmien monimutkaisuuksia, jotta voimme välttää ongelmat sähköverkon toiminnan jatkamisen aikana.

Jotta emme rasittaisi sinua monimutkaisilla laskelmilla, valitsimme ymmärrettävät kaavat ja laskentavaihtoehdot, toimitimme tiedot helposti saatavilla olevassa muodossa antamalla kaavoille selitykset. Artikkeliin lisättiin myös temaattisia valokuvia ja videomateriaalia, jotka antavat mahdollisuuden ymmärtää selkeästi tarkasteltavana olevan aiheen ydin.

Poikkileikkauksen laskeminen kuluttajien voiman perusteella

Johtimien päätarkoitus on toimittaa sähköenergiaa kuluttajille tarvittavassa määrin. Koska suprajohteita ei ole saatavana normaaleissa käyttöolosuhteissa, johdinmateriaalin vastus on otettava huomioon.

Vaaditun osan laskeminen johtimet ja kaapelit riippuen kuluttajien kokonaiskapasiteetista perustuen pitkäaikaiseen käyttökokemukseen.

Aloitamme yleisen laskentaprosessin suorittamalla ensin laskelmat kaavalla:

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

missä:

• P - kaikkien laskettuun haaraan liittyvien kuluttajien teho watteina.
• P1, P2, PN - ensimmäisen kuluttajan, toisen, vastaavasti n: nnen, teho watteina.

Saatuaan tuloksen yllä olevan kaavan mukaisten laskelmien lopussa oli aika kääntyä taulukkotietoihin.

Nyt sinun on valittava tarvittava osa taulukon 1 mukaisesti.

Taulukko 1. Johtimien poikkileikkaus on aina valittava lähimmältä suuremmalta puolelta (+)

Vaihe 1 - reaktiivisen ja aktiivisen tehon laskeminen

Kuluttajien kapasiteetti ilmoitetaan laitteiden asiakirjoissa. Laitetyypit osoittavat tyypillisesti aktiivisen tehon ja reaktiivisen tehon.

Laitteet, joissa on aktiivinen kuormitustyyppi, tekevät kaiken vastaanotetun sähköenergian tehokkuuden huomioon ottaen hyödylliseksi työksi: mekaaniseksi, lämpö- tai muuksi muotoksi.

Aktiivisia kuormalaitteita ovat hehkulamput, lämmittimet ja sähköuunit.

Tällaisille laitteille virran ja jännitteen tehon laskenta on seuraavanlainen:

P = U * I,

missä:

• P - teho watteina;
• U - jännite V;
• minä - virran voimakkuus A.

Laitteet, joissa on reaktiivista tyyppiä oleva kuorma, voivat kerätä energiaa lähteestä ja palauttaa sen sitten takaisin. Tällainen vaihto tapahtuu sinimuotoisen virran ja sinimuotoisen jännitteen siirtymisen vuoksi.

Nollavaiheessa teholla P = U * I on aina positiivinen arvo. Tällainen virran ja jännitteen vaiheiden kuvaaja on laitteet, joiden aktiivinen kuormitustyyppi (I, i - virta, U, u - jännite, π - pi-luku, yhtä suuri kuin 3,14)

Reaktiivisen voiman laitteisiin kuuluvat sähkömoottorit, kaiken kokoiset ja käyttötarkoitukseen tarkoitetut elektroniset laitteet ja muuntajat.

Kun sinimuotoisen virran ja sinimuotoisen jännitteen välillä on vaihesiirto, teho P = U * I voi olla negatiivinen (I, i on virta, U, u on jännite, π on luku pi, joka on yhtä kuin 3,14). Reaktiivisen virran laite palauttaa varastoidun energian takaisin lähteelle

Sähköverkot on rakennettu siten, että ne voivat siirtää sähköenergiaa yhdessä suunnassa lähteestä kuormaan.

Siksi kuluttajan palautettu energia, jolla on reaktiivinen kuorma, on parasiittinen ja kulutetaan lämmitysjohtimiin ja muihin komponentteihin.

Reaktiivinen teho riippuu vaihekulmasta jännitteen ja virran sinusoidien välillä. Vaihekulma ilmaistaan ​​cosφ: lla.

Löydä täysi teho käyttämällä kaavaa:

P = Q / cosφ,

jossa Q - reaktiivinen teho VA: ssa.

Tyypillisesti laitteen passitiedot osoittavat reaktiivisen tehon ja cosφ: n.

esimerkki: passissa rei'ittimen reaktiivinen teho on 1200 VAR ja cosφ = 0,7. Siksi kokonaisvirrankulutus on yhtä suuri kuin:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Jos cosφ: ta ei löydy, suurimmalle osalle kotitalouksien sähkölaitteista cosφ voidaan pitää yhtä suurena kuin 0,7.

Vaihe 2 - etsi samanaikaisuus ja marginaalisuhteet

K - dimensioimaton samanaikaisuuskerroin osoittaa, kuinka monta kuluttajaa voidaan samanaikaisesti sisällyttää verkkoon. Harvoin tapahtuu, että kaikki laitteet kuluttavat samanaikaisesti sähköä.

Television ja musiikkikeskuksen samanaikainen käyttö on epätodennäköistä. Vakiintuneesta käytännöstä K voidaan pitää yhtä suurena kuin 0,8. Jos aiot käyttää kaikkia kuluttajia samanaikaisesti, K: n tulisi olla yhtä suuri kuin 1.

J - mitaton turvakerroin. Se luonnehtii voimavarannon luomista tuleville kuluttajille.

Edistyminen ei ole paikallaan, joka vuosi keksitään uusia ja yllättäviä uusia ja hyödyllisiä sähkölaitteita. Vuonna 2050 sähkönkulutuksen odotetaan nousevan 84%: iin. Tyypillisesti J: n oletetaan olevan 1,5 - 2,0.

Vaihe 3 - geometrisen laskelman suorittaminen

Kaikissa sähkölaskelmissa otetaan johtimen poikkileikkauspinta-ala - ydinosa. Mitat millimetreinä².

Usein on opittava laskemaan oikein langan halkaisija johdinjohdin.

Tässä tapauksessa on olemassa yksinkertainen geometrinen kaava monoliittiselle pyöreälle lankalle:

S = π * R² = π * D²/4tai päinvastoin

D = √ (4 * S / π)

Suorakulmaisen poikkileikkauksen johtimille:

S = h * m,

missä:

• S - ytimen pinta-ala millimetreinä²;
• R - ytimen säde millimetreinä;
• D - ytimen halkaisija mm;
• h, m - leveys ja vastaavasti korkeus millimetreinä;
• π Onko luku pi yhtä suuri kuin 3,14.

Jos ostat kierrelangan, jossa yksi johdin koostuu monista pyöreän poikkileikkauksen omaavista kierretyistä langoista, laskenta suoritetaan seuraavan kaavan mukaan:

S = N * D²/1,27,

jossa N - laskimolankojen lukumäärä.

Johdoissa, joissa on useiden johtimien kierrettyjä ytimiä, on yleensä parempi johtavuus kuin monoliittisilla langoilla. Tämä johtuu pyöreän johtimen läpi virtaavan virran erityispiirteistä.

Sähkövirta on samojen varausten liike kapellimesta pitkin. Saman nimen varaukset torjuvat, joten varauksen jakautumistiheys siirtyy johtimen pintaan.

Jatkojohtimien toinen etu on niiden joustavuus ja mekaaninen kestävyys. Monoliittiset johdot ovat halvempia ja niitä käytetään pääasiassa kiinteään asennukseen.

Vaihe 4 - laske tehovoima käytännössä

tehtävä: Kuluttajien kokonaisteho keittiössä on 5000 wattia (mikä tarkoittaa, että kaikkien reaktiivisten kuluttajien teho lasketaan). Kaikki kuluttajat on kytketty yksivaiheiseen 220 V verkkoon ja heillä on virta yhdestä haarasta.

Taulukko 2. Jos aiot tulevaisuudessa yhdistää uusia kuluttajia, taulukko näyttää tavallisten kodinkoneiden vaadittavat kapasiteetit (+)

päätös:

Samanaikaisuuskerroimen K oletetaan olevan yhtä suuri kuin 0,8. Keittiö on jatkuvan innovaatiopaikka, et pidä mielessäsi, turvakerroin J = 2,0. Arvioitu kokonaiskapasiteetti on:

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

Suunnittelutehon arvon avulla etsitään lähintä arvoa taulukosta 1.

Lähin sopiva ydinpoikkileikkaus yksivaiheverkkoon on kuparijohdin, jonka poikkileikkaus on 4 mm². Samanlainen langan koko alumiinisydämellä 6 mm².

Yhden ytimen johdotuksen vähimmäishalkaisija on vastaavasti 2,3 mm ja 2,8 mm. Moniytimisen vaihtoehdon tapauksessa yksittäisten ytimien poikkileikkaus lasketaan yhteen.

Nykyisen poikkileikkauksen laskeminen

Kaapeleiden ja johtimien virran ja tehon vaadittavan poikkileikkauksen laskeminen tuottaa tarkempia tuloksia. Tällaiset laskelmat tekevät mahdolliseksi arvioida eri tekijöiden yleinen vaikutus johtimiin, mukaan lukien lämpökuorma, vaijerin laatu, tiivistetyyppi, käyttöolosuhteet jne.

Koko laskelma suoritetaan seuraavien vaiheiden aikana:

• kaikkien kuluttajien valinnanvara;
• johtimen läpi kulkevien virtojen laskeminen;
• sopivan poikkileikkauksen valinta taulukoiden mukaan.

Tässä laskentaversiossa jännitteisten kuluttajien nykyinen teho otetaan huomioon ottamatta huomioon korjauskertoimia. Ne otetaan huomioon nykyistä vahvuutta summaamalla.

Vaihe 1 - virran voimakkuuden laskeminen kaavoilla

Niille, jotka ovat unohtaneet koulun fysiikan kurssin, tarjoamme peruskaavat graafisen kaavion muodossa visuaalisena huijauskoodina:

"Klassinen pyörä" osoittaa kaavojen yhdistymisen ja sähkövirran ominaisuuksien (I - virran voimakkuus, P - teho, U - jännite, R - ytimen säde) keskinäisen riippuvuuden.

Kirjoita nyt virran voimakkuuden I riippuvuus tehosta P ja verkkojännitteestä U:

I = P / U_l,

missä:

• minä - virran voimakkuus ampeereina;
• P - teho watteina;
• U_l - verkkojännite voltteina.

Lineaarijännite riippuu yleensä virtalähteestä, se on yksivaiheinen ja kolmivaiheinen.

Lineaarisen ja vaihejännitteen suhde:

1. U_l = U * cosφ yksivaiheisen jännitteen tapauksessa.
2. U_l = U * √3 * cosφ kolmivaihejännitteen tapauksessa.

Kotitalouksien sähkökuluttajille otetaan cosφ = 1, joten lineaarinen jännite voidaan kirjoittaa uudelleen:

1. U_l = 220 V yksivaihejännitteelle.
2. U_l = 380 V kolmivaihejännitteelle.

Seuraavaksi esitetään yhteenveto kaikista kaavan kuluttamista virroista:

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

missä:

• minä - kokonaisvirta ampeereina;
• I1..IN - kunkin kuluttajan nykyinen vahvuus ampeereina;
• K - samanaikaisuuskerroin;
• J - turvallisuuskerroin.

Kertoimilla K ja J on samat arvot, joita käytettiin kokonaistehon laskemisessa.

Voi olla tapaus, jossa kolmivaiheisessa verkossa eri vaihejohtimien läpi virtaa epätasaista vahvuutta.

Näin tapahtuu, kun yksivaiheiset kuluttajat ja kolmivaiheiset kuluttajat on kytketty kolmivaiheiseen kaapeliin samanaikaisesti. Esimerkiksi kolmivaiheinen kone ja yksivaiheinen valaistus saavat virran.

Nousee luonnolliseen kysymykseen: kuinka lasketun langan poikkileikkaus lasketaan tällaisissa tapauksissa? Vastaus on yksinkertainen - laskelmat tehdään eniten kuormitetulle johtimelle.

Vaihe 2 - sopivan osan valinta taulukkojen mukaan

Sähköasennusten (PES) toimintasäännöissä on annettu useita taulukoita tarvittavan kaapelin ydinosan valitsemiseksi.

Johtimen johtavuus on lämpötilasta riippuvainen. Metallijohtimien vastus kasvaa lämpötilan noustessa.

Kun tietty kynnysarvo ylitetään, prosessista tulee itsestään kestävä: mitä suurempi vastus, sitä korkeampi lämpötila, sitä korkeampi vastus jne. kunnes johdin palaa tai aiheuttaa oikosulun.

Seuraavat kaksi taulukkoa (3 ja 4) esittävät johtimien poikkileikkauksen virroista ja asennustavasta riippuen.

Taulukko 3. Ensin, sinun on valittava menetelmä kaapeleiden asettamiseksi, se riippuu siitä kuinka tehokkaasti jäähdytys tapahtuu (+)

Kaapeli eroaa johdosta siinä, että kaikki johdot, joilla on oma eristys kaapelissa, on kierretty kimppuun ja suljettu yhteiseen eristysvaippaan. Lisätietoja kaapelituotteiden eroista ja tyypeistä on kirjoitettu tässä artikkeli.

Taulukko 4. Kaikille johtimien poikkileikkausarvoille on ilmoitettu avoin menetelmä, mutta käytännössä alle 3 mm2: n poikkileikkauksia ei aseteta avoimesti mekaanisen lujuuden vuoksi (+)

Taulukoita käytettäessä sallittuun jatkuvaan virtaan sovelletaan seuraavia tekijöitä:

• 0,68, jos 5-6 asui;
• 0,63, jos 7-9 asui;
• 0,6, jos 10-12 asui.

Laskukertoimia sovelletaan nykyisiin arvoihin “avoin” -sarakkeesta.

Nolla- ja maadoitusjohtimet eivät sisälly johtimien lukumäärään.

PES-standardien mukaan nollaytimen poikkileikkaus valitaan sallitun jatkuvan virran mukaan vähintään 50% vaiheytimestä.

Seuraavat kaksi taulukkoa (5 ja 6) osoittavat sallitun jatkuvan virran riippuvuuden laskettaessa sitä maahan.

Taulukko 5. Kuparikaapeleiden sallitut jatkuvat virta riippuvuudet asettaessasi ilmaan tai maahan

Nykyinen kuorma avattaessa ja maahan syventyessä ovat erilaiset. Ne otetaan tasa-arvoisiksi, jos maahan laskeminen tapahtuu alustoilla.

Taulukko 6. Alumiinikaapeleiden sallitut jatkuvat virta riippuvuudet asettaessasi ilmaan tai maahan

Seuraava taulukko (7) koskee väliaikaisten virtalähdejohtojen järjestelyjä (kuljeta, jos yksityiskäyttöön).

Taulukko 7. Sallittu jatkuva virta käytettäessä kannettavia letkujohtoja, kannettavia letku- ja miinokaapeleita, valonheittimiä, joustavia kannettavia johtimia. Käytettiin vain kuparijohtimia

Kun kaapeleita maahan, lämmönpoistoominaisuuksien lisäksi on otettava huomioon resistiivisyys, joka heijastuu seuraavassa taulukossa (8):

Taulukko 8. Korjauskerroin riippuen maaperän tyypistä ja kestävyydestä sallitulle jatkuvalle virralle kaapelin poikkileikkausta laskettaessa (+)

Kuparijohtimien laskeminen ja valinta enintään 6 mm asti² tai alumiinia 10 mm asti² johdetaan jatkuvan virran tavoin.

Jos kyseessä on suuri poikkileikkaus, on mahdollista käyttää pelkistyskerrointa:

0,875 * √T_ns

jossa T_ns - sisällyttämisen keston suhde syklin kestoon.

Sisällyttämisen kesto otetaan enintään 4 minuutin laskelmasta. Tässä tapauksessa syklin ei tulisi ylittää 10 minuuttia.

Kun valitset kaapelin sähkön kytkemiseksi puutalo erityistä huomiota kiinnitetään sen palonkestävyyteen.

Vaihe 3 - virranjohtimen poikkileikkauksen laskeminen esimerkin avulla

tehtävä: laske tarvittava poikkileikkaus kuparikaapeli liitettäväksi:

• 4000 W: n kolmivaiheinen puuntyöstökone;
• Kolmivaiheinen hitsauskone 6000 W;
• kodin kodinkoneet talossa yhteensä 25 000 wattia;

Kytkentä tehdään viiden ytimen kaapelilla (kolmivaihejohtimet, yksi nolla ja yksi maadoitettu) maahan.

Kaapelituotteiden eristys lasketaan tiettyyn käyttöjännitteen arvoon. On pidettävä mielessä, että valmistajan tuotteen käyttöjännitteen on oltava korkeampi kuin verkon jännite

Päätös.

Vaihe # 1. Lasketaan kolmivaiheisen yhteyden lineaarinen jännite:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Vaihe 2. Kodinkoneissa, työstökoneissa ja hitsauskoneissa on reaktiivinen teho, joten koneiden ja laitteiden teho on:

P_niistä = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10000 / 0,7 = 14300 W

Vaihe 3. Kodinkoneiden kytkemiseen vaadittava virta:

minä_niistä = 35700/220 = 162 A

Vaihe 4. Laitteiden kytkemiseen vaadittava virta:

minä_equi = 14300/380 = 38 A

Vaihe 5. Kodinkoneiden kytkemiseen tarvittava virta lasketaan yhden vaiheen laskennan perusteella. Ongelman olosuhteissa on kolme vaihetta. Näin ollen virta voidaan jakaa vaiheittain. Yksinkertaisuuden vuoksi oletamme, että jakauma on tasainen:

minä_niistä = 162/3 = 54 A

Vaihe # 6. Virta / vaihe:

minä_f = 38 + 54 = 92 A

Vaihe # 7 Laitteet ja kodinkoneet eivät toimi samanaikaisesti, paitsi tätä varten annamme marginaalin 1,5. Korjauskertoimien soveltamisen jälkeen:

minä_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Vaihe # 8. Vaikka kaapeli sisältää 5 ydintä, vain kolme vaihesydämet otetaan huomioon. Taulukon 8 mukaan maahan kolmen ytimen kaapelin sarakkeessa havaitaan, että virta 115 A vastaa ytimen poikkileikkausta 16 mm².

Vaihe # 9. Taulukon 8 mukaan käytämme korjauskerrointa maan ominaisuuksista riippuen. Normaalille maatyypille kerroin on 1.

Vaihe # 10. Laske valinnainen ytimen halkaisija:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jos laskelma tehtiin vain voimalla ottamatta huomioon kaapelin ominaisuuksia, ytimen poikkileikkaus on 25 mm². Virran lujuuden laskeminen on monimutkaisempaa, mutta toisinaan se säästää huomattavasti rahaa, varsinkin kun kyse on moniydinvirtajohdoista.

Voit lukea lisää jännitteen ja virran välisestä suhteesta täällä.

Jännitehäviön laskenta

Kaikilla johtimilla paitsi suprajohteilla on vastus. Siksi riittävän pitkällä kaapelilla tai johdolla tapahtuu jännitehäviö.

PES-standardit edellyttävät, että kaapelin ytimen poikkileikkaus on sellainen, että jännitteen pudotus on enintään 5%.

Taulukko 9. Tavallisten metallijohtimien ominaisvastus (+)

Tämä liittyy pääasiassa pienjännitekaapeleihin, joiden poikkileikkaus on pieni.

Jännitteen lasku lasketaan seuraavasti:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_tyyny = I * R,

U_% = (U_tyyny / U_Ling) * 100,

missä:

• 2 - kerroin, joka johtuu siitä, että virta virtaa välttämättä kahteen ytimeen;
• R - johtimen vastus, ohm;
• ρ - johtimen ominaisvastus, ohm * mm²/ m;
• S - johtimen poikkileikkaus, mm²;
• U_tyyny - jännitteen pudotus, V;
• U_% - jännitteen pudotus suhteessa U: hon_Ling,%.

Kaavoja käyttämällä voit suorittaa tarvittavat laskelmat itsenäisesti.

Kanna laskelmaesimerkki

tehtävä: laske jännitteen pudotus kuparijohdolle, jonka yhden sydämen poikkileikkaus on 1,5 mm². Yksivaiheisen sähköhitsauskoneen kytkemiseen tarvitaan johto, jonka kokonaisteho on 7 kW. Vaijerin pituus 20 m.

Jos haluat kytkeä kotitaloushitsauslaitteen verkkojohtoon, sinun tulee ottaa huomioon tilanne, johon kaapeli on suunniteltu. On mahdollista, että käyttölaitteiden kokonaisteho voi olla suurempi. Paras vaihtoehto on yhdistää kuluttajat yksittäisiin sivuliikkeisiin

ratkaisu:

Vaihe # 1. Lasketaan kuparilangan vastus taulukon 9 avulla:

R = 2 * (0,015 * 20) / 1,5 = 0,47 ohmia

Vaihe 2. Kaapelia pitkin virtaava virta:

I = 7000/220 = 31,8 A

Vaihe 3. Jännitteen lasku johdossa:

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

Vaihe 4. Laskemme jännitteen pudotusprosentin:

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

Johtopäätös: Hitsauskoneen kytkemiseksi tarvitaan johdin, jolla on suuri poikkileikkaus.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Johtimen poikkileikkauksen laskeminen kaavojen mukaan:

Asiantuntijoiden suositukset kaapeli- ja johtotuotteiden valinnasta:

Yllä olevat laskelmat koskevat teollisuuskäyttöön tarkoitettuja kupari- ja alumiinijohtimia. Muun tyyppisille johtimille kokonaislämmönsiirto on laskettu etukäteen.

Näiden tietojen perusteella lasketaan maksimijohto, joka pystyy virtaamaan johtimen läpi aiheuttamatta liiallista lämmitystä.

Jos sinulla on kysyttävää kaapelin poikkileikkauksen laskemismenetelmistä tai haluat jakaa henkilökohtaisen kokemuksen, jätä kommentit tähän artikkeliin. Palautelaatikko sijaitsee alla.