Izračunavanje presjeka kabela po struji i struji: kako pravilno izračunati ožičenje

Planirate li to učiniti? modernizacija elektroenergetske mreže ili osim toga proširiti dalekovod na kuhinju kako biste povezali novi električni štednjak? Ovdje je korisno minimalno znanje o presjeku vodiča i utjecaju ovog parametra na snagu i amperažu.

Slažete se da pogrešan izračun presjeka kabela dovodi do pregrijavanja i kratkog spoja ili do neopravdanih troškova.

Vrlo je važno izvršiti proračune u fazi projektiranja, jer neuspjeh skrivenog ožičenja i naknadna zamjena krše značajni troškovi. Pomoći ćemo vam da se pozabavite s detaljima proračuna kako biste izbjegli probleme tijekom daljnjeg rada elektroenergetske mreže.

Kako vas ne bismo opteretili složenim proračunima, odabrali smo razumljive formule i mogućnosti izračuna, dali informacije u pristupačnom obliku, pruživši formulama objašnjenja. Također su članku dodane tematske fotografije i video materijali koji omogućuju jasno razumijevanje suštine problematike koja se razmatra.

Izračunavanje presjeka snage potrošača

Glavna svrha vodiča je isporuka električne energije potrošačima u potrebnoj količini. Kako u normalnim radnim uvjetima superprevodnici nisu dostupni, treba voditi računa o otpornosti materijala vodiča.

Proračun potrebnog odjeljka vodiči i kablovi ovisno o ukupnom kapacitetu potrošača na temelju dugoročnog radnog iskustva.

Započinjemo opći postupak izračuna prvo izvođenjem izračuna po formuli:

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

gdje je:

• P - snagu svih potrošača priključenih na izračunatu granu u Wattsu.
• P1, P2, PN - snaga prvog potrošača, drugog, n-tog, u Wattsu.

Nakon što smo dobili rezultat na kraju izračuna u skladu s gornjom formulom, došlo je vrijeme da se okrenemo podacima tablice.

Sada morate odabrati potrebni odjeljak prema tablici 1.

Tablica 1. Presjek žica mora se uvijek odabrati na najbližoj većoj strani (+)

Prva faza - proračun jalove i aktivne snage

Kapaciteti potrošača navedeni su u dokumentima za opremu. Obično nazivi opreme pokazuju aktivnu snagu zajedno s jačinom snage.

Uređaji s aktivnom vrstom opterećenja pretvaraju svu primljenu električnu energiju, uzimajući u obzir učinkovitost, u koristan rad: mehanički, toplinski ili drugi oblik.

Uređaji s aktivnim opterećenjem uključuju žarulje sa žarnom niti, grijalice i električne peći.

Za takve uređaje proračun snage struje i napona ima oblik:

P = U * I,

gdje je:

• P - snaga u vatima;
• U - napon u V;
• ja - jakost struje u A.

Uređaji sa reaktivnom vrstom opterećenja mogu akumulirati energiju iz izvora, a zatim je vratiti. Takva razmjena događa se zbog pomaka sinusoidne struje i sinusoidnog napona.

Kod nulta faznog pomaka, snaga P = U * Uvijek imam pozitivnu vrijednost. Takav graf faza struje i napona su uređaji s aktivnom vrstom opterećenja (I, i - struja, U, u - napon, π - pi broj, jednak 3,14)

Uređaji reaktivne snage uključuju električne motore, elektroničke uređaje svih veličina i namjena i transformatore.

Kad postoji fazni pomak između sinusne struje i sinusoidnog napona, snaga P = U * I može biti negativna (I, i je struja, U, u je napon, π je broj pi jednak 3,14). Uređaj reaktivne snage vraća pohranjenu energiju u izvor

Električne mreže izgrađene su na takav način da mogu prenijeti električnu energiju u jednom smjeru od izvora do tereta.

Stoga je vraćena energija potrošača s jakim opterećenjem parazitska i troši se na vodiče za grijanje i druge komponente.

Reaktivna snaga ovisi o faznom kutu između napona i trenutnih sinusoida. Fazni kut izražava se u obliku cosφ.

Da biste pronašli punu snagu, koristite formulu:

P = Q / cosφ,

gdje P - jalova snaga u VA.

Podaci o putovnicama na uređaju obično pokazuju reaktivnu snagu i cosφ.

primjer: u putovnici perforator pokazuje jalove snage 1200 VAR i cosφ = 0,7. Stoga će ukupna potrošnja energije biti jednaka:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Ako se cosφ ne može pronaći, za veliku većinu električnih uređaja u kućanstvu cosφ se može uzeti jednak 0,7.

Faza # 2 - potražite omjere simultanosti i marže

K - koeficijent simultanosti bez dimenzija, pokazuje koliko potrošača može istovremeno biti uključeno u mrežu. Rijetko se događa da svi uređaji istovremeno troše električnu energiju.

Istovremeno funkcioniranje TV-a i glazbenog centra malo je vjerojatno. Iz ustaljene prakse, K se može uzeti jednako 0,8. Ako planirate istovremeno koristiti sve potrošače, vrijednost K treba uzeti jednaku 1.

J - bezdimenzijski faktor sigurnosti. Karakterizira stvaranje rezerve snage za buduće potrošače.

Napredak ne miruje, svake godine se izmišljaju novi i iznenađujući novi i korisni električni uređaji. Do 2050. godine očekuje se da će potrošnja električne energije dostići 84%. Obično se pretpostavlja da je J od 1,5 do 2,0.

Faza 3 - izvođenje geometrijskog izračuna

U svim električnim proračunima uzima se područje presjeka vodiča - jezgra jezgra. Izmjereno u mm².

Često je potrebno naučiti kako pravilno izračunati promjer žice žičani vodič.

U ovom je slučaju jednostavna geometrijska formula monolitne okrugle žice:

S = π * R² = π * D²/4ili obrnuto

D = √ (4 * S / π)

Za provodnike pravokutnog presjeka:

S = h * m,

gdje je:

• S - površina jezgre u mm²;
• R - polumjer jezgre u mm;
• D - promjer jezgre u mm;
• h, m - širina i visina, u mm,
• π Da li je broj pi jednak 3,14.

Ako kupite nasukanu žicu u kojoj se jedan provodnik sastoji od mnogih upletenih žica kružnog presjeka, tada se proračun provodi u skladu s formulom:

S = N * D²/1,27,

gdje N - broj žica u veni.

Žice koje imaju upletene jezgre od nekoliko žica imaju općenito bolju vodljivost od monolitnih. To je zbog osobitosti struje koja teče kroz kružni vodič.

Električna struja je kretanje istih naboja duž vodiča. Istoimeni naboji se odbijaju, pa se gustoća raspodjele naboja pomiče na površinu vodiča.

Još jedna prednost nanizanih žica je njihova fleksibilnost i mehanička otpornost. Monolitne žice su jeftinije i koriste se uglavnom za fiksnu ugradnju.

Faza # 4 - izračunati odjeljak snage u praksi

zadatak: ukupna snaga potrošača u kuhinji je 5000 vata (što znači da je izražena snaga svih reaktivnih potrošača). Svi potrošači su spojeni na jednofaznu 220 V mrežu i napajaju se iz jedne grane.

Tablica 2. Ako planirate ubuduće priključiti dodatne potrošače, u tablici su prikazani potrebni kapaciteti uobičajenih kućanskih uređaja (+)

odluka:

Koeficijent simultanosti K pretpostavlja se da je jednak 0,8. Kuhinja je mjesto stalne inovacije, nemate na umu, sigurnosnog faktora od J = 2,0. Ukupni procijenjeni kapacitet bit će:

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

Koristeći vrijednost dizajnerske snage tražimo najbližu vrijednost u tablici 1.

Najbliži prikladni presjek vodiča za jednofaznu mrežu je bakreni vodič s presjekom od 4 mm², Slične veličine žice s aluminijskim jezgrom 6 mm².

Za jednoslojne ožičenje minimalni promjer će biti 2,3 mm, odnosno 2,8 mm. U slučaju opcije s više jezgri, dodaje se poprečni presjek pojedinih jezgara.

Proračun trenutnog presjeka

Izračunavanje potrebnog presjeka za struju i snagu kabela i žica pružit će točnije rezultate. Takvi proračuni omogućuju procjenu općeg utjecaja različitih faktora na vodiče, uključujući toplinsko opterećenje, razred žice, vrstu brtve, radne uvjete itd.

Cijeli izračun provodi se tijekom sljedećih koraka:

• odabir snage svih potrošača;
• proračun struja koje prolaze kroz vodič;
• odabir prikladnog presjeka prema tablicama.

Za ovu verziju izračuna uzima se trenutna snaga potrošača s naponom bez uzimanja u obzir korekcijskih faktora. Oni će se uzeti u obzir pri zbrajanju trenutne snage.

Faza br. 1 - proračun trenutne snage prema formulama

Za one koji su zaboravili školski tečaj fizike, nudimo osnovne formule u obliku grafičkog dijagrama kao vizualne prevare:

"Klasični kotač" pokazuje međusobnu povezanost formula i međuovisnost karakteristika električne struje (I - jačina struje, P - snaga, U - napon, radijus R - jezgre)

Zapišemo ovisno o jačini struje I o snazi ​​P i linijskom naponu U:

I = P / U_l,

gdje je:

• ja - jačina struje u amperima;
• P - snaga u vatima;
• U_l - linijski napon u voltima.

Linearni napon u općenitom slučaju ovisi o izvoru napajanja, to je jednofazno i ​​trofazno.

Odnos linearnog i faznog napona:

1. U_l = U * cosφ u slučaju jednofaznog napona.
2. U_l = U * √3 * cosφ u slučaju trofaznog napona.

Za kućne potrošače električne energije uzmite cosφ = 1, tako da se linearni napon može prepisati:

1. U_l = 220 V za jednofazni napon.
2. U_l = 380 V za trofazni napon.

Dalje, sumiramo sve struje utrošene u formuli:

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

gdje je:

• ja - ukupna struja u amperima;
• I1..IN - trenutna snaga svakog potrošača u amperima;
• K - koeficijent simultanosti;
• J - faktor sigurnosti

Koeficijenti K i J imaju iste vrijednosti koje su korištene za izračun ukupne snage.

Može se dogoditi slučaj kada u trofaznoj mreži struja nejednake čvrstoće teče kroz različite fazne vodiče.

To se događa kada su jednofazni i trofazni potrošači istovremeno povezani na trofazni kabel. Na primjer, pokreću se trofazni stroj i jednofazna rasvjeta.

Postavlja se prirodno pitanje: kako se izračunava presjek zategnute žice u takvim slučajevima? Odgovor je jednostavan - proračuni se rade za najnapućeniji vodič.

Faza # 2 - odabir prikladnog odjeljka prema tablicama

U pravilima za rad električnih instalacija (PES) navedene su brojne tablice za odabir potrebnog presjeka jezgre kabela.

Vodljivost konduktora ovisi o temperaturi. Za metalne vodiče otpor se povećava s porastom temperature.

Kad se prekorači određeni prag, proces postaje samoodrživ: veći otpor, veća temperatura, veći otpor itd. dok se provodnik ne izgori ili ne izazove kratki spoj.

Sljedeće dvije tablice (3 i 4) prikazuju presjek vodiča, ovisno o struji i načinu ugradnje.

Tablica 3. Prvo, morate odabrati način polaganja žica, ovisi o tome koliko učinkovito hlađenje dolazi (+)

Kabel se razlikuje od žice po tome što su sve žice s vlastitom izolacijom na kablu upletene u snop i zatvorene u zajednički izolacijski omotač. Više detalja o razlikama i vrstama kablovskih proizvoda napisano je u ovome članak.

Tablica 4. Otvorena metoda je navedena za sve vrijednosti poprečnog presjeka vodiča, ali u praksi se presjeci ispod 3 mm2 ne postavljaju otvoreno iz razloga mehaničke čvrstoće (+)

Pri korištenju tablica na dopuštenu trajnu struju primjenjuju se sljedeći faktori:

• 0,68 ako je živjelo 5-6;
• 0,63 ako je živjelo 7-9;
• 0,6 ako je živjelo 10-12.

Smanjujući koeficijenti primjenjuju se na trenutne vrijednosti iz stupca "otvoreno".

Nulta i uzemljivača nisu uključena u broj vodiča.

Prema PES standardima, izbor presjeka nulte jezgre prema dozvoljenoj neprekidnoj struji vrši se najmanje 50% fazne jezgre.

Sljedeće dvije tablice (5 i 6) prikazuju ovisnost dopuštene neprekidne struje pri polaganju u zemlju.

Tablica 5. Dopuštene ovisnosti neprekidne struje za bakrene kablove prilikom polaganja u zraku ili zemlji

Trenutačno opterećenje pri otvorenom polaganju i pri produbljivanju u zemlju je različito. Izjednačene su ako se polaganje u tlu izvodi pomoću pladnjeva.

Tablica 6. Dopuštene ovisnosti neprekidne struje za aluminijske kabele pri polaganju u zrak ili zemlju

Sljedeća tablica (7) odnosi se na uređenje privremenih vodova napajanja (nošenje, ako je za privatnu upotrebu).

Tablica 7. Dopuštena kontinuirana struja kod upotrebe prijenosnih kablovskih crijeva, prijenosnih crijeva i kabela mina, reflektora, fleksibilnih prijenosnih žica. Korišteni su samo bakreni vodiči

Pri polaganju kabela u zemlju, osim svojstava uklanjanja topline, potrebno je uzeti u obzir i otpornost, koja je prikazana u sljedećoj tablici (8):

Tablica 8. Korekcijski faktor ovisno o vrsti i otpornosti tla za dopuštenu neprekidnu struju prilikom izračuna presjeka kabela (+)

Proračun i odabir bakrenih vodiča do 6 mm² ili aluminij do 10 mm² provodi kao za kontinuiranu struju.

U slučaju velikih presjeka moguće je primijeniti redukcijski faktor:

0,875 * √T_ns

gdje T_ns - omjer trajanja uključenja i trajanja ciklusa.

Vrijeme uključivanja uzima se iz izračuna ne više od 4 minute. U tom slučaju ciklus ne smije prelaziti 10 minuta.

Prilikom odabira kabela za ožičenje električne energije u drvena kuća posebna se pozornost posvećuje njegovoj otpornosti na vatru.

Faza # 3 - izračunavanje presjeka strujnog vodiča na primjeru

zadatak: izračunati potrebni presjek bakreni kabel za spajanje:

• Trofazna mašina za obradu drva od 4000 W;
• Trofazni aparat za zavarivanje od 6000 W;
• kućanski aparati u kući ukupnog kapaciteta 25.000 vata;

Priključivanje će se obaviti pomoću peterovodnog kabela (tri fazna vodiča, jedan neutralni i jedan uzemljivač) postavljenog u zemlju.

Izolacija kablovskih proizvoda izračunava se na određenoj vrijednosti radnog napona. Treba imati na umu da proizvođački radni napon njegovog proizvoda mora biti veći od napona u mreži

Odluka.

Korak # 1. Izračunavamo linearni napon trofazne veze:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Korak # 2. Kućanski aparati, alatni strojevi i aparati za zavarivanje imaju jalove snage, tako da će snaga strojeva i opreme biti:

P_{od onih} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10000 / 0,7 = 14300 W

Korak # 3, Struja potrebna za povezivanje kućanskih aparata:

ja_{od onih} = 35700/220 = 162 A

Korak # 4, Struja potrebna za povezivanje opreme:

ja_equi = 14300/380 = 38 A

Korak # 5, Potrebna struja za povezivanje kućanskih aparata izračunava se na temelju izračuna jedne faze. Stanjem problema postoje tri faze. Slijedom toga, struja se može raspodijeliti u fazama. Zbog jednostavnosti pretpostavljamo jednoliku distribuciju:

ja_{od onih} = 162/3 = 54 A

Korak # 6. Struja po fazi:

ja_f = 38 + 54 = 92 A

Korak br. 7 Oprema i kućanski uređaji neće raditi istovremeno, osim što ćemo postaviti maržu jednaku 1,5. Nakon primjene korekcijskih faktora:

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

Korak # 8. Iako kabel sadrži 5 jezgara, uzimaju se u obzir samo tri fazna jezgra. Prema tablici 8, u stupcu trožilnog kabela u zemlji nalazimo da struja od 115 A odgovara poprečnom presjeku jezgre od 16 mm².

Korak # 9, Prema tablici 8 primjenjujemo korekcijski faktor ovisno o karakteristikama zemlje. Za normalnu vrstu zemljišta koeficijent je 1.

Korak # 10, Neobavezno, izračunajte promjer jezgre:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Ako je proračun izvršen samo snagom, ne uzimajući u obzir značajke kabela, presjek jezgre bit će 25 mm², Proračun jakosti struje je složeniji, ali ponekad štedi značajan novac, posebno kada je riječ o višežičnim kablovima za napajanje.

Možete pročitati više o odnosu napona i struje ovdje.

Izračun pada napona

Bilo koji provodnik, osim supravodiča, ima otpor. Stoga, s dovoljnom duljinom kabela ili žice, dolazi do pada napona.

PES standardi zahtijevaju da presjek jezgre kabela bude takav da pad napona nije veći od 5%.

Tablica 9. Otpornost uobičajenih metalnih vodiča (+)

To se prije svega odnosi na niskonaponske kablove malog presjeka.

Izračun pada napona je sljedeći:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_jastučić = I * R,

U_% = (U_jastučić / U_vrijesak) * 100,

gdje je:

• 2 - koeficijent zbog činjenice da struja nužno teče u dvije jezgre;
• R - otpor vodiča, Ohm;
• ρ - specifični otpor vodiča, Ohm * mm²/ m;
• S - presjek vodiča, mm²;
• U_jastučić - pad napona, V;
• U_% - pad napona u odnosu na U_vrijesak,%.

Pomoću formula možete samostalno izvršiti potrebne proračune.

Izvedite primjer izračuna

zadatak: izračunajte pad napona za bakrenu žicu s presjekom jedne jezgre od 1,5 mm², Potrebna je žica za spajanje jednofaznog električnog stroja za zavarivanje ukupne snage 7 kW. Dužina žice 20 m.

Ako želite spojiti kućanski stroj za zavarivanje na glavnu granu, trebali biste uzeti u obzir situaciju za koju je kabel dizajniran. Moguće je da je ukupna snaga radnih uređaja veća. Najbolja opcija je spajanje potrošača u pojedine podružnice

rješenje:

Korak # 1. Izračunavamo otpor bakrene žice pomoću tablice 9:

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

Korak # 2. Struja koja teče duž vodiča:

I = 7000/220 = 31,8 A

Korak # 3. Pad napona na žici:

U_jastučić = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Korak # 4. Izračunavamo postotak pada napona:

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

Zaključak: za spajanje aparata za zavarivanje potreban je vodič s velikim presjekom.

Zaključci i korisni video na temu

Izračun presjeka vodiča prema formulama:

Preporuke stručnjaka o odabiru proizvoda od kablova i žica:

Gornji izračuni vrijede za bakrene i aluminijske vodiče za industrijsku upotrebu. Za ostale vrste vodiča unaprijed se izračunava ukupni prijenos topline.

Na temelju tih podataka izračunava se maksimalna struja koja može teći kroz vodič, a da ne izazove prekomjerno zagrijavanje.

Ako imate bilo kakvih pitanja o metodologiji izračunavanja presjeka kabela ili želite podijeliti osobno iskustvo, ostavite komentare na ovaj članak. Okvir za povratne informacije nalazi se ispod.