Calcolo della sezione del cavo per potenza e corrente: come calcolare correttamente il cablaggio

Hai intenzione di farlo modernizzazione della rete elettrica o oltre ad estendere la linea elettrica alla cucina per collegare una nuova stufa elettrica? Qui sono utili conoscenze minime sulla sezione trasversale del conduttore e l'effetto di questo parametro su potenza e amperaggio.

Concordare che un calcolo errato della sezione del cavo porta a surriscaldamento e cortocircuito o a costi ingiustificati.

È molto importante eseguire calcoli in fase di progettazione, poiché il fallimento del cablaggio nascosto e la successiva sostituzione è gravoso di costi significativi. Ti aiuteremo a gestire le complessità dei calcoli al fine di evitare problemi durante l'ulteriore funzionamento della rete elettrica.

Per non caricarti di calcoli complessi, abbiamo selezionato formule comprensibili e opzioni di calcolo, fornito informazioni in una forma accessibile, fornendo spiegazioni alle formule. Inoltre, le foto tematiche e i materiali video sono stati aggiunti all'articolo, che consentono di comprendere chiaramente l'essenza del problema in esame.

Calcolo della sezione trasversale dal potere dei consumatori

Lo scopo principale dei conduttori è la fornitura di energia elettrica ai consumatori nella quantità richiesta. Poiché i superconduttori non sono disponibili in normali condizioni operative, è necessario tenere conto della resistenza del materiale del conduttore.

Calcolo della sezione richiesta conduttori e cavi a seconda della capacità totale dei consumatori in base all'esperienza operativa a lungo termine.

Iniziamo il processo di calcolo generale eseguendo prima i calcoli utilizzando la formula:

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

dove:

• P - la potenza di tutti i consumatori collegati al ramo calcolato in Watt.
• P1, P2, PN - potenza del primo consumatore, il secondo, n-esimo, rispettivamente, in Watt.

Dopo aver ricevuto il risultato alla fine dei calcoli secondo la formula precedente, era tempo di passare ai dati della tabella.

Ora devi scegliere la sezione richiesta secondo la tabella 1.

Tabella 1. La sezione trasversale dei fili deve sempre essere selezionata nel lato più grande più vicino (+)

Fase 1: calcolo della potenza reattiva e attiva

Le capacità dei consumatori sono indicate nei documenti relativi all'apparecchiatura. In genere, le classificazioni delle apparecchiature indicano la potenza attiva insieme alla potenza reattiva.

I dispositivi con un tipo di carico attivo trasformano tutta l'energia elettrica ricevuta, tenendo conto dell'efficienza, in un lavoro utile: meccanico, termico o di altra natura.

I dispositivi di carico attivo includono lampade a incandescenza, riscaldatori e stufe elettriche.

Per tali dispositivi, il calcolo della potenza per corrente e tensione ha la forma:

P = U * I,

dove:

• P - potenza in watt;
• U - tensione in V;
• io - forza attuale in A.

I dispositivi con un tipo di carico reattivo possono accumulare energia dalla sorgente e quindi restituirla. Tale scambio si verifica a causa dello spostamento della corrente sinusoidale e della tensione sinusoidale.

A zero sfasamenti, la potenza P = U * I ha sempre un valore positivo. Un tale grafico delle fasi di corrente e tensione sono dispositivi con un tipo di carico attivo (I, i - corrente, U, u - tensione, π - pi numero, pari a 3,14)

I dispositivi di potenza reattiva comprendono motori elettrici, dispositivi elettronici di tutte le dimensioni e scopi e trasformatori.

Quando c'è uno sfasamento tra la corrente sinusoidale e la tensione sinusoidale, la potenza P = U * I può essere negativa (I, i è la corrente, U, u è la tensione, π è il numero pi pari a 3,14). Il dispositivo di potenza reattiva restituisce l'energia immagazzinata alla fonte

Le reti elettriche sono costruite in modo tale da poter trasmettere energia elettrica in una direzione dalla sorgente al carico.

Pertanto, l'energia restituita dal consumatore con un carico reattivo è parassita e viene spesa per il riscaldamento di conduttori e altri componenti.

La potenza reattiva dipende dall'angolo di fase tra la tensione e la corrente sinusoidi. L'angolo di fase è espresso in termini di cosφ.

Per trovare la piena potenza, usa la formula:

P = Q / cosφ,

dove Q - potenza reattiva in VA.

In genere, i dati del passaporto sul dispositivo indicano potenza reattiva e cosφ.

esempio: nel passaporto il perforatore mostra una potenza reattiva di 1200 VAR e cosφ = 0,7. Pertanto, il consumo energetico totale sarà pari a:

P = 1200 / 0,7 = 1714 O.

Se non è possibile trovare cosφ, per la stragrande maggioranza degli elettrodomestici, il cosφ può essere assunto pari a 0,7.

Fase 2: ricerca di simultaneità e rapporti di margine

K - coefficiente di simultaneità senza dimensioni, mostra quanti consumatori possono essere contemporaneamente inclusi nella rete. Accade raramente che tutti i dispositivi consumino contemporaneamente elettricità.

È improbabile il funzionamento simultaneo della TV e del centro musicale. Dalla pratica consolidata, K può essere preso pari a 0,8. Se prevedi di utilizzare tutti i consumatori contemporaneamente, K dovrebbe essere considerato uguale a 1.

J - fattore di sicurezza senza dimensioni. Caratterizza la creazione di una riserva di carica per i futuri consumatori.

I progressi non si fermano, ogni anno vengono inventati nuovi e sorprendenti apparecchi elettrici nuovi e utili. Entro il 2050, il consumo di elettricità dovrebbe raggiungere l'84%. In genere, si presume che J sia compreso tra 1,5 e 2,0.

Fase 3: esecuzione di un calcolo geometrico

In tutti i calcoli elettrici, viene presa l'area della sezione trasversale del conduttore - la sezione del nucleo. Misurato in mm².

Spesso è necessario imparare a calcolare correttamente diametro del filo conduttore di filo.

In questo caso, esiste una semplice formula geometrica per un filo tondo monolitico:

S = π * R² = π * D²/4o viceversa

D = √ (4 * S / π)

Per conduttori di sezione rettangolare:

S = h * m,

dove:

• S - area del nucleo in mm²;
• R - raggio dell'anima in mm;
• D - diametro del nucleo in mm;
• h, m - larghezza e altezza, rispettivamente, in mm;
• π Il numero pi è uguale a 3.14.

Se acquisti un filo a trefoli, in cui un conduttore è costituito da molti fili intrecciati di sezione circolare, il calcolo viene eseguito secondo la formula:

S = N * D²/1,27,

dove N - il numero di fili nella vena.

I fili con fili intrecciati di più fili hanno generalmente una conduttività migliore rispetto ai fili monolitici. Ciò è dovuto alle peculiarità della corrente che scorre attraverso un conduttore circolare.

La corrente elettrica è il movimento delle stesse cariche lungo il conduttore. Le cariche con lo stesso nome respingono, pertanto, la densità di distribuzione della carica viene spostata sulla superficie del conduttore.

Un altro vantaggio dei fili a trefoli è la loro flessibilità e resistenza meccanica. I fili monolitici sono più economici e vengono utilizzati principalmente per l'installazione fissa.

Fase 4: calcola la sezione di potenza in pratica

compito: la potenza totale dei consumatori in cucina è di 5000 watt (il che significa che viene raccontata la potenza di tutti i consumatori reattivi). Tutti i consumatori sono collegati a una rete monofase a 220 V e hanno alimentazione da un ramo.

Tabella 2. Se si prevede di collegare altri consumatori in futuro, la tabella mostra le capacità richieste degli elettrodomestici comuni (+)

decisione:

Si presume che il coefficiente di simultaneità K sia uguale a 0,8. La cucina è un luogo di costante innovazione, non importa, un fattore di sicurezza di J = 2.0. La capacità totale stimata sarà:

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

Usando il valore della potenza di progettazione, cerchiamo il valore più vicino nella tabella 1.

La sezione trasversale del conduttore adatta più vicina per una rete monofase è un conduttore in rame con una sezione trasversale di 4 mm². Dimensioni del filo simili con anima in alluminio 6 mm².

Per il cablaggio unipolare, il diametro minimo sarà rispettivamente di 2,3 mm e 2,8 mm. Nel caso di un'opzione multicore, viene aggiunta la sezione trasversale dei singoli core.

Calcolo della sezione trasversale corrente

I calcoli della sezione richiesta per corrente e potenza di cavi e fili presenteranno risultati più accurati. Tali calcoli consentono di valutare l'effetto generale di vari fattori sui conduttori, inclusi carico termico, grado del filo, tipo di guarnizione, condizioni operative, ecc.

L'intero calcolo viene eseguito durante le seguenti fasi:

• selezione della potenza di tutti i consumatori;
• calcolo delle correnti che attraversano il conduttore;
• selezione di una sezione adatta secondo le tabelle.

Per questa versione del calcolo, viene presa l'attuale potenza dei consumatori con tensione senza tener conto dei fattori di correzione. Saranno presi in considerazione nel sommare la forza attuale.

Fase n. 1: calcolo della forza corrente mediante le formule

Per coloro che hanno dimenticato il corso di fisica della scuola, offriamo le formule di base sotto forma di diagramma grafico come cheat sheet visivo:

La "Ruota classica" dimostra l'interconnessione delle formule e l'interdipendenza delle caratteristiche della corrente elettrica (I - intensità di corrente, P - potenza, U - tensione, R - raggio centrale)

Scriviamo la dipendenza della forza corrente I dalla potenza P e dalla tensione di linea U:

I = P / U_l,

dove:

• io - forza attuale, presa in ampere;
• P - potenza in watt;
• U_l - tensione di linea in volt.

La tensione lineare nel caso generale dipende dalla fonte di alimentazione, è monofase e trifase.

La relazione della tensione lineare e di fase:

1. U_l = U * cosφ in caso di tensione monofase.
2. U_l = U * √3 * cosφ in caso di tensione trifase.

Per i consumatori di elettrodomestici, prendere cosφ = 1, quindi la tensione lineare può essere riscritta:

1. U_l = 220 V per tensione monofase.
2. U_l = 380 V per tensione trifase.

Quindi, riassumiamo tutte le correnti consumate dalla formula:

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

dove:

• io - corrente totale in ampere;
• I1..IN - forza attuale di ciascun consumatore in ampere;
• K - coefficiente di simultaneità;
• J - fattore di sicurezza.

I coefficienti K e J hanno gli stessi valori usati nel calcolo della potenza totale.

Può verificarsi un caso in cui in una rete trifase una corrente di forza disuguale scorre attraverso conduttori di fase diversi.

Ciò accade quando i consumatori monofase e i consumatori trifase sono collegati contemporaneamente a un cavo trifase. Ad esempio, una macchina trifase e l'illuminazione monofase sono alimentate.

Sorge una domanda naturale: come viene calcolata la sezione trasversale di un filo a trefoli in tali casi? La risposta è semplice: i calcoli vengono effettuati per il conduttore più caricato.

Fase 2: scegliere una sezione adatta in base alle tabelle

Nelle regole per il funzionamento degli impianti elettrici (PES), vengono fornite alcune tabelle per la scelta della sezione del nucleo del cavo richiesta.

La conduttività del conduttore dipende dalla temperatura. Per i conduttori metallici, la resistenza aumenta all'aumentare della temperatura.

Quando viene superata una determinata soglia, il processo diventa autosufficiente: maggiore è la resistenza, maggiore è la temperatura, maggiore è la resistenza, ecc. fino a quando il conduttore non si brucia o provoca un corto circuito.

Le seguenti due tabelle (3 e 4) mostrano la sezione dei conduttori in base alle correnti e al metodo di installazione.

Tabella 3. Innanzitutto, devi scegliere il metodo di posa dei fili, dipende da quanto efficacemente si verifica il raffreddamento (+)

Il cavo differisce dal filo in quanto tutti i fili con il loro isolamento sul cavo sono attorcigliati in un fascio e racchiusi in una guaina isolante comune. Ulteriori dettagli sulle differenze e i tipi di prodotti via cavo sono scritti in questo articolo.

Tabella 4. È indicato un metodo aperto per tutti i valori della sezione trasversale dei conduttori, tuttavia, in pratica, le sezioni inferiori a 3 mm2 non sono poste apertamente per motivi di resistenza meccanica (+)

Quando si usano le tabelle, i seguenti fattori vengono applicati alla corrente continua consentita:

• 0,68 se vivevano 5-6;
• 0,63 se vivevano 7-9;
• 0,6 se vivevano 10-12 anni.

I coefficienti decrescenti vengono applicati ai valori correnti dalla colonna "aperta".

I conduttori di zero e di terra non sono inclusi nel numero di conduttori.

Secondo gli standard PES, la scelta della sezione trasversale del nucleo zero in base alla corrente continua consentita viene effettuata come almeno il 50% del nucleo di fase.

Le seguenti due tabelle (5 e 6) mostrano la dipendenza della corrente continua consentita quando la si posa nel terreno.

Tabella 5. Dipendenze di corrente continua consentite per cavi in ​​rame durante la posa in aria o terra

Il carico corrente quando è aperto e quando si approfondisce nel terreno sono diversi. Sono considerati uguali se la posa nel terreno viene effettuata utilizzando vassoi.

Tabella 6. Dipendenze di corrente continua consentite per cavi in ​​alluminio durante la posa in aria o terra

La seguente tabella (7) si applica alla disposizione delle linee di alimentazione temporanea (trasportare, se per uso privato).

Tabella 7. Corrente continua consentita quando si utilizzano cavi flessibili portatili, cavi flessibili per miniera e cavo, proiettori, fili portatili flessibili. Sono stati utilizzati solo conduttori di rame

Quando si posano i cavi nel terreno, oltre alle proprietà di rimozione del calore, è necessario tenere conto della resistività, che si riflette nella seguente tabella (8):

Tabella 8. Fattore di correzione in base al tipo e alla resistività del terreno per la corrente continua consentita, nel calcolo della sezione del cavo (+)

Calcolo e selezione di conduttori in rame fino a 6 mm² o alluminio fino a 10 mm² condotto come per corrente continua.

In caso di grandi sezioni trasversali, è possibile applicare un fattore di riduzione:

0.875 * √T_ns

dove T_ns - il rapporto tra la durata dell'inclusione e la durata del ciclo.

La durata dell'inclusione è presa dal calcolo di non più di 4 minuti. In questo caso, il ciclo non deve superare i 10 minuti.

Quando si sceglie un cavo per il cablaggio dell'elettricità casa di legno particolare attenzione è rivolta alla sua resistenza al fuoco.

Fase # 3 - calcolo della sezione trasversale del conduttore corrente usando un esempio

compito: calcolare la sezione trasversale richiesta cavo di rame per il collegamento:

• Macchina per la lavorazione del legno trifase da 4000 W;
• Saldatrice trifase da 6000 W;
• elettrodomestici in casa con una capacità totale di 25.000 watt;

La connessione sarà effettuata da un cavo a cinque conduttori (conduttori trifase, uno zero e uno di terra) posati a terra.

L'isolamento dei prodotti via cavo viene calcolato su un valore specifico della tensione operativa. Va tenuto presente che la tensione di funzionamento del produttore del suo prodotto deve essere superiore alla tensione di rete

Decisione.

Passaggio n. 1 Calcoliamo la tensione lineare di una connessione trifase:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Passaggio 2. Gli elettrodomestici, le macchine utensili e le saldatrici hanno una potenza reattiva, quindi la potenza di macchinari e attrezzature sarà:

P_{di quelli} = 25000 / 0,7 = 35700 W.

P_Equi = 10000 / 0,7 = 14300 W.

Passaggio n. 3. Corrente richiesta per il collegamento di elettrodomestici:

io_{di quelli} = 35700/220 = 162 A

Passaggio 4. Corrente richiesta per collegare l'apparecchiatura:

io_Equi = 14300/380 = 38 A

Passaggio n. 5. La corrente richiesta per il collegamento di elettrodomestici viene calcolata in base al calcolo di una fase. Dalla condizione del problema, ci sono tre fasi. Di conseguenza, la corrente può essere distribuita in fasi. Per semplicità, ipotizziamo una distribuzione uniforme:

io_{di quelli} = 162/3 = 54 A

Passaggio n. 6. Corrente per fase:

io_f = 38 + 54 = 92 A

Passaggio 7 Le apparecchiature e gli elettrodomestici non funzioneranno contemporaneamente, tranne per questo imposteremo un margine pari a 1,5. Dopo aver applicato i fattori di correzione:

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

Passaggio 8. Sebbene il cavo contenga 5 core, vengono presi in considerazione solo i core trifase. Secondo la tabella 8, in una colonna di un cavo a tre conduttori nel terreno, troviamo che una corrente di 115 A corrisponde a una sezione trasversale di un nucleo di 16 mm².

Passaggio n. 9. Secondo la tabella 8, applichiamo il fattore di correzione in base alle caratteristiche della terra. Per un tipo di terreno normale, il coefficiente è 1.

Passaggio n. 10. Opzionale, calcola il diametro del nucleo:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm

Se il calcolo è stato effettuato esclusivamente tramite alimentazione, senza tenere conto delle caratteristiche del cavo, la sezione del nucleo sarà di 25 mm². Il calcolo della forza attuale è più complicato, ma a volte consente di risparmiare considerevoli soldi, soprattutto quando si tratta di cavi di alimentazione multi-core.

Puoi leggere di più sulla relazione tra tensione e corrente qui.

Calcolo della caduta di tensione

Qualsiasi conduttore, tranne i superconduttori, ha una resistenza. Pertanto, con una lunghezza sufficiente del cavo o del filo, si verifica una caduta di tensione.

Gli standard PES richiedono che la sezione del nucleo del cavo sia tale che la caduta di tensione non sia superiore al 5%.

Tabella 9. Resistività dei conduttori metallici comuni (+)

Ciò riguarda principalmente i cavi a bassa tensione di sezione ridotta.

Il calcolo della caduta di tensione è il seguente:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_tampone = I * R,

U_% = (U_tampone / U_ling) * 100,

dove:

• 2 - coefficiente dovuto al fatto che la corrente scorre necessariamente in due nuclei;
• R - resistenza del conduttore, Ohm;
• ρ - resistenza specifica del conduttore, Ohm * mm²/ m;
• S - sezione conduttore, mm²;
• U_tampone - caduta di tensione, V;
• U_% - caduta di tensione rispetto a U_ling,%.

Utilizzando le formule, è possibile eseguire autonomamente i calcoli necessari.

Porta esempio di calcolo

compito: calcola la caduta di tensione per un filo di rame con una sezione trasversale di un nucleo di 1,5 mm². È necessario un filo per collegare una saldatrice elettrica monofase con una potenza totale di 7 kW. Lunghezza del filo 20 m.

Se si desidera collegare una saldatrice domestica al ramo di rete, è necessario tenere conto della situazione per cui è progettato il cavo. È possibile che la potenza totale dei dispositivi operativi sia maggiore. L'opzione migliore è connettere i consumatori alle singole filiali

soluzione:

Passaggio n. 1 Calcoliamo la resistenza del filo di rame usando la tabella 9:

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

Passaggio 2. La corrente che scorre lungo il conduttore:

I = 7000/220 = 31,8 A

Passaggio n. 3. Caduta di tensione sul filo:

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

Passaggio 4. Calcoliamo la percentuale di caduta di tensione:

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

Conclusione: per collegare la saldatrice è necessario un conduttore con una grande sezione trasversale.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il calcolo della sezione trasversale del conduttore secondo le formule:

Raccomandazioni di specialisti sulla selezione di prodotti per cavi e fili:

I calcoli sopra riportati sono validi per conduttori in rame e alluminio per uso industriale. Per altri tipi di conduttori, il trasferimento di calore totale è pre-calcolato.

Sulla base di questi dati, la corrente massima in grado di fluire attraverso il conduttore viene calcolata senza causare un riscaldamento eccessivo.

In caso di domande sulla metodologia per il calcolo della sezione del cavo o se si desidera condividere l'esperienza personale, si prega di lasciare commenti su questo articolo. La casella di feedback si trova sotto.