Kábel keresztmetszetének kiszámítása teljesítmény és áram alapján: a vezetékek helyes kiszámítása

Meg akarsz csinálni az energiahálózat korszerűsítése vagy amellett, hogy meghosszabbítja az elektromos vezetéket a konyhába egy új elektromos tűzhely csatlakoztatására? Itt hasznos minimális ismeretek a vezető keresztmetszetéről és ennek a paraméternek a teljesítményre és az áramerősségre gyakorolt ​​hatásáról.

Egyetérten abban, hogy a kábel keresztmetszetének helytelen kiszámítása túlmelegedéshez és rövidzárlathoz, vagy indokolatlan költségekhez vezet.

Nagyon fontos a számításokat a tervezési szakaszban elvégezni, mivel a rejtett huzalozás meghibásodása és az azt követő cseréje jelentős költségeket jelent. Segítünk a számítások bonyolultságainak kezelésében, hogy elkerüljük a problémákat az elektromos hálózat további üzemeltetése során.

Annak érdekében, hogy ne terheljük meg a bonyolult számításokat, érthető képleteket és számítási lehetőségeket választottunk, hozzáférhető formában nyújtottunk információkat, és a képletekhez magyarázatot adtunk. Emellett tematikus fényképeket és videóanyagokat adtak a cikkhez, amelyek lehetővé teszik a vizsgált kérdés lényegének egyértelmű megértését.

A keresztmetszet kiszámítása a fogyasztók teljesítménye alapján

A vezetők fő célja az, hogy a fogyasztók számára a kívánt mennyiségű villamos energiát szállítsák. Mivel a szupravezetők normál üzemi körülmények között nem állnak rendelkezésre, a vezető anyag ellenállását figyelembe kell venni.

A szükséges szakasz kiszámítása vezetők és kábelek a fogyasztók teljes kapacitásától függően, a hosszú távú üzemeltetési tapasztalatok alapján.

Az általános számítási folyamatot azzal kezdjük, hogy először elvégezzük a számításokat a következő képlet alapján:

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

ahol:

• P - az összes fogyasztó teljesítménye, amely a számított ághoz csatlakozik, wattban.
• P1, P2, PN - az első fogyasztó teljesítménye, a második, illetve n-edik, wattban.

Miután megkaptuk az eredményt a fenti képlet szerinti számítások végén, itt az ideje fordulni a táblázati adatokhoz.

Most ki kell választania a szükséges részt az 1. táblázat szerint.

1. táblázat: A huzalok keresztmetszetét mindig a legközelebbi nagyobb oldalon kell kiválasztani (+)

1. szakasz - a reaktív és aktív teljesítmény kiszámítása

A fogyasztók kapacitásait a felszerelési dokumentumok tartalmazzák. A berendezés besorolása általában az aktív és a reaktív teljesítményt jelzi.

Az aktív típusú terhelésű készülékekkel az összes vett villamos energiát hasznos munkára fordítják, figyelembe véve a hatékonyságot: mechanikus, hő vagy más formában.

Az aktív terhelésű készülékek közé tartoznak az izzólámpák, a melegítők és az elektromos kályhák.

Az ilyen készülékek esetében az áram és a feszültség teljesítményének kiszámítása a következő:

P = U * I,

ahol:

• P - teljesítmény wattban;
• U - feszültség V-ban;
• én - áramszilárdság A-ban

Reaktív típusú terhelésű eszközök felhalmozhatják az energiát a forrásból, majd visszatéríthetik. Egy ilyen cserélés a szinuszos áram és a szinuszos feszültség elmozdulása miatt fordul elő.

Nulla fáziseltolódásnál a P = U * teljesítmény mindig pozitív. Az áram- és a feszültségfázisok ilyen grafikonja elérhető aktív típusú terhelésű készülékeknél (I, i az áramszilárdság, U, u a feszültség, π a pi száma 3,14)

A reaktív energiájú készülékek közé tartoznak az elektromos motorok, bármilyen méretű és célú elektronikus eszközök és transzformátorok.

Ha fáziseltolódás van a szinuszos áram és a szinuszos feszültség között, akkor a P = U * I teljesítmény negatív lehet (I, i az áram, U, u a feszültség, π a pi száma 3,14). A reaktív energiájú eszköz visszatér a tárolt energiát a forráshoz

Az elektromos hálózatokat úgy építik fel, hogy az elektromos energiát a forrástól a terhelésig egy irányba tudják továbbítani.

Ezért a fogyasztó visszatérő energiája, reaktív terheléssel, parazita, és a fűtővezetékekre és más alkatrészekre költődik.

A reaktív teljesítmény függ a feszültség és az áram szinuszok fázisszögétől. A fázisszöget cosφ-ban fejezik ki.

A teljes teljesítmény megtalálásához használja a következő képletet:

P = Q / cosφ,

ahol Q - reaktív teljesítmény VA-ban.

Általában az eszköz útlevél-adatai reaktív energiát és cosφ-t jelölnek.

példa: az útlevélben a perforáló 1200 VAR és cosφ = 0,7 reaktív teljesítményt mutat. Ezért a teljes energiafogyasztás egyenlő:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Ha a cosφ nem található, a háztartási villamos készülékek túlnyomó többségénél a cosφ értéke 0,7 lehet.

2. szakasz - az egyidejűség és a margóarány keresése

K - A dimenzió nélküli egyidejűségi együttható azt mutatja, hogy hány fogyasztót lehet egyszerre bevonni a hálózatba. Ritkán fordul elő, hogy minden eszköz egyszerre fogyaszt áramot.

A TV és a zeneközpont egyidejű működése nem valószínű. A bevett gyakorlatból a K értéke 0,8 lehet. Ha azt tervezi, hogy az összes fogyasztót egyidejűleg használja, akkor K-nak 1-nek kell lennie.

J - méret nélküli biztonsági tényező. Ez jellemzi a jövőbeli fogyasztók energiatartalékának létrehozását.

A haladás nem áll mozdulatlanul, minden évben új és meglepő módon új és hasznos elektromos készülékeket fedeznek fel. 2050-re a villamosenergia-fogyasztás várhatóan eléri a 84% -ot. J-nek általában 1,5 és 2,0 közötti értékre számítanak.

3. szakasz - geometriai számítás elvégzése

Minden elektromos számításnál a vezető keresztmetszetét vesszük figyelembe - a magszakaszt. Mm-ben mérve².

Gyakran meg kell tanulni, hogyan kell helyesen kiszámítani huzalátmérő huzalvezető.

Ebben az esetben van egy egyszerű geometriai képlet a monolit kerek huzalra:

S = π * R² = π * D²/4vagy fordítva

D = √ (4 * S / π)

Téglalap keresztmetszetű vezetőknél:

S = h * m,

ahol:

• S - a mag területe mm-ben²;
• R - a mag sugara mm-ben;
• D - mag átmérője mm-ben;
• h, m - szélesség és magasság, mm-ben;
• π A pi szám értéke 3,14.

Ha olyan sodrott huzalt vásárol, amelyben az egyik vezető sok kör keresztmetszetű csavart huzalból áll, akkor a számítást a következő képlet szerint kell elvégezni:

S = N * D²/1,27,

ahol N - a huzalok száma a vénában.

Több huzalból csavart maggal rendelkező vezetékek általában jobb vezetőképességgel rendelkeznek, mint a monolit huzalok. Ennek oka a körvezetőn átáramló áram sajátosságai.

Az elektromos áram ugyanazon töltések mozgása a vezető mentén. Az azonos névű töltések visszaszorítják, tehát a töltéseloszlási sűrűség a vezető felületére változik.

Az sodrott huzalok további előnye a rugalmasság és a mechanikai ellenállás. A monolit huzalok olcsóbbak, és elsősorban rögzített telepítéshez használják.

4. szakasz - kiszámolja a teljesítmény szakaszt a gyakorlatban

feladat: a fogyasztók teljes energiája a konyhában 5000 watt (azaz minden reaktív fogyasztó teljesítményét fel kell számolni). Minden fogyasztó egyfázisú, 220 V-os hálózatra van csatlakoztatva, és egy ágazatból táplálkoznak.

2. táblázat: Ha a jövőben további fogyasztókat kíván csatlakoztatni, akkor a táblázat a közös háztartási készülékek előírt kapacitásait mutatja (+)

döntés:

Feltételezzük, hogy a K egyidejűségi tényező 0,8-nak felel meg. A konyha állandó innováció helye, bármi is legyen, J = 2,0 biztonsági tényező. A becsült teljes kapacitás:

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

A tervezési teljesítmény értékének felhasználásával a legközelebbi értéket keressük az 1. táblázatban.

Az egyfázisú hálózat számára a legmegfelelőbb vezető keresztmetszet a 4 mm keresztmetszetű rézvezető². Hasonló huzalméret 6 mm-es alumínium maggal².

Egymagos huzalozás esetén a minimális átmérő 2,3, illetve 2,8 mm. Többmagos opció esetén az egyes magok keresztmetszetét összeadják.

Az aktuális keresztmetszet kiszámítása

A kábelek és vezetékek áramára és teljesítményére vonatkozó szükséges keresztmetszet kiszámítása pontosabb eredményeket szolgáltat. Az ilyen számítások lehetővé teszik a különféle tényezőknek a vezetékekre gyakorolt ​​általános hatását, ideértve a hőterhelést, a huzal minőségét, a tömítés típusát, az üzemi körülményeket stb.

A teljes számítást a következő lépések során hajtjuk végre:

• minden fogyasztó teljesítményválasztása;
• a vezetőn áthaladó áramok kiszámítása;
• a táblák szerinti megfelelő keresztmetszet kiválasztása.

A számítás ezen változatához a feszültséggel rendelkező fogyasztók jelenlegi teljesítményét a korrekciós tényezők figyelembevétele nélkül vesszük figyelembe. Ezeket figyelembe veszik a jelenlegi erő összegzésekor.

1. szakasz - az áramerősség kiszámítása a képletekkel

Azok számára, akik elfelejtették az iskolai fizika tanfolyamot, az alapképleteket grafikus ábra formájában kínáljuk vizuális csaló lapként:

A "klasszikus kerék" bemutatja a képletek összekapcsolódását és az elektromos áram jellemzőinek kölcsönös függőségét (I - áramszilárdság, P - teljesítmény, U - feszültség, R - mag sugara)

Írjuk az I áramszilárdság függését a P teljesítménytől és az U hálózati feszültségtől:

I = P / U_l,

ahol:

• én - áramerősség amperben megadva;
• P - teljesítmény wattban;
• U_l - hálózati feszültség voltban.

A lineáris feszültség általában az áramellátástól függ, egy- és háromfázisú.

A lineáris és a fázis feszültség viszonya:

1. U_l = U * cosφ egyfázisú feszültség esetén.
2. U_l = U * √3 * cosφ háromfázisú feszültség esetén.

Háztartási villamosenergia-fogyasztók esetén vegyük figyelembe a cosφ = 1 értéket, így a lineáris feszültség átírható:

1. U_l = 220 V egyfázisú feszültségre.
2. U_l = 380 V háromfázisú feszültségre.

Ezután összegezzük az összes áramot, amelyet a képlet vesz fel:

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

ahol:

• én - teljes áram amperben;
• I1..IN - az egyes fogyasztók jelenlegi ereje amperben;
• K - egyidejűségi együttható;
• J - biztonsági tényező.

A K és J együtthatók ugyanazokkal az értékekkel rendelkeznek, mint amelyeket a teljes teljesítmény kiszámításához használtak.

Előfordulhat, hogy egy háromfázisú hálózatban egyenlőtlen erősségű áram folyik át a különböző fázisvezetőkön.

Ez akkor fordul elő, amikor az egyfázisú és a háromfázisú fogyasztók egyidejűleg csatlakoznak egy háromfázisú kábelhez. Például egy háromfázisú gép és az egyfázisú világítás tápellátással rendelkezik.

Természetes kérdés merül fel: hogyan számolják meg az ilyen sodrott huzal keresztmetszetét? A válasz egyszerű - a számításokat a legterhelt vezetőre kell elvégezni.

2. szakasz - megfelelő szakasz kiválasztása a táblák szerint

Az elektromos berendezések üzemeltetési szabályzatában (PES) számos táblázat található a kívánt kábelmag-szakasz kiválasztására.

A vezetőképesség hőmérséklettől függ. A fémvezetők ellenállása növekszik a hőmérséklet emelkedésével.

Egy bizonyos küszöb túllépésekor a folyamat önfenntartóvá válik: minél nagyobb az ellenállás, annál magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb az ellenállás stb. amíg a vezető kiég, vagy rövidzárlatot nem okoz.

A következő két táblázat (3 és 4) a vezetők keresztmetszetét mutatja az áramtól és a beszerelési módtól függően.

3. táblázat: Először ki kell választania a huzalok lefektetésének módszerét, attól függ, hogy a hűtés milyen hatékonyan zajlik (+)

A kábel abban különbözik a vezetékektől, hogy az összes vezetéket, amelynek saját szigetelése van a kábelen, egy kötegbe csavarják és közös szigetelő hüvelybe zárják. A kábeltermékek különbségeiről és típusairól bővebben itt olvashat cikk.

4. táblázat: A vezetők keresztmetszetének minden értékére nyílt módszer szerepel, azonban a gyakorlatban a 3 mm2 alatti keresztmetszeteket mechanikai szilárdság miatt nem szabad nyíltan megállapítani (+)

Táblázatok használatakor a következő tényezőket kell alkalmazni a megengedett folyamatos áramra:

• 0,68, ha 5-6 élt;
• 0,63, ha 7-9 élt;
• 0,6, ha 10-12 élt.

Csökkentési együtthatókat alkalmaznak az aktuális értékekre a „nyitott” oszlopból.

A nulla és a földelő vezetők nem szerepelnek a vezetők számában.

A PES szabványok szerint a nulla mag keresztmetszetét a megengedett folyamatos áram alapján a fázis magjának legalább 50% -ánál kell megválasztani.

A következő két táblázat (5. és 6. ábra) mutatja a megengedett folyamatos áram függését a talajba történő beépítéskor.

5. táblázat: A rézkábelek megengedhető folyamatos áramfüggései levegőbe vagy földbe fektetéskor

A nyitott fektetés és a talajba mélyedés során az aktuális terhelés eltérő. Ezeket egyenlőnek tekintik, ha a talajba helyezés tálcákkal történik.

6. táblázat: Alumíniumkábelek megengedhető folyamatos áramfüggései levegőbe vagy földbe fektetéskor

Az alábbi táblázat (7) vonatkozik az ideiglenes tápvezetékek elrendezésére (magánhasználathoz szállítson).

7. táblázat: Megengedett folyamatos áram hordozható tömlővezetékek, hordozható tömlők és bányakábelek, fényszórók, rugalmas hordozható vezetékek használatakor. Csak rézvezetékeket használtak

A kábelek talajba helyezésekor a hőelvonási tulajdonságokon kívül figyelembe kell venni az ellenállást is, amelyet a következő táblázat tükröz (8):

8. táblázat: Javítási tényező a talaj típusától és a megengedett folyamatos áram ellenállásától függően, a kábel keresztmetszetének kiszámításakor (+)

Rézvezetők kiszámítása és kiválasztása 6 mm-ig² vagy alumínium 10 mm-ig² a folyamatos áramhoz hasonlóan.

Nagy keresztmetszet esetén redukciós tényező alkalmazható:

0,875 * √T_ns

ahol T_ns - a beépítés és a ciklus időtartamának aránya.

A beillesztés időtartamát legfeljebb 4 perc számításából veszik. Ebben az esetben a ciklus nem haladhatja meg a 10 percet.

Amikor a kábelt választja az elektromos vezetékhez faház különös figyelmet kell fordítani a tűzállóságra.

3. szakasz - az áramvezető keresztmetszetének kiszámítása egy példa segítségével

feladat: kiszámítja a kívánt keresztmetszetet rézkábel a csatlakoztatáshoz:

• 4000 W-os háromfázisú famegmunkáló gép;
• 6000 W-os háromfázisú hegesztőgép;
• házon belüli háztartási készülékek teljes kapacitása 25 000 watt;

A csatlakoztatást egy ötmagos kábel (három fázisvezeték, egy semleges és egy föld) vezet a földbe.

A kábeltermékek szigetelését az üzemi feszültség egy meghatározott értékén kell kiszámítani. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a termék gyártójának üzemi feszültségének magasabbnak kell lennie, mint a hálózat feszültsége

Határozat.

1. lépés. Kiszámítjuk a háromfázisú kapcsolat lineáris feszültségét:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2. lépés. A háztartási gépek, szerszámgépek és hegesztőgépek reaktív energiával rendelkeznek, tehát a gépek és berendezések teljesítménye:

P_{ezek közül} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10000 / 0,7 = 14300 W

3. lépés. Háztartási készülékek csatlakoztatásához szükséges áram:

én_{ezek közül} = 35700/220 = 162 A

4. lépés. A berendezés csatlakoztatásához szükséges áram:

én_equi = 14300/380 = 38 A

5. lépés. A háztartási készülékek csatlakoztatásához szükséges áramot egy fázis kiszámítása alapján számítják ki. A probléma feltétele szerint három fázis van. Következésképpen az áram fázisokban elosztható. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy az eloszlás egységes:

én_{ezek közül} = 162/3 = 54 A

6. lépés. Áram fázisonként:

én_f = 38 + 54 = 92 A

# 7. Lépés A felszerelések és a háztartási készülékek nem működnek egyidejűleg, kivéve ezt 1,5-nél nagyobb különbözetet fogunk meghatározni. A korrekciós tényezők alkalmazása után:

én_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

8. lépés. Bár a kábel 5 magot tartalmaz, csak a három fázisú magokat veszik figyelembe. A 8. táblázat szerint egy hárommagos kábel oszlopában a földben azt találjuk, hogy a 115 A áram megfelel a mag keresztmetszetének 16 mm².

9. lépés. A 8. táblázat szerint a korrekciós tényezőt a föld tulajdonságaitól függően alkalmazzuk. Normál talajtípus esetén az együttható 1.

10. lépés. Opcionálisan számítsa ki a mag átmérőjét:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Ha a számítást csak energiával végezték el, a kábel tulajdonságainak figyelembevétele nélkül, a mag keresztmetszete 25 mm lesz². A jelenlegi szilárdság kiszámítása bonyolultabb, de néha jelentős pénzt takarít meg, különösen, ha a többmagos tápkábelekről van szó.

További információt olvashat a feszültség és az áram kapcsolatáról itt.

A feszültségesés kiszámítása

Bármely vezetőnek, kivéve a szupravezetőket, van ellenállása. Ezért megfelelő hosszúságú kábel vagy vezeték esetén feszültségcsökkenés következik be.

A PES szabványok előírják, hogy a kábelmag keresztmetszetének olyannak kell lennie, hogy a feszültség esése nem haladja meg az 5% -ot.

9. táblázat: Közös fémvezetők ellenállása (+)

Ez elsősorban a kis keresztmetszetű kisfeszültségű kábelekre vonatkozik.

A feszültségcsökkenés kiszámítása a következő:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_párna = I * R,

U_% = (U_párna / U_ling) * 100,

ahol:

• 2 - együttható annak a ténynek köszönhetően, hogy az áram szükségszerűen két magban áramlik;
• R - vezető ellenállás, Ohm;
• ρ - a vezető fajlagos ellenállása, Ohm * mm²/ m;
• S - vezető keresztmetszete, mm²;
• U_párna - feszültségesés, V;
• U_% - feszültségcsökkenés U-hoz viszonyítva_ling,%.

Képletek segítségével önállóan elvégezheti a szükséges számításokat.

Carry számítási példa

feladat: számítsa ki a feszültségcsökkenést egy rézhuzalnak, amelynek egyik magának keresztmetszete 1,5 mm². Huzal szükséges egy egyfázisú, 7 kW teljes teljesítményű elektromos hegesztőgép csatlakoztatásához. Huzal hossza 20 m.

Ha háztartási hegesztőgépet kíván csatlakoztatni a hálózati ághoz, akkor figyelembe kell vennie azt a helyzetet, amelyre a kábelt tervezték. Lehetséges, hogy az operációs eszközök teljes teljesítménye nagyobb lehet. A legjobb megoldás az, ha a fogyasztókat egyes ágazatokhoz kapcsolják

megoldás:

1. lépés. A 9. táblázat segítségével kiszámoljuk a rézhuzal ellenállását:

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

2. lépés. A vezető mentén áramló áram:

I = 7000/220 = 31,8 A

3. lépés. Feszültségcsökkenés a vezetéken:

U_párna = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

4. lépés. Kiszámoljuk a feszültség esésének százalékát:

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

Következtetés: A hegesztőgép csatlakoztatásához nagy keresztmetszetű vezető szükséges.

Következtetések és hasznos videó a témáról

A vezető keresztmetszetének kiszámítása a következő képletekkel:

Szakemberek ajánlása a kábel- és huzaltermékek kiválasztására:

A fenti számítások az ipari felhasználású réz- és alumíniumvezetőkre érvényesek. Más típusú vezetékeknél a teljes hőátadást előre kiszámítják.

Ezen adatok alapján kiszámítják a vezetéken átfolyó maximális áramot anélkül, hogy túlzottan felmelegszik.

Ha bármilyen kérdése van a kábel keresztmetszetének kiszámításának módszertanával kapcsolatban, vagy ha meg akarja osztani a személyes tapasztalatait, kérjük, írjon megjegyzéseket ehhez a cikkhez. A visszajelző mező az alábbiakban található.