Kabelio skerspjūvio apskaičiavimas pagal galią ir srovę: kaip teisingai apskaičiuoti laidus

Ar ketini daryti elektros tinklo modernizavimas ar papildomai pratęsti elektros liniją prie virtuvės, kad būtų galima prijungti naują elektrinę viryklę? Čia naudingos minimalios žinios apie laidininko skerspjūvį ir šio parametro poveikį galiai ir srovės stiprumui.

Sutikite, kad neteisingas kabelio skerspjūvio apskaičiavimas lemia perkaitimą ir trumpąjį jungimą arba nepagrįstas išlaidas.

Labai svarbu atlikti skaičiavimus projektavimo etape, nes paslėptos laidų gedimas ir vėlesnis pakeitimas reikalauja didelių išlaidų. Mes padėsime jums susidoroti su skaičiavimų sudėtingais elementais, kad išvengtumėte problemų tolesniame elektros tinklo veikime.

Kad neapsunkintume sudėtingų skaičiavimų, pasirinkome suprantamas formules ir skaičiavimo galimybes, pateikėme informaciją prieinama forma, pateikdami formules su paaiškinimais. Taip pat prie straipsnio buvo pridėtos teminės nuotraukos ir vaizdo medžiaga, leidžianti aiškiai suprasti nagrinėjamo klausimo esmę.

Skerspjūvio apskaičiavimas pagal vartotojų galią

Pagrindinis laidininkų tikslas yra tiekti vartotojams reikiamą kiekį elektros energijos. Kadangi superlaidininkų normaliomis eksploatavimo sąlygomis nėra, reikia atsižvelgti į laidininko medžiagos varžą.

Reikiamo skyriaus apskaičiavimas laidininkai ir kabeliai atsižvelgiant į bendrą vartotojų pajėgumą, remiantis ilgalaike eksploatavimo patirtimi.

Mes pradedame bendrąjį skaičiavimo procesą pirmiausia atlikdami skaičiavimus pagal formulę:

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

Kur:

• P - visų vartotojų, prijungtų prie apskaičiuotos šakos, vatais.
• P1, P2, PN - pirmojo vartotojo, atitinkamai antrojo, n-ojo, galia, vatais.

Gavę rezultatą paskaičiavimų pagal aukščiau pateiktą formulę pabaigoje, atėjo laikas kreiptis į lentelės duomenis.

Dabar jūs turite pasirinkti reikiamą skyrių pagal 1 lentelę.

1 lentelė. Laidų skerspjūvis visada turi būti pasirinktas arčiausiai didesnės pusės (+)

1 etapas - reaktyviosios ir aktyviosios galios apskaičiavimas

Vartotojų pajėgumai nurodyti įrangos dokumentuose. Paprastai įrangos reitingai rodo aktyviąją galią kartu su reaktyviąja galia.

Įrenginiai su aktyvaus tipo apkrova, atsižvelgiant į efektyvumą, visą gautą elektros energiją paverčia naudingu darbu: mechaniniu, šiluminiu ar kitokiu pavidalu.

Į aktyviosios apkrovos įtaisus įeina kaitrinės lempos, šildytuvai ir elektrinės viryklės.

Tokiems įtaisams galios ir srovės galios apskaičiavimas yra toks:

P = U * I,

Kur:

• P - galia vatais;
• U - įtampa V;
• Aš - srovės stipris A.

Įtaisai, turintys reaktyvaus tipo apkrovą, gali kaupti energiją iš šaltinio ir grąžinti. Toks keitimas įvyksta dėl sinusoidinės srovės ir sinusoidinės įtampos poslinkio.

Esant nuliniam fazės poslinkiui, galia P = U * visada turi teigiamą vertę. Toks srovės ir įtampos fazių grafikas yra įrenginiai, kurių aktyvioji apkrova yra (I, i - srovė, U, u - įtampa, π - pi skaičius, lygus 3,14).

Į reaktyviosios galios įtaisus įeina elektros varikliai, įvairaus dydžio ir paskirties elektroniniai įtaisai bei transformatoriai.

Kai vyksta sinusoidinės srovės ir sinusoidinės įtampos fazės poslinkis, galia P = U * I gali būti neigiama (I, i yra srovė, U, u yra įtampa, π yra skaičius pi, lygus 3,14). Reaktyviosios galios įtaisas grąžina sukauptą energiją atgal į šaltinį

Elektros tinklai yra pastatyti taip, kad jie galėtų perduoti elektros energiją viena kryptimi nuo šaltinio iki krovinio.

Todėl vartotojui grąžinta energija, turinti reaktyviąją apkrovą, yra parazitinė ir yra išleidžiama šildymo laidininkams ir kitiems komponentams.

Reaktyvioji galia priklauso nuo fazės kampo tarp įtampos ir srovės sinusoidų. Fazinis kampas išreiškiamas cosφ.

Norėdami rasti visą galią, naudokite formulę:

P = Q / cosφ,

Kur Q - reaktyvioji galia VA.

Paprastai paso duomenys įrenginyje rodo reaktyviąją galią ir cosφ.

Pavyzdys: pase perforatoriaus reaktyvioji galia yra 1200 VAR, o cosφ = 0,7. Todėl bendras energijos suvartojimas bus lygus:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Jei cosφ nepavyko rasti, daugumos buitinių elektrinių prietaisų atveju cosφ gali būti laikomas lygus 0,7.

2 etapas - ieškokite vienalaikiškumo ir paraštės santykio

K - be dimensijos vienu metu koeficientas parodo, kiek vartotojų vienu metu gali būti įtrauktas į tinklą. Retai atsitinka, kad visi prietaisai vienu metu sunaudoja elektrą.

Tuo pačiu metu televizoriaus ir muzikos centro veikimas yra mažai tikėtinas. Iš nusistovėjusios praktikos K galima lyginti su 0,8. Jei planuojate naudoti visus vartotojus tuo pačiu metu, K vertė turėtų būti lygi 1.

J - be matmenų saugos koeficientas. Tai apibūdina galios rezervo sukūrimą būsimiems vartotojams.

Pažanga nesustoja vietoje, kiekvienais metais išrandama vis naujų ir stebinančių naujų bei naudingų elektros prietaisų. Manoma, kad iki 2050 m. Elektros energijos suvartojimas sieks 84%. Paprastai manoma, kad J yra nuo 1,5 iki 2,0.

3 etapas - geometrinio skaičiavimo atlikimas

Atliekant visus elektrinius skaičiavimus, paimamas laidininko skerspjūvio plotas - šerdies dalis. Išmatuota mm².

Dažnai reikia išmokti teisingai apskaičiuoti vielos skersmuo laido laidininkas.

Šiuo atveju yra paprasta monolitinės apvalios vielos geometrinė formulė:

S = π * R² = π * D²/4arba atvirkščiai

D = √ (4 * S / π)

Stačiakampio skerspjūvio laidininkams:

S = h * m,

Kur:

• S - šerdies plotas mm²;
• R - šerdies spindulys mm;
• D - šerdies skersmuo mm;
• h, m - plotis ir aukštis, atitinkamai, mm;
• π Ar skaičius pi lygus 3,14.

Jei perkate laidą, kurio vienas laidininkas susideda iš daugelio apskrito skerspjūvio susuktų laidų, skaičiavimas atliekamas pagal formulę:

S = N * D²/1,27,

Kur N - laidų skaičius venoje.

Laidai, turintys susuktas kelių laidų gyslas, paprastai turi geresnį laidumą nei monolitiniai laidai. Taip yra dėl srovės, tekančios per apskritą laidininką, ypatumų.

Elektros srovė yra tų pačių krūvių judėjimas išilgai laidininko. To paties pavadinimo krūviai atstumia, todėl krūvio pasiskirstymo tankis pasislenka ant laidininko paviršiaus.

Kitas suvyniotų laidų pranašumas yra jų lankstumas ir mechaninis atsparumas. Monolitiniai laidai yra pigesni ir daugiausia naudojami fiksuotam montavimui.

4 etapas - apskaičiuokite galios skyrių praktikoje

Iššūkis: bendra vartotojų galia virtuvėje yra 5000 vatų (tai reiškia, kad turi būti skaičiuojama visų reaktyvių vartotojų galia). Visi vartotojai yra prisijungę prie vienfazio 220 V tinklo ir turi maitinimą iš vienos šakos.

2 lentelė. Jei ateityje planuojate prijungti papildomus vartotojus, lentelėje parodyti reikalingi įprastų buitinių prietaisų pajėgumai (+)

Sprendimas:

Manoma, kad vienalaikiškumo koeficientas K yra lygus 0,8. Virtuvė yra nuolatinių naujovių vieta, jūs niekada neprieštaraujate, saugos koeficientas J = 2,0. Bendras numatomas pajėgumas bus:

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

Naudodamiesi projektine galia, artimiausios vertės ieškome 1 lentelėje.

Vienfazis tinklas yra tinkamiausias laidininko skerspjūvis - vario laidininkas, kurio skerspjūvis yra 4 mm². Panašus vielos dydis su 6 mm aliuminio šerdimi².

Viengyslių laidų mažiausias skersmuo bus atitinkamai 2,3 mm ir 2,8 mm. Daugiagyslių variantų atveju pridedamas atskirų šerdžių skerspjūvis.

Dabartinio skerspjūvio apskaičiavimas

Kabelių ir laidų srovės ir galios reikalingo skerspjūvio skaičiavimai pateiks tikslesnius rezultatus. Tokie skaičiavimai leidžia įvertinti bendrą įvairių veiksnių poveikį laidininkams, įskaitant šiluminę apkrovą, vielos laipsnį, tarpiklio tipą, veikimo sąlygas ir kt.

Visas skaičiavimas atliekamas atlikus šiuos veiksmus:

• energijos pasirinkimas visiems vartotojams;
• srovių, einančių per laidininką, apskaičiavimas;
• tinkamo skerspjūvio pasirinkimas pagal lenteles.

Šiai skaičiavimo versijai imama dabartinė vartotojų, turinčių įtampą, galia, neatsižvelgiant į pataisos koeficientus. Į juos bus atsižvelgiama apibendrinant esamą jėgą.

1 etapas - srovės stiprio apskaičiavimas pagal formules

Tiems, kurie pamiršo mokyklos fizikos kursą, siūlome pagrindines formules kaip grafinę diagramą kaip vaizdinį kodų lapą:

„Klasikinis ratas“ parodo formulių sujungimą ir elektros srovės charakteristikų (I - srovės stipris, P - galia, U - įtampa, R - šerdies spindulys) tarpusavio priklausomybę.

Parašykime srovės stiprio I priklausomybę nuo galios P ​​ir linijos įtampos U:

I = P / U_l,

Kur:

• Aš - srovės stipris, išreikštas amperais;
• P - galia vatais;
• U_l - linijos įtampa voltais.

Linijinė įtampa paprastai priklauso nuo maitinimo šaltinio, ji yra vienfazė ir trifazė.

Linijinės ir fazinės įtampos santykis:

1. U_l = U * cosφ esant vienfazei įtampai.
2. U_l = U * √3 * cosφ esant trifaziai įtampai.

Buitiniams elektros vartotojams imkite cosφ = 1, taigi tiesinę įtampą galima perrašyti:

1. U_l = 220 V vienfazis įtampa.
2. U_l = 380 V už trifazę įtampą.

Toliau apibendriname visas suvartotas sroves pagal formulę:

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

Kur:

• Aš - bendra srovė amperais;
• I1..IN - dabartinis kiekvieno vartotojo stiprumas amperais;
• K - vienalaikiškumo koeficientas;
• J - saugos koeficientas.

Koeficientai K ir J turi tas pačias reikšmes, kurios buvo naudojamos apskaičiuojant bendrą galią.

Gali būti atvejų, kai trifaziame tinkle nevienodo stiprio srovė teka per skirtingus fazių laidininkus.

Tai atsitinka, kai vienfaziai vartotojai ir trifaziai vartotojai yra prijungti prie trifazio laido vienu metu. Pavyzdžiui, maitinamas trifazis aparatas ir vienfazis apšvietimas.

Kyla natūralus klausimas: kaip tokiais atvejais apskaičiuojamas suvytos vielos skerspjūvis? Atsakymas paprastas - skaičiavimai atlikti labiausiai apkrautam laidininkui.

2 etapas - pasirenkant tinkamą lentelę pagal lenteles

Elektros instaliacijų eksploatavimo taisyklėse (PES) pateikiama keletas lentelių, kaip pasirinkti reikiamą kabelio šerdies skyrių.

Laidininko laidumas priklauso nuo temperatūros. Metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai.

Viršijus tam tikrą slenkstį, procesas tampa savarankiškas: kuo didesnis pasipriešinimas, tuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis pasipriešinimas ir pan. kol laidininkas neišdegs arba įvyks trumpasis jungimas.

Toliau pateiktose dviejose lentelėse (3 ir 4) parodytas laidininkų skerspjūvis, atsižvelgiant į sroves ir montavimo būdą.

3 lentelė. Pirmiausia turite pasirinkti laidų klojimo būdą, tai priklauso nuo to, kaip efektyviai aušinamas (+)

Kabelis nuo laido skiriasi tuo, kad visi laidai su savo izoliacija ant kabelio yra susukti į ryšulį ir uždengti bendru izoliaciniu apvalkalu. Išsamesnė informacija apie kabelių gaminių skirtumus ir tipus parašyta čia straipsnis.

4 lentelė. Atliekant visas laidininkų skerspjūvio vertes nurodomas atviras metodas, tačiau praktikoje mažesni nei 3 mm2 skerspjūviai nėra atviri dėl mechaninio stiprumo (+).

Naudojant lenteles, leistinajai nepertraukiamai srovei taikomi šie faktoriai:

• 0,68, jei 5-6 gyveno;
• 0,63, jei gyveno 7–9;
• 0,6, jei 10–12 gyveno.

Mažėjantys koeficientai taikomi esamoms vertėms iš stulpelio „atidaryti“.

Į laidininkų skaičių neįtraukiami nuliniai ir įžeminimo laidininkai.

Pagal PES standartus, nulinės šerdies skerspjūvis pagal leistiną nuolatinę srovę pasirenkamas ne mažiau kaip 50% fazės šerdies.

Šios dvi lentelės (5 ir 6) parodo leistinos nuolatinės srovės priklausomybę klojant ją į žemę.

5 lentelė. Varinių kabelių leistinos nuolatinės srovės priklausomybės klojant orą ar žemę

Dabartinė apkrova klojant ir gilinant į žemę yra skirtinga. Jie laikomi lygiais, jei klojimas į žemę atliekamas dėklų pagalba.

6 lentelė. Leidžiamos aliuminio kabelių nuolatinės srovės priklausomybės klojant orą ar žemę

Ši lentelė (7) taikoma laikinų elektros energijos tiekimo linijų išdėstymui (nešiokite, jei naudojate asmeniniam naudojimui).

7 lentelė. Leistina nuolatinė srovė, naudojant nešiojamus žarnų laidus, nešiojamus žarnos ir minų kabelius, prožektorius, lanksčius nešiojamus laidus. Naudoti tik variniai laidininkai

Klojant laidus žemėje, be šilumos šalinimo savybių, būtina atsižvelgti ir į varžą, kuri atsispindi šioje lentelėje (8):

8 lentelė. Korekcijos koeficientas, atsižvelgiant į grunto tipą ir leistiną nuolatinę srovę, apskaičiuojant kabelio skerspjūvį (+)

Vario laidininkų iki 6 mm laidininkų apskaičiavimas ir parinkimas² arba aliuminio iki 10 mm² atliekama kaip nuolatinė srovė.

Esant dideliam skerspjūviui, galima taikyti redukcijos koeficientą:

0,875 * √T_pv

kur T_pv - įtraukimo trukmės ir ciklo trukmės santykis.

Įtraukimo trukmė imama skaičiuojant ne daugiau kaip 4 minutes. Tokiu atveju ciklas neturėtų viršyti 10 minučių.

Renkantis elektros laido laidą medinis namas ypatingas dėmesys skiriamas jo atsparumui ugniai.

3 etapas - srovės laidininko skerspjūvio apskaičiavimas naudojant pavyzdį

Iššūkis: apskaičiuokite reikiamą skerspjūvį varinis laidas prijungti:

• 4000 W trifazis medienos apdirbimo staklės;
• 6000 W trifazis suvirinimo aparatas;
• buitiniai prietaisai name, kurių bendra galia yra 25 000 vatų;

Prijungimas bus atliekamas su žemėje nutiestu penkių gyslų kabeliu (trijų fazių laidininkais, vienas neutralus ir vienas įžemintas).

Kabelių gaminių izoliacija apskaičiuojama pagal konkrečią darbinės įtampos vertę. Reikėtų nepamiršti, kad gamintojo gaminio eksploatacinė įtampa turi būti didesnė nei įtampa tinkle

Sprendimas.

1 žingsnis. Mes apskaičiuojame trifazio ryšio tiesinę įtampą:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2 žingsnis. Buitiniai prietaisai, staklės ir suvirinimo aparatai turi reaktyviąją galią, todėl mašinų ir įrangos galia bus:

P_{iš tų} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_aps = 10000 / 0,7 = 14300 W

3 žingsnis. Buitiniams prietaisams prijungti reikalinga srovė:

Aš_{iš tų} = 35700/220 = 162 A

4 žingsnis. Įrangai prijungti reikalinga srovė:

Aš_aps = 14300/380 = 38 A

5 žingsnis. Buitinių prietaisų prijungimui reikalinga srovė apskaičiuojama remiantis vienos fazės apskaičiavimu. Pagal problemą yra trys etapai. Taigi srovė gali būti paskirstoma etapais. Paprastumo dėlei mes manome, kad pasiskirstymas yra vienodas:

Aš_{iš tų} = 162/3 = 54 A

6 žingsnis. Srovė fazėje:

Aš_f = 38 + 54 = 92 A

7 žingsnis Įranga ir buitiniai prietaisai neveiks tuo pačiu metu, išskyrus tai, mes nustatysime maržą, lygią 1,5. Pritaikius korekcijos koeficientus:

Aš_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

8 žingsnis. Nors kabelyje yra 5 šerdys, atsižvelgiama tik į tris fazes. Pagal 8 lentelę, žemėje esančių trijų branduolių kabelio stulpelyje pastebime, kad 115 A srovė atitinka 16 mm šerdies skerspjūvį.².

9 žingsnis. Remdamiesi 8 lentele, pataisos koeficientą taikome priklausomai nuo žemės savybių. Normaliam žemės tipui koeficientas yra 1.

10 žingsnis. Pasirinktinai apskaičiuokite šerdies skersmenį:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jei skaičiavimas buvo atliktas tik pagal galią, neatsižvelgiant į laido ypatybes, šerdies skerspjūvis bus 25 mm². Srovės stiprio apskaičiavimas yra sudėtingesnis, tačiau kartais tai sutaupo nemažai pinigų, ypač kai tai susiję su daugiagysliais maitinimo kabeliais.

Galite perskaityti daugiau apie įtampos ir srovės santykį čia.

Įtampos kritimo skaičiavimas

Bet kuris laidininkas, išskyrus superlaidininkus, turi varžą. Todėl esant pakankamam ilgio kabeliui ar laidui, įtampos kritimas įvyksta.

PES standartai reikalauja, kad kabelio šerdies skerspjūvis būtų toks, kad įtampos kritimas būtų ne didesnis kaip 5%.

9 lentelė. Paprastųjų metalų laidininkų varža (+)

Pirmiausia tai susiję su mažo skerspjūvio žemos įtampos kabeliais.

Įtampos kritimas apskaičiuojamas taip:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_padas = I * R,

U_% = (U_padas / U_lin) * 100,

Kur:

• 2 - koeficientas dėl to, kad srovė būtinai teka dviem šerdimis;
• R - laidininko varžą, omą;
• ρ - savitasis laidininko atsparumas, omai * mm²/ m;
• S - laidininko skerspjūvis, mm²;
• U_padas - įtampos kritimas, V;
• U_% - įtampos kritimas U atžvilgiu_lin,%.

Naudodami formules, galite savarankiškai atlikti reikalingus skaičiavimus.

Vežimo skaičiavimo pavyzdys

Iššūkis: apskaičiuokite varinės vielos, kurios vienos šerdies skerspjūvis yra 1,5 mm, įtampos kritimą². Vienfazis elektrinis suvirinimo aparatas, kurio bendra galia yra 7 kW, prijungti reikalinga viela. Laido ilgis 20 m.

Jei norite prijungti buitinį suvirinimo aparatą prie tinklo šakos, turėtumėte atsižvelgti į situaciją, kuriai skirtas kabelis. Gali būti, kad bendra operacinių įrenginių galia bus didesnė. Geriausias pasirinkimas yra sujungti vartotojus į atskiras filialus

Sprendimas:

1 žingsnis. Varinės vielos varža apskaičiuojama pagal 9 lentelę:

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

2 žingsnis. Srovė, tekanti išilgai laidininko:

I = 7000/220 = 31,8 A

3 žingsnis. Įtampos kritimas ant laido:

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

4 žingsnis. Mes apskaičiuojame įtampos kritimo procentą:

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

Išvada: norint prijungti suvirinimo aparatą, reikia laidininko, kurio skerspjūvis yra didelis.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Laidininko skerspjūvio apskaičiavimas pagal formules:

Kabelio ir vielos gaminių parinkimo specialistų rekomendacijos:

Aukščiau pateikti skaičiavimai galioja varinių ir aliumininių laidininkų pramoniniam naudojimui. Kitų tipų laidininkams iš anksto apskaičiuojamas bendras šilumos perdavimas.

Remiantis šiais duomenimis, apskaičiuojama maksimali srovė, galinti tekėti per laidininką, nesukeliant per didelio šildymo.

Jei turite klausimų dėl kabelio skerspjūvio apskaičiavimo metodikos arba norite pasidalinti asmenine patirtimi, palikite komentarus apie šį straipsnį. Atsiliepimų dėžutė yra žemiau.