חישוב חתך הכבלים לפי כוח וזרם: כיצד לחשב חיווט נכון

האם אתה מתכנן לעשות מודרניזציה של רשת חשמל או בנוסף להאריך את קו החשמל למטבח לחיבור תנור חשמלי חדש? כאן שימושי ידע מינימלי על חתך המוליך והשפעת פרמטר זה על כוח וקלטות.

מסכים כי חישוב שגוי של חתך הכבלים מביא לחימום יתר וקצר או לעלויות בלתי מוצדקות.

חשוב מאוד לבצע חישובים בשלב התכנון שכן הכישלון של חיווט מוסתר והחלפה לאחר מכן טומן בחובו עלויות משמעותיות. אנו נעזור לך להתמודד עם המורכבויות של החישובים על מנת להימנע מבעיות במהלך המשך הפעולה של רשת החשמל.

כדי לא להכביד על חישובים מורכבים, בחרנו נוסחאות ואפשרויות חישוב מובנות, סיפקנו מידע בצורה נגישה, וסיפקנו לנוסחאות הסברים. כמו כן, נוספו למאמר תמונות נושאיות וחומרי וידיאו המאפשרים להבין בבירור את מהות הנושא הנדון.

חישוב חתך הכוח על ידי כוח הצרכנים

המטרה העיקרית של המוליכים היא מסירת אנרגיה חשמלית לצרכנים בכמות הנדרשת. מכיוון שמוליכי-על אינם זמינים בתנאי הפעלה רגילים, יש לקחת בחשבון את ההתנגדות של חומר המוליך.

חישוב הסעיף הנדרש מוליכים וכבלים תלוי בקיבולת הכוללת של הצרכנים על בסיס ניסיון הפעלה ארוך טווח.

אנו מתחילים את תהליך החישוב הכללי על ידי ביצוע החישובים תחילה באמצעות הנוסחה:

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

איפה:

• ע - כוחם של כל הצרכנים המחוברים לסניף המחושב בוואטס.
• P1, P2, PN - הכוח של הצרכן הראשון, השני, ה- n בהתאמה, בוואטס.

לאחר שקיבלת את התוצאה בסוף החישובים על פי הנוסחה לעיל, הגיע הזמן לפנות לנתוני הטבלה.

כעת עליכם לבחור את החלק הדרוש לפי טבלה 1.

טבלה 1. תמיד יש לבחור בחתך החוטים בצד הגדול ביותר הקרוב (+)

שלב מס '1 - חישוב כוח תגובתי ופעיל

הקיבולת של הצרכנים מצוינת במסמכי הציוד. בדרך כלל, דירוגי ציוד מצביעים על כוח פעיל יחד עם כוח תגובתי.

מכשירים עם סוג עומס פעיל הופכים את כל האנרגיה החשמלית שהתקבלה, תוך התחשבות ביעילות, לעבודה שימושית: מכנית, תרמית או צורה אחרת.

התקני עומס פעילים כוללים מנורות ליבון, תנורי חימום ותנורים חשמליים.

עבור מכשירים כאלה, לחישוב הספק לזרם ומתח יש את הצורה:

P = U * I,

איפה:

• ע - כוח בוואט;
• U - מתח V;
• אני - חוזק זרם ב- A.

מכשירים עם עומס מסוג תגובתי יכולים לצבור אנרגיה מהמקור ואז להחזירו. החלפה כזו מתרחשת עקב עקירת הזרם הסינוסי והמתח הסינוסואידי.

בזמן תזוזת שלבי אפס, לכוח P = U * תמיד יש לי ערך חיובי. גרף כזה של שלבי הזרם והמתח הם מכשירים עם סוג עומס פעיל (I, i - זרם, U, U - מתח, מספר π - pi, שווה ל 3.14)

התקני כוח ריאקטיביים כוללים מנועים חשמליים, מכשירים אלקטרוניים בכל הגדלים והמטרות והשנאים.

כשיש מעבר שלב בין הזרם הסינוסואידי למתח הסינוסואידי, הכוח P = U * אני יכול להיות שלילי (I, i הוא הזרם, U, u הוא המתח, π הוא המספר pi שווה ל 3.14). מכשיר כוח תגובתי מחזיר אנרגיה מאוחסנת למקור

רשתות חשמל בנויות בצורה כזו שיוכלו להעביר אנרגיה חשמלית בכיוון אחד מהמקור לעומס.

לפיכך, האנרגיה המוחזרת של הצרכן עם עומס תגובתי היא טפילית ומוקדשת על מוליכי חימום ורכיבים אחרים.

כוח תגובתי תלוי בזווית הפאז בין מתח הסינוסואידים הנוכחי. זווית הפאזה באה לידי ביטוי במונחים של cosφ.

כדי למצוא את העוצמה המלאה, השתמש בנוסחה:

P = Q / cosφ,

איפה ש - כוח תגובתי ב- VA.

בדרך כלל, נתוני הדרכון במכשיר מצביעים על כוח תגובתי וקוסφ.

דוגמא: בדרכון המחורר מראה כוח תגובתי של 1200 VAR ו- cosφ = 0.7. לפיכך, צריכת החשמל הכוללת תהיה שווה ל:

P = 1200 / 0.7 = 1714 W

אם לא ניתן היה למצוא cosφ, עבור הרוב המכריע של מכשירי החשמל הביתיים, ניתן לקחת את cosφ שווה ל 0.7.

שלב 2 - חפש יחסי סימולטניות ושוליים

ק - מקדם סימולטניות נטול ממדים, מראה כמה צרכנים יכולים להיכלל בו זמנית ברשת. לעיתים רחוקות זה קורה כי כל המכשירים צורכים חשמל בו זמנית.

הפעלה סימולטנית של מרכז הטלוויזיה והמוזיקה אינה סבירה. מתרגול מבוסס, ניתן לקחת K שווה ל 0.8. אם אתה מתכנן להשתמש בכל הצרכנים בו זמנית, יש לקחת K שווה ל -1.

ג - גורם בטיחות חסר מימד. זה מאפיין יצירת עתודת חשמל לצרכנים עתידיים.

ההתקדמות לא עומדת בשקט, בכל שנה ממציאים מכשירי חשמל חדשים ומפתיעים. עד שנת 2050 צפויה צריכת החשמל להגיע ל 84%. בדרך כלל, ההנחה היא ש- J הוא בין 1.5 ל- 2.0.

שלב מס '3 - ביצוע חישוב גיאומטרי

בכל החישובים החשמליים נלקח שטח חתך המוליך - חתך הליבה. נמדד במ"מ².

לעיתים קרובות יש ללמוד כיצד לחשב נכון קוטר חוט מוליך תיל.

במקרה זה, יש נוסחה גיאומטרית פשוטה לחוט עגול מונוליטי:

S = π * R² = π * ד²/4או להפך

D = √ (4 * S / π)

למוליכים חתך מלבני:

S = h * m,

איפה:

• ס - שטח ליבה במ"מ²;
• ר - רדיוס הליבה במ"מ;
• ד - קוטר הליבה במ"מ;
• ח, מ - רוחב וגובה בהתאמה במ"מ;
• π האם המספר pi שווה ל 3.14.

אם אתה רוכש חוט תקוע, בו מוליך אחד מורכב מחוטים מפותלים רבים של חתך רוחב מעגלי, אז החישוב מתבצע על פי הנוסחה:

S = N * D²/1,27,

איפה נ - מספר החוטים בווריד.

לחוטים בעלי ליבות מפותלות של מספר חוטים יש בדרך כלל מוליכות טובה יותר מאשר חוטים מונוליטיים. הסיבה לכך היא מוזרויות הזרם הזורם במוליך מעגלי.

זרם חשמלי הוא תנועה של אותם מטענים לאורך המוליך. המטענים של אותו שם דוחים, ולכן צפיפות חלוקת המטען מועברת אל פני המוליך.

יתרון נוסף של חוטים תקועים הוא הגמישות והעמידות המכנית שלהם. חוטים מונוליטיים הם זולים יותר ומשמשים בעיקר להתקנה קבועה.

שלב מס '4 - חישב את פרק הכוח בפועל

אתגר: ההספק הכולל של הצרכנים במטבח הוא 5000 וואט (כלומר הכוח של כל הצרכנים המגיבים) מסופר. כל הצרכנים מחוברים לרשת חד-פאזית 220 וולט ויש להם כוח מענף אחד.

טבלה 2. אם בכוונתך לחבר צרכנים נוספים בעתיד, הטבלה מציגה את היכולות הנדרשות של מכשירי חשמל ביתיים נפוצים (+)

פיתרון:

מקדם המקביל K מניח כי הוא שווה ל 0.8. המטבח הוא מקום של חדשנות מתמדת, לא חשוב לכם, גורם בטיחותי של J = 2.0. הקיבולת הכוללת המשוערת תהיה:

P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 קילוואט

בעזרת הערך של כוח העיצוב, אנו מחפשים את הערך הקרוב ביותר בטבלה 1.

חתך המוליך המתאים הקרוב ביותר לרשת חד פאזית הוא מוליך נחושת עם חתך רוחב של 4 מ"מ². גודל חוט דומה עם ליבת אלומיניום 6 מ"מ².

עבור חיווט ליבה יחידה הקוטר המינימלי יהיה 2.3 מ"מ ו -2.8 מ"מ בהתאמה. במקרה של אפשרות מרובת ליבות, חתך החלקים של ליבות בודדות מתווסף.

חישוב החתך הנוכחי

חישובי החתך החוצה לזרם וכוח של כבלים וחוטי חשמל יציגו תוצאות מדויקות יותר. חישובים כאלה מאפשרים להעריך את ההשפעה הכללית של גורמים שונים על מוליכים, כולל עומס תרמי, כיתה תיל, סוג אטם, תנאי הפעלה וכו '.

החישוב כולו מתבצע במהלך השלבים הבאים:

• בחירת כוח של כל הצרכנים;
• חישוב זרמים העוברים במוליך;
• בחירת חתך מתאים בהתאם לטבלאות.

עבור גרסה זו של החישוב, כוחם הנוכחי של צרכנים עם מתח נלקח מבלי לקחת בחשבון גורמי תיקון. הם יובאו בחשבון בעת ​​סיכום הכוח הנוכחי.

שלב מס '1 - חישוב חוזק זרם על ידי הנוסחאות

למי ששכח את קורס הפיזיקה בבית הספר, אנו מציעים את הנוסחאות הבסיסיות בצורה של תרשים גרפי כגליון רמאות חזותי:

"הגלגל הקלאסי" מדגים את חיבור חיבור הנוסחאות ותלות הדדית בין מאפייני הזרם החשמלי (I - כוח זרם, כוח P, מתח U, רדיוס R ליבות)

בואו נכתוב את התלות של חוזק הזרם I בכוח P ובמתח הקו U:

I = P / U_l,

איפה:

• אני - חוזק זרם, נלקח באמפרות;
• ע - כוח בוואט;
• U_l - מתח קו בוולט.

מתח לינארי במקרה הכללי תלוי במקור אספקת החשמל, הוא חד-פאזי ושלושה.

הקשר בין מתח ליניארי ושל פאזה:

1. U_l = U * cosφ במקרה של מתח חד-פאזי.
2. U_l = U * √3 * cosφ במקרה של מתח תלת פאזי.

עבור צרכני חשמל ביתיים, קחו cosφ = 1, כך שניתן יהיה לכתוב מחדש את המתח הליניארי:

1. U_l = 220 וולט למתח שלב אחד.
2. U_l = 380 וולט למתח תלת פאזי.

בשלב הבא, אנו מסכמים את כל הזרמים הצורכים על ידי הנוסחה:

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

איפה:

• אני - זרם כולל באמפר;
• I1..IN - חוזק הנוכחי של כל צרכן באמפר;
• ק - מקדם סימולטניות;
• ג - גורם בטיחותי.

במקדמים K ו- J יש אותם ערכים ששימשו לחישוב הכוח הכולל.

יכול להיות מקרה כאשר ברשת תלת פאזית זרם של חוזק לא שוויוני זורם דרך מוליכי פאזות שונים.

זה קורה כאשר צרכנים חד פאזיים וצרכנים תלת פאזיים מחוברים לכבל תלת פאזי בו זמנית. לדוגמה, מכונה תלת פאזית ותאורה חד פאזית מופעלים.

נשאלת שאלה טבעית: כיצד מחושב את חתך הרצועה של חוט תקוע במקרים כאלה? התשובה היא פשוטה - החישובים נעשים עבור המוליך הכי טעון.

שלב מס '2 - בחירת קטע מתאים לפי הטבלאות

בכללים להפעלת מתקנים חשמליים (PES) ניתנים מספר טבלאות לבחירת קטע ליבת הכבלים הנדרש.

מוליכות מוליך תלויה בטמפרטורה. עבור מוליכי מתכת ההתנגדות עולה עם עליית הטמפרטורה.

כאשר חורג מסף מסוים, התהליך הופך להיות עצמאי: ככל שהתנגדות גבוהה יותר, הטמפרטורה גבוהה יותר, ההתנגדות גבוהה יותר וכו '. עד שהמוליך שורף או גורם לקצר.

שני הטבלאות שלהלן (3 ו -4) מציגות את חתך הרוחב של המוליכים בהתאם לזרמים ושיטת ההתקנה.

טבלה 3. ראשית, עליכם לבחור את שיטת הנחת החוטים, זה תלוי באיזו יעילות הקירור מתרחש (+)

הכבל שונה מהחוט בכך שכל החוטים עם בידוד משלהם על הכבל מפותלים לחבילה וסוגרים בתוך נדן בידוד משותף. פרטים נוספים על ההבדלים וסוגי מוצרי הכבלים נכתבים בזה מאמר.

טבלה 4. שיטה פתוחה מצוינת לכל ערכי חתך הרוחב של המוליכים, אולם בפועל, חתכים מתחת ל -3 מ"מ 2 אינם מונחים באופן גלוי מסיבות של חוזק מכני (+)

בעת שימוש בטבלאות, הגורמים הבאים מוחלים על הזרם הרצוף המותר:

• 0.68 אם חיו 5-6;
• 0.63 אם חיו 7-9;
• 0.6 אם 10-12 חיו.

מקדמי ירידה מוחלים על הערכים הנוכחיים מהעמודה "פתוחה".

מוליכי הארכה ואפס אינם כלולים במספר המוליכים.

על פי תקני PES, הבחירה בחתך רוחב ליבת האפס על פי הזרם הרצוף המותר נעשית כ- 50% לפחות מליבת הפאזה.

שתי הטבלאות הבאות (5 ו -6) מראות את התלות של הזרם הרצוף המותר בעת הנחתו באדמה.

טבלה 5. תלות בזרם רצוף מותר לכבלי נחושת בעת הנחתו באוויר או בקרקע

העומס הנוכחי בעת הנחתו וכאשר העמקה באדמה שונים. הם נלקחים שווים אם הנחתם באדמה מתבצעת באמצעות מגשים.

טבלה 6. תלות בזרם רצוף מותר לכבלי אלומיניום בעת הנחתו באוויר או בקרקע

הטבלה הבאה (7) חלה על הסדר קווי אספקת חשמל זמניים (נשיאה, אם לשימוש פרטי).

טבלה 7. זרם רציף מותר בעת שימוש בכבלי צינור ניידים, כבלי צינור ומכרה ניידים, זרקורים, חוטים ניידים גמישים. משתמשים רק במוליכי נחושת

בעת הנחת כבלים באדמה, בנוסף למאפייני הסרת החום, יש לקחת בחשבון את ההתנגדות, הבאה לידי ביטוי בטבלה הבאה (8):

טבלה 8. גורם תיקון תלוי בסוג האדמה ועמידותו בזרם רצוף מותר, בעת חישוב חתך הכבל (+)

חישוב ובחירת מוליכי נחושת עד 6 מ"מ² או אלומיניום עד 10 מ"מ² מתנהל כמו זרם רציף.

במקרה של חתכים גדולים אפשר להחיל גורם צמצום:

0.875 * √ T_pv

איפה ט_pv - היחס בין משך ההכללה למשך המחזור.

משך ההכללה נלקח מחישוב של לא יותר מ -4 דקות. במקרה זה, המחזור לא צריך לעלות על 10 דקות.

בעת בחירת כבל לחיבור חשמל לחשמל בית עץ תשומת לב מיוחדת מוקדשת להתנגדות האש שלה.

שלב מס '3 - חישוב חתך הרוחב של המוליך הנוכחי באמצעות דוגמה

אתגר: חשב את חתך הרוחב הנדרש כבל נחושת לחיבור:

• מכונת נגרות תלת פאזית 4000 W;
• מכונת ריתוך תלת פאזית 6000 W;
• מכשירי חשמל ביתיים בהספק כולל של 25,000 וואט;

החיבור יבוצע על ידי כבל בן חמש ליבות (מוליכים תלת פאזיים, אחד נייטרלי ואדמה) המונחים באדמה.

בידוד מוצרי הכבלים מחושב לפי ערך ספציפי של מתח ההפעלה. יש לזכור כי מתח ההפעלה של היצרן של המוצר שלו חייב להיות גבוה יותר מהמתח ברשת

פיתרון.

שלב מס '1. אנו מחשבים את המתח הליניארי של חיבור תלת פאזי:

U_l = 220 * √3 = 380 וולט

שלב מס '2. מכשירי חשמל ביתיים, מכונות ומכונות ריתוך הם בעלי כוח תגובתי, ולכן כוחם של מכונות וציוד יהיה:

ע_{מבין אלה} = 25000 / 0.7 = 35700 W

ע_{עורכת דין} = 10000 / 0.7 = 14300 W

שלב 3. זרם נדרש לחיבור מכשירי חשמל ביתיים:

אני_{מבין אלה} = 35700/220 = 162 א

שלב 4. זרם נדרש לחיבור ציוד:

אני_{עורכת דין} = 14300/380 = 38 א

שלב 5. הזרם הנדרש לחיבור מכשירי חשמל ביתיים מחושב על בסיס חישוב שלב אחד. במצב הבעיה ישנם שלושה שלבים. כתוצאה מכך ניתן לחלק את הזרם בשלבים. לשם הפשטות אנו מניחים חלוקה אחידה:

אני_{מבין אלה} = 162/3 = 54 א

שלב 6. זרם לכל שלב:

אני_ו = 38 + 54 = 92 א

שלב 7 ציוד ומכשירים ביתיים לא יעבדו באותו זמן, פרט לכך נניח מרווח שווה ל 1.5. לאחר יישום גורמי התיקון:

אני_ו = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 א

שלב 8. למרות שהכבל מכיל 5 ליבות, נלקחות בחשבון רק ליבות בעלות שלוש שלבים. על פי טבלה 8, בעמודה של כבל תלת ליבתי באדמה, אנו מגלים כי זרם של 115 A תואם לחתך רוחב של ליבה של 16 מ"מ².

שלב 9. על פי טבלה 8, אנו מיישמים את גורם התיקון בהתאם למאפייני כדור הארץ. עבור סוג קרקע רגיל, המקדם הוא 1.

שלב 10. אופציונלי, חשב את קוטר הליבה:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 מ"מ

אם החישוב בוצע רק בכוח, מבלי לקחת בחשבון את תכונות הכבל, חתך הגרעין של הליבה יהיה 25 מ"מ². חישוב הכוח הנוכחי הוא מסובך יותר, אך לעיתים הוא חוסך כסף רב, במיוחד כשמדובר בכבלי חשמל מרובי ליבות.

תוכלו לקרוא עוד על הקשר בין מתח לזרם כאן.

חישוב ירידת מתח

לכל מוליך, פרט למוליכי-על, יש התנגדות. לכן, באורך מספיק של הכבל או החוט, מתרחשת ירידת מתח.

תקני PES דורשים כי חתך הרוחב של ליבת הכבלים יהיה כזה שצניחת המתח לא תעלה על 5%.

טבלה 9. התנגדות של מוליכי מתכת נפוצים (+)

זה בעיקר קשור לכבלים במתח נמוך של חתך רוחב קטן.

החישוב של ירידת המתח הוא כדלקמן:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_רפידה = I * R,

U_% = (U_רפידה / U_לין) * 100,

איפה:

• 2 - מקדם בגלל העובדה שהזרם זורם בהכרח בשתי ליבות;
• ר - התנגדות למוליכים, אוהם;
• ρ - התנגדות ספציפית של המוליך, אוהם * מ"מ²/ מ ';
• ס - חתך מוליך, מ"מ²;
• U_רפידה - ירידת מתח, V;
• U_% - ירידת מתח ביחס ל- U_לין,%.

באמצעות נוסחאות תוכלו לבצע באופן עצמאי את החישובים הנדרשים.

נשא דוגמה לחישוב

אתגר: חישוב ירידת המתח עבור חוט נחושת עם חתך רוחב של ליבה אחת של 1.5 מ"מ². יש צורך בחוט לחיבור מכונת ריתוך חשמלית חד פאזית בהספק כולל של 7 קילוואט. אורך חוט 20 מ '.

אם ברצונך לחבר מכונת ריתוך ביתית לסניף החשמל, עליך לקחת בחשבון את המצב שלשמו מיועד הכבל. יתכן כי ההספק הכולל של התקני הפעלה עשוי להיות גבוה יותר. האפשרות הטובה ביותר היא לחבר צרכנים לסניפים בודדים

פיתרון:

שלב מס '1. אנו מחשבים את ההתנגדות של חוט הנחושת באמצעות טבלה 9:

R = 2 * (0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47 אוהם

שלב מס '2. הזרם הזורם לאורך המוליך:

I = 7000/220 = 31.8 א

שלב 3. ירידת מתח על החוט:

U_רפידה = 31.8 * 0.47 = 14.95 וולט

שלב 4. אנו מחשבים את אחוז ירידת המתח:

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

מסקנה: לחיבור מכונת הריתוך יש צורך במוליך עם חתך רוחב גדול.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

חישוב חתך הרוחב של המוליך על פי הנוסחאות:

המלצות של מומחים לבחירת מוצרי כבלים וחוטים:

החישובים לעיל תקפים למוליכי נחושת ואלומיניום לשימוש תעשייתי. עבור סוגים אחרים של מוליכים, העברת החום הכוללת מחושבת מראש.

על סמך נתונים אלה מחושב הזרם המרבי המסוגל לזרום דרך המוליך מבלי לגרום לחימום מוגזם.

אם יש לך שאלות לגבי המתודולוגיה לחישוב חתך הכבלים או אם ברצונך לחלוק חוויה אישית, אנא השאר הערות למאמר זה. תיבת המשוב נמצאת למטה.