Pengiraan keratan rentas kabel dengan kuasa dan arus: cara mengira pendawaian dengan betul

Adakah anda merancang untuk melakukannya pemodenan grid kuasa atau sebagai tambahan untuk memanjangkan talian kuasa ke dapur untuk menyambungkan dapur elektrik baru? Di sini, pengetahuan minimum mengenai keratan rentas konduktor dan kesan parameter ini pada kuasa dan amperage berguna.

Setuju bahawa pengiraan bahagian silang kabel yang salah membawa kepada pemanasan berlebihan dan litar pintas atau kos yang tidak wajar.

Adalah sangat penting untuk melakukan pengiraan pada peringkat reka bentuk, kerana kegagalan pendawaian tersembunyi dan penggantian berikutnya penuh dengan kos yang besar. Kami akan membantu anda menangani selok-belok pengiraan untuk mengelakkan masalah semasa operasi rangkaian kuasa lebih lanjut.

Agar tidak membebankan anda dengan pengiraan yang rumit, kami memilih formula dan pilihan pengiraan yang dapat difahami, memberikan maklumat dalam bentuk yang dapat diakses, memberikan rumusan dengan penjelasan. Juga, gambar dan bahan video tematik ditambahkan ke artikel, yang memungkinkan untuk memahami dengan jelas inti dari isu yang sedang dipertimbangkan.

Pengiraan keratan rentas dengan kekuatan pengguna

Tujuan utama konduktor adalah penghantaran tenaga elektrik kepada pengguna dalam kuantiti yang diperlukan. Oleh kerana superkonduktor tidak tersedia dalam keadaan operasi biasa, rintangan bahan konduktor harus diambil kira.

Pengiraan bahagian yang diperlukan konduktor dan kabel bergantung pada jumlah kapasiti pengguna berdasarkan pengalaman operasi jangka panjang.

Kami memulakan proses pengiraan umum dengan melakukan pengiraan pertama dengan menggunakan formula:

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

Di mana:

• P - kekuatan semua pengguna yang terhubung ke cawangan yang dikira di Watts.
• P1, P2, PN - kekuatan pengguna pertama, kedua, n-th, masing-masing, di Watts.

Setelah mendapat hasil pada akhir pengiraan mengikut formula di atas, sudah tiba masanya untuk beralih ke data jadual.

Sekarang anda harus memilih bahagian yang diperlukan mengikut jadual 1.

Jadual 1. Keratan rentas wayar mesti selalu dipilih di bahagian yang lebih besar yang terdekat (+)

Tahap # 1 - pengiraan daya reaktif dan aktif

Kapasiti pengguna ditunjukkan dalam dokumen untuk peralatan tersebut. Biasanya, penilaian peralatan menunjukkan daya aktif bersama dengan daya reaktif.

Peranti dengan jenis beban aktif mengubah semua tenaga elektrik yang diterima, dengan mempertimbangkan kecekapan, menjadi kerja berguna: mekanikal, termal, atau bentuknya yang lain.

Peranti beban aktif termasuk lampu pijar, pemanas, dan dapur elektrik.

Untuk peranti sedemikian, pengiraan daya untuk arus dan voltan mempunyai bentuk:

P = U * I,

Di mana:

• P - kuasa dalam watt;
• U - voltan dalam V;
• Saya - kekuatan semasa di A.

Peranti dengan jenis beban reaktif dapat mengumpulkan tenaga dari sumbernya, dan kemudian mengembalikannya. Pertukaran seperti ini berlaku kerana perpindahan arus sinusoidal dan voltan sinusoidal.

Pada anjakan fasa sifar, kuasa P = U * Saya selalu mempunyai nilai positif. Grafik fasa arus dan voltan seperti itu adalah peranti dengan jenis beban aktif (I, i - arus, U, voltan, nombor π - pi, sama dengan 3.14)

Peranti kuasa reaktif merangkumi motor elektrik, alat elektronik dari semua saiz dan tujuan, dan transformer.

Apabila terdapat pergeseran fasa antara arus sinusoidal dan voltan sinusoidal, daya P = U * I boleh menjadi negatif (I, i adalah arus, U, u adalah voltan, π adalah nombor pi sama dengan 3.14). Peranti kuasa reaktif mengembalikan tenaga yang disimpan kembali ke sumber

Rangkaian elektrik dibina sedemikian rupa sehingga mereka dapat menghantar tenaga elektrik dalam satu arah dari sumber ke beban.

Oleh itu, tenaga pengguna yang dikembalikan dengan beban reaktif adalah parasit dan dibelanjakan untuk pemanasan konduktor dan komponen lain.

Daya reaktif bergantung pada sudut fasa antara sinusoid voltan dan arus. Sudut fasa dinyatakan dalam bentuk cosφ.

Untuk mendapatkan kekuatan sepenuhnya, gunakan formula:

P = Q / cosφ,

Di mana Q - daya reaktif dalam VA.

Biasanya, data pasport pada peranti menunjukkan daya reaktif dan cosφ.

Contohnya: dalam pasport perforator menunjukkan daya reaktif 1200 VAR dan cosφ = 0,7. Oleh itu, jumlah penggunaan tenaga akan sama dengan:

P = 1200 / 0.7 = 1714 W

Sekiranya cosφ tidak dapat dijumpai, untuk sebahagian besar peralatan elektrik isi rumah, cosφ dapat diambil sama dengan 0,7.

Tahap # 2 - cari nisbah serentak dan margin

K - pekali serentak tanpa dimensi, menunjukkan berapa banyak pengguna yang dapat disertakan dalam rangkaian secara serentak. Jarang berlaku bahawa semua peranti menggunakan elektrik secara serentak.

Pengoperasian serentak TV dan pusat muzik tidak mungkin. Dari amalan yang telah ditetapkan, K dapat diambil sama dengan 0,8. Sekiranya anda merancang untuk menggunakan semua pengguna pada masa yang sama, K harus diambil sama dengan 1.

J - faktor keselamatan tanpa dimensi. Ini mencirikan penciptaan rizab kuasa untuk pengguna masa depan.

Kemajuan tidak berhenti, setiap tahun peralatan elektrik baru dan berguna diciptakan. Menjelang 2050, penggunaan elektrik dijangka mencapai 84%. Biasanya, J diandaikan dari 1.5 hingga 2.0.

Tahap # 3 - melakukan pengiraan geometri

Dalam semua pengiraan elektrik, kawasan penampang konduktor diambil - bahagian teras. Diukur dalam mm².

Selalunya perlu belajar cara mengira dengan betul diameter dawai konduktor wayar.

Dalam kes ini, terdapat formula geometri sederhana untuk wayar bulat monolitik:

S = π * R² = π * D²/4atau sebaliknya

D = √ (4 * S / π)

Untuk konduktor keratan rentas segi empat tepat:

S = h * m,

Di mana:

• S - luas teras dalam mm²;
• R - jejari teras dalam mm;
• D - diameter teras dalam mm;
• h, m - lebar dan tinggi, masing-masing, dalam mm;
• π Adakah nombor pi sama dengan 3.14.

Sekiranya anda membeli wayar terdampar, di mana satu konduktor terdiri daripada banyak wayar berpintal keratan rentas bulat, maka pengiraan dilakukan mengikut formula:

S = N * D²/1,27,

Di mana N - bilangan wayar di urat.

Kawat yang mempunyai teras berpintal dari beberapa wayar pada umumnya mempunyai kekonduksian yang lebih baik daripada wayar monolitik. Ini disebabkan oleh keanehan arus yang mengalir melalui konduktor bulat.

Arus elektrik adalah pergerakan cas yang sama di sepanjang konduktor. Oleh itu, caj dengan nama yang sama menolak, kepadatan pengagihan caj dialihkan ke permukaan konduktor.

Kelebihan lain dari wayar terdampar adalah kelenturan dan ketahanan mekanikalnya. Wayar monolitik lebih murah dan digunakan terutamanya untuk pemasangan tetap.

Tahap # 4 - kirakan bahagian kuasa dalam latihan

Cabaran: jumlah kuasa pengguna di dapur adalah 5000 watt (bermaksud bahawa semua pengguna reaktif dihitung). Semua pengguna disambungkan ke rangkaian 220 V fasa tunggal dan mempunyai kuasa dari satu cawangan.

Jadual 2. Sekiranya anda merancang untuk menghubungkan pengguna tambahan pada masa akan datang, jadual menunjukkan kapasiti peralatan rumah tangga yang diperlukan (+)

Penyelesaian:

Pekali serentak K dianggap sama dengan 0.8. Dapur adalah tempat inovasi berterusan, anda tidak kisah, faktor keselamatan J = 2.0. Jumlah kapasiti anggaran adalah:

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

Dengan menggunakan nilai daya reka bentuk, kami mencari nilai terdekat dalam jadual 1.

Keratan rentas konduktor yang paling dekat untuk rangkaian fasa tunggal adalah konduktor tembaga dengan keratan rentas 4 mm². Ukuran wayar yang serupa dengan teras aluminium 6 mm².

Untuk pendawaian teras tunggal, diameter minimum masing-masing ialah 2.3 mm dan 2.8 mm. Sekiranya terdapat pilihan multicore, keratan rentas setiap teras ditambahkan.

Pengiraan keratan rentas semasa

Pengiraan keratan rentas yang diperlukan untuk arus dan kuasa kabel dan wayar akan memberikan hasil yang lebih tepat. Pengiraan sedemikian memungkinkan untuk menilai kesan umum pelbagai faktor pada konduktor, termasuk beban terma, gred wayar, jenis gasket, keadaan operasi, dll.

Keseluruhan pengiraan dilakukan pada langkah-langkah berikut:

• pemilihan kuasa semua pengguna;
• pengiraan arus yang melalui konduktor;
• pemilihan keratan rentas yang sesuai mengikut jadual.

Untuk versi pengiraan ini, daya pengguna semasa dengan voltan diambil tanpa mengambil kira faktor pembetulan. Mereka akan diambil kira semasa menjumlahkan kekuatan semasa.

Tahap # 1 - pengiraan kekuatan semasa dengan formula

Bagi mereka yang telah melupakan kursus fizik sekolah, kami menawarkan formula asas dalam bentuk gambarajah grafik sebagai lembaran cheat visual:

"Roda Klasik" menunjukkan interkoneksi formula dan saling bergantung antara ciri arus elektrik (kekuatan I - arus, daya P, voltan U, jejari teras - R)

Mari kita tulis pergantungan kekuatan I pada arus P dan voltan talian U:

I = P / U_l,

Di mana:

• Saya - kekuatan semasa, diambil dalam ampere;
• P - kuasa dalam watt;
• U_l - voltan talian dalam volt.

Voltan linier dalam kes umum bergantung pada sumber bekalan kuasa, ia adalah satu dan tiga fasa.

Hubungan voltan linier dan fasa:

1. U_l = U * cosφ sekiranya voltan fasa tunggal.
2. U_l = U * √3 * cosφ sekiranya voltan tiga fasa.

Untuk pengguna elektrik isi rumah, ambil cosφ = 1, supaya voltan linier dapat ditulis semula:

1. U_l = 220 V untuk voltan fasa tunggal.
2. U_l = 380 V untuk voltan tiga fasa.

Seterusnya, kami merangkum semua arus yang digunakan oleh formula:

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

Di mana:

• Saya - arus keseluruhan dalam ampere;
• I1..IN - kekuatan semasa setiap pengguna dalam ampere;
• K - pekali serentak;
• J - faktor keselamatan.

Pekali K dan J mempunyai nilai yang sama yang digunakan dalam mengira jumlah daya.

Mungkin ada kes apabila dalam rangkaian tiga fasa arus kekuatan yang tidak sama mengalir melalui konduktor fasa yang berbeza.

Ini berlaku apabila pengguna fasa tunggal dan pengguna tiga fasa disambungkan ke kabel tiga fasa secara serentak. Contohnya, mesin tiga fasa dan pencahayaan fasa tunggal dihidupkan.

Soalan semula jadi timbul: bagaimana keratan rentas wayar terdampar dikira dalam kes seperti itu? Jawapannya mudah - pengiraan dibuat untuk teras yang paling banyak dimuat.

Tahap # 2 - memilih bahagian yang sesuai mengikut jadual

Dalam peraturan untuk operasi pemasangan elektrik (PES), sejumlah jadual diberikan untuk memilih bahagian teras kabel yang diperlukan.

Kekonduksian konduktor bergantung pada suhu. Untuk konduktor logam, rintangan meningkat dengan peningkatan suhu.

Apabila ambang tertentu dilampaui, prosesnya dapat bertahan sendiri: semakin tinggi rintangan, semakin tinggi suhu, semakin tinggi rintangan, dll. sehingga konduktor terbakar atau menyebabkan litar pintas.

Dua jadual berikut (3 dan 4) menunjukkan keratan rentas konduktor bergantung pada arus dan kaedah pemasangan.

Jadual 3. Pertama, anda perlu memilih kaedah meletakkan wayar, bergantung pada seberapa efisien penyejukan berlaku (+)

Kabel berbeza dari wayar kerana semua wayar dengan penebatnya sendiri pada kabel dipintal menjadi bundle dan ditutup dalam sarung penebat yang sama. Maklumat lebih lanjut mengenai perbezaan dan jenis produk kabel ditulis dalam ini artikel.

Jadual 4. Kaedah terbuka ditunjukkan untuk semua nilai keratan rentas konduktor, namun, dalam praktiknya, keratan rentas di bawah 3 mm2 tidak diletakkan secara terbuka atas sebab kekuatan mekanikal (+)

Semasa menggunakan jadual, faktor berikut digunakan untuk arus berterusan yang dibenarkan:

• 0.68 jika 5-6 hidup;
• 0.63 jika 7-9 hidup;
• 0.6 jika 10-12 hidup.

Pekali penurunan diterapkan pada nilai semasa dari lajur "terbuka".

Konduktor sifar dan pembumian tidak termasuk dalam bilangan konduktor.

Menurut piawaian PES, pilihan keratan rentas teras sifar mengikut arus berterusan yang dibenarkan dibuat sebagai sekurang-kurangnya 50% teras fasa.

Dua jadual berikut (5 dan 6) menunjukkan pergantungan arus berterusan yang dibenarkan semasa meletakkannya di tanah.

Jadual 5. Pergantungan arus berterusan yang dibenarkan untuk kabel tembaga semasa meletakkan di udara atau tanah

Beban semasa ketika meletakkan terbuka dan ketika masuk ke dalam tanah berbeza. Mereka diambil sama jika meletakkan di tanah dilakukan dengan menggunakan dulang.

Jadual 6. Pergantungan arus berterusan yang dibenarkan untuk kabel aluminium semasa meletakkan di udara atau tanah

Jadual berikut (7) berlaku untuk susunan saluran bekalan kuasa sementara (bawa, jika untuk penggunaan peribadi).

Jadual 7. Arus berterusan yang dibenarkan semasa menggunakan tali hos mudah alih, kabel selang mudah alih dan lombong, lampu carian, wayar mudah alih yang fleksibel. Hanya konduktor tembaga yang digunakan

Semasa meletakkan kabel di tanah, selain sifat penyingkiran haba, perlu mempertimbangkan kerintangan, yang tercermin dalam tabel berikut (8):

Jadual 8. Faktor pembetulan bergantung pada jenis dan ketahanan tanah untuk arus berterusan yang dibenarkan, semasa mengira keratan rentas kabel (+)

Pengiraan dan pemilihan konduktor tembaga hingga 6 mm² atau aluminium hingga 10 mm² dijalankan seperti arus berterusan.

Sekiranya terdapat penampang besar, ada kemungkinan untuk menerapkan faktor pengurangan:

0.875 * √T_pv

di mana T_pv - nisbah jangka masa kemasukan ke tempoh kitaran.

Tempoh kemasukan diambil dari pengiraan tidak lebih dari 4 minit. Dalam kes ini, kitaran tidak boleh melebihi 10 minit.

Semasa memilih kabel untuk pendawaian elektrik di rumah kayu perhatian khusus diberikan kepada ketahanan api.

Tahap # 3 - pengiraan keratan rentas konduktor semasa menggunakan contoh

Cabaran: hitung keratan rentas yang diperlukan kabel tembaga untuk disambungkan:

• Mesin kerja kayu tiga fasa 4000 W;
• Mesin kimpalan tiga fasa 6000 W;
• perkakas rumah di rumah dengan jumlah kapasiti 25,000 watt;

Sambungan akan dibuat oleh kabel lima teras (konduktor tiga fasa, satu neutral dan satu tanah) yang diletakkan di dalam tanah.

Penebat produk kabel dikira berdasarkan nilai tertentu voltan operasi. Perlu diperhatikan bahawa voltan operasi yang ditentukan pengeluar produknya mestilah lebih tinggi daripada voltan

Penyelesaian.

Langkah # 1. Kami mengira voltan linear sambungan tiga fasa:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Langkah # 2. Peralatan rumah tangga, alat mesin dan mesin kimpalan mempunyai daya reaktif, jadi kekuatan mesin dan peralatan akan:

P_{dari mereka} = 25000 / 0.7 = 35700 W

P_rev = 10000 / 0.7 = 14300 W

Langkah # 3. Semasa diperlukan untuk menyambungkan perkakas rumah:

Saya_{dari mereka} = 35700/220 = 162 A

Langkah # 4. Semasa diperlukan untuk menyambungkan peralatan:

Saya_rev = 14300/380 = 38 A

Langkah # 5. Arus yang diperlukan untuk menghubungkan peralatan rumah tangga dikira berdasarkan pengiraan satu fasa. Dengan keadaan masalah, terdapat tiga fasa. Oleh itu, arus boleh diedarkan secara berperingkat. Untuk kesederhanaan, kami menganggap pengedaran yang seragam:

Saya_{dari mereka} = 162/3 = 54 A

Langkah # 6. Semasa setiap fasa:

Saya_f = 38 + 54 = 92 A

Langkah # 7 Peralatan dan perkakas rumah tidak akan berfungsi pada masa yang sama, kecuali untuk ini kita akan meletakkan margin sama dengan 1.5. Setelah menggunakan faktor pembetulan:

Saya_f = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 A

Langkah # 8. Walaupun kabel mengandungi 5 teras, hanya tiga teras fasa yang diambil kira. Menurut jadual 8, dalam lajur kabel tiga teras di dalam tanah, kita dapati arus 115 A sepadan dengan keratan rentas teras 16 mm².

Langkah # 9. Menurut jadual 8, kami menerapkan faktor pembetulan bergantung pada ciri-ciri bumi. Untuk jenis tanah biasa, pekali adalah 1.

Langkah # 10. Pilihan, kira diameter teras:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm

Sekiranya pengiraan dibuat hanya dengan kuasa, tanpa mengambil kira ciri kabel, keratan rentas inti akan menjadi 25 mm². Pengiraan kekuatan semasa lebih rumit, tetapi kadang-kadang menjimatkan banyak wang, terutama ketika menggunakan kabel kuasa pelbagai teras.

Anda boleh membaca lebih lanjut mengenai hubungan antara voltan dan arus di sini.

Pengiraan penurunan voltan

Mana-mana konduktor, kecuali superkonduktor, mempunyai ketahanan. Oleh itu, dengan panjang kabel atau wayar yang mencukupi, penurunan voltan berlaku.

Piawaian PES menghendaki penampang teras kabel sedemikian rupa sehingga penurunan voltan tidak lebih dari 5%.

Jadual 9. Ketahanan konduktor logam biasa (+)

Ini terutamanya berkaitan dengan kabel voltan rendah keratan rentas kecil.

Pengiraan penurunan voltan adalah seperti berikut:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = Saya * R,

U_% = (U_pad / U_lin) * 100,

Di mana:

• 2 - pekali kerana fakta bahawa arus mengalir semestinya dalam dua teras;
• R - rintangan konduktor, Ohm;
• ρ - rintangan khusus konduktor, Ohm * mm²/ m;
• S - keratan rentas konduktor, mm²;
• U_pad - penurunan voltan, V;
• U_% - penurunan voltan berkenaan dengan U_lin,%.

Dengan menggunakan formula, anda boleh melakukan pengiraan yang diperlukan secara bebas.

Bawa contoh pengiraan

Cabaran: hitung penurunan voltan bagi wayar tembaga dengan keratan rentas satu teras 1.5 mm². Kawat diperlukan untuk menyambungkan mesin kimpalan elektrik fasa tunggal dengan kekuatan keseluruhan 7 kW. Panjang wayar 20 m.

Sekiranya anda ingin menyambungkan mesin kimpalan isi rumah ke cawangan utama, anda harus mengambil kira keadaan di mana kabel dirancang. Ada kemungkinan bahawa kekuatan keseluruhan peranti operasi mungkin lebih tinggi. Pilihan terbaik adalah menghubungkan pengguna ke cawangan individu

Penyelesaian:

Langkah # 1. Kami mengira rintangan wayar tembaga menggunakan jadual 9:

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

Langkah # 2. Arus yang mengalir di sepanjang konduktor:

I = 7000/220 = 31.8 A

Langkah # 3. Kejatuhan voltan pada wayar:

U_pad = 31.8 * 0.47 = 14.95 V

Langkah # 4. Kami mengira peratusan penurunan voltan:

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

Kesimpulan: untuk menyambungkan mesin kimpalan, diperlukan konduktor dengan keratan rentas besar.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik tersebut

Pengiraan keratan rentas konduktor mengikut formula:

Cadangan pakar mengenai pemilihan produk kabel dan wayar:

Pengiraan di atas berlaku untuk konduktor tembaga dan aluminium untuk kegunaan industri. Untuk jenis konduktor lain, jumlah pemindahan haba telah dikira terlebih dahulu.

Berdasarkan data ini, arus maksimum yang mampu mengalir melalui konduktor dikira tanpa menyebabkan pemanasan berlebihan.

Sekiranya anda mempunyai pertanyaan mengenai metodologi untuk mengira keratan rentas kabel atau jika anda ingin berkongsi pengalaman peribadi, sila tinggalkan komen pada artikel ini. Kotak maklum balas terdapat di bawah.