Berekening van kabeldoorsnede door vermogen en stroom: hoe de bedrading correct te berekenen

Ben je van plan om te gaan doen modernisering van het elektriciteitsnet of als aanvulling op de stroomlijn naar de keuken om een ​​nieuwe elektrische kachel aan te sluiten? Hier is minimale kennis over de doorsnede van de geleider en het effect van deze parameter op vermogen en stroomsterkte nuttig.

Mee eens dat een verkeerde berekening van de kabeldoorsnede leidt tot oververhitting en kortsluiting of tot ongerechtvaardigde kosten.

Het is erg belangrijk om berekeningen uit te voeren in de ontwerpfase, omdat het falen van verborgen bedrading en daaropvolgende vervanging gepaard gaat met aanzienlijke kosten. Wij helpen u bij het omgaan met de fijne kneepjes van de berekeningen om problemen tijdens de verdere werking van het elektriciteitsnet te voorkomen.

Om u niet te belasten met complexe berekeningen, hebben we begrijpelijke formules en berekeningsopties geselecteerd, informatie in een toegankelijke vorm verstrekt en de formules voorzien van uitleg. Er zijn ook thematische foto's en videomateriaal aan het artikel toegevoegd, waardoor de essentie van het onderwerp in kwestie duidelijk kan worden begrepen.

Berekening van de doorsnede door de macht van consumenten

Het belangrijkste doel van de geleiders is het leveren van elektrische energie aan consumenten in de vereiste hoeveelheid. Aangezien supergeleiders onder normale bedrijfsomstandigheden niet beschikbaar zijn, moet rekening worden gehouden met de weerstand van het geleidermateriaal.

Berekening van de vereiste sectie geleiders en kabels afhankelijk van de totale capaciteit van consumenten op basis van langdurige operationele ervaring.

We beginnen het algemene berekeningsproces door eerst de berekeningen uit te voeren met de formule:

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

Waar:

• P - het vermogen van alle verbruikers aangesloten op de berekende branch in Watt.
• P1, P2, PN - vermogen van de eerste verbruiker, respectievelijk de tweede, n-de, in Watt.

Nadat ik het resultaat aan het einde van de berekeningen volgens de bovenstaande formule had ontvangen, was het tijd om naar de tabelgegevens te gaan.

Nu moet u de gewenste sectie kiezen volgens tabel 1.

Tabel 1. De doorsnede van de draden moet altijd worden geselecteerd in de dichtstbijzijnde grotere zijde (+)

Fase # 1 - berekening van reactief en actief vermogen

De capaciteiten van consumenten zijn aangegeven in de documenten voor de apparatuur. Typisch geven apparatuurclassificaties het actieve vermogen aan samen met het reactieve vermogen.

Apparaten met een actieve belasting zetten alle ontvangen elektrische energie, rekening houdend met de efficiëntie, om in nuttig werk: mechanisch, thermisch of in een andere vorm.

Apparaten voor actieve belasting zijn onder meer gloeilampen, verwarmingstoestellen en elektrische kachels.

Voor dergelijke apparaten heeft de berekening van het vermogen voor stroom en spanning de vorm:

P = U * I,

Waar:

• P - vermogen in watt;
• U - spanning in V;
• Ik - huidige sterkte in A.

Apparaten met een reactief type belasting kunnen energie van de bron verzamelen en deze vervolgens terugsturen. Een dergelijke uitwisseling vindt plaats vanwege de verplaatsing van de sinusvormige stroom en de sinusvormige spanning.

Bij nulfase verplaatsing heeft het vermogen P = U * I altijd een positieve waarde. Zo'n grafiek van de fasen van stroom en spanning zijn apparaten met een actief type belasting (I, i - stroom, U, u - spanning, π - pi-nummer, gelijk aan 3,14)

Apparaten met blindvermogen zijn onder meer elektromotoren, elektronische apparaten van alle soorten en maten en transformatoren.

Wanneer er een faseverschuiving is tussen de sinusvormige stroom en de sinusvormige spanning, kan het vermogen P = U * I negatief zijn (I, i is de stroom, U, u is de spanning, π is het getal pi gelijk aan 3,14). Het blindvermogenapparaat brengt de opgeslagen energie terug naar de bron

Elektrische netwerken zijn zo gebouwd dat ze elektrische energie in één richting van de bron naar de belasting kunnen overbrengen.

Daarom is de geretourneerde energie van de consument met een reactieve belasting parasitair en wordt deze besteed aan verwarmingsgeleiders en andere componenten.

Het blindvermogen is afhankelijk van de fasehoek tussen de spanning en de stroomsinusoïden. De fasehoek wordt uitgedrukt in cosφ.

Gebruik de formule om het volledige vermogen te vinden:

P = Q / cosφ,

Waar Q - blindvermogen in VA.

Typisch geven de paspoortgegevens op het apparaat reactief vermogen en cosφ aan.

Voorbeeld: in het paspoort vertoont de perforator een reactief vermogen van 1200 VAR en cosφ = 0,7. Daarom is het totale stroomverbruik gelijk aan:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W.

Als cosφ niet kon worden gevonden, kan voor de overgrote meerderheid van de huishoudelijke elektrische apparaten cosφ gelijk worden gesteld aan 0,7.

Fase # 2 - zoek naar gelijktijdigheid en margeratio's

K - dimensieloze gelijktijdigheidscoëfficiënt, laat zien hoeveel consumenten tegelijkertijd in het netwerk kunnen worden opgenomen. Het komt zelden voor dat alle apparaten tegelijkertijd stroom verbruiken.

Gelijktijdige bediening van de tv en het muziekcentrum is onwaarschijnlijk. Volgens de gevestigde praktijk kan K gelijk worden gesteld aan 0,8. Als u van plan bent alle consumenten tegelijkertijd te gebruiken, moet K gelijk worden gesteld aan 1.

J - dimensieloze veiligheidsfactor. Het kenmerkt het creëren van een gangreserve voor toekomstige consumenten.

De vooruitgang staat niet stil, elk jaar worden er nieuwe en verrassende nieuwe en nuttige elektrische apparaten uitgevonden. Tegen 2050 zal het elektriciteitsverbruik naar verwachting 84% bedragen. Meestal wordt aangenomen dat J van 1,5 tot 2,0 is.

Fase # 3 - een geometrische berekening uitvoeren

Bij alle elektrische berekeningen wordt het dwarsdoorsnedeoppervlak van de geleider genomen - het kerngedeelte. Gemeten in mm².

Het is vaak nodig om te leren hoe u correct kunt rekenen draad diameter draad geleider.

In dit geval is er een eenvoudige geometrische formule voor een monolithische ronde draad:

S = π * R² = π * D²/4of vice versa

D = √ (4 * S / π)

Voor geleiders met rechthoekige doorsnede:

S = h * m,

Waar:

• S - kerngebied in mm²;
• R - straal van de kern in mm;
• D - kerndiameter in mm;
• h, m - respectievelijk breedte en hoogte in mm;
• π Is het getal pi gelijk aan 3,14.

Als u een gevlochten draad koopt, waarbij één geleider bestaat uit veel gedraaide draden met cirkelvormige doorsnede, wordt de berekening uitgevoerd volgens de formule:

S = N * D²/1,27,

Waar N - het aantal draden in de ader.

Draden met gedraaide kernen van verschillende draden hebben over het algemeen een betere geleiding dan monolithische draden. Dit komt door de eigenaardigheden van de stroom die door een cirkelvormige geleider stroomt.

Elektrische stroom is de beweging van dezelfde ladingen langs de geleider. De gelijknamige ladingen stoten daarom de ladingsverdelingsdichtheid af naar het oppervlak van de geleider.

Een ander voordeel van soepele draden is hun flexibiliteit en mechanische weerstand. Monolithische draden zijn goedkoper en worden voornamelijk gebruikt voor vaste installatie.

Fase # 4 - bereken het vermogensgedeelte in de praktijk

Uitdaging: het totale vermogen van consumenten in de keuken is 5000 watt (wat betekent dat het vermogen van alle reactieve consumenten wordt geteld). Alle consumenten zijn aangesloten op een eenfasig 220 V-netwerk en hebben stroom van één vestiging.

Tabel 2. Als u van plan bent om in de toekomst extra verbruikers aan te sluiten, toont de tabel de vereiste capaciteiten van gewone huishoudelijke apparaten (+)

Oplossing:

Aangenomen wordt dat de gelijktijdigheidscoëfficiënt K gelijk is aan 0,8. De keuken is een plaats van constante innovatie, laat maar, een veiligheidsfactor van J = 2.0. De totale geschatte capaciteit is:

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

Met behulp van de waarde van de ontwerpkracht zoeken we naar de dichtstbijzijnde waarde in tabel 1.

De meest geschikte doorsnede van een geleider voor een enkelfasig netwerk is een koperen geleider met een doorsnede van 4 mm². Vergelijkbare draadmaat met aluminium kern 6 mm².

Voor eenaderige bedrading is de minimale diameter respectievelijk 2,3 mm en 2,8 mm. In het geval van een multicore-optie wordt de doorsnede van individuele kernen opgeteld.

Berekening van de huidige doorsnede

Berekeningen van de vereiste doorsnede voor stroom en vermogen van kabels en draden zullen nauwkeurigere resultaten opleveren. Dergelijke berekeningen maken het mogelijk om het algemene effect van verschillende factoren op geleiders te evalueren, waaronder thermische belasting, draadkwaliteit, type pakking, bedrijfsomstandigheden, enz.

De volledige berekening wordt uitgevoerd tijdens de volgende stappen:

• vermogensselectie van alle consumenten;
• berekening van stromen die door de geleider gaan;
• selectie van een geschikte doorsnede volgens de tabellen.

Voor deze versie van de berekening wordt het huidige vermogen van verbruikers met spanning genomen zonder rekening te houden met correctiefactoren. Ze zullen in aanmerking worden genomen bij het optellen van de huidige sterkte.

Fase # 1 - berekening van de huidige sterkte door de formules

Voor degenen die de cursus natuurkunde van de school zijn vergeten, bieden we de basisformules in de vorm van een grafisch diagram aan als een visuele spiekbriefje:

Het "Classic Wheel" demonstreert de onderlinge verbinding van formules en de onderlinge afhankelijkheid van de kenmerken van elektrische stroom (I - stroomsterkte, P - vermogen, U - spanning, R - kernradius)

Laten we de afhankelijkheid van de stroomsterkte I van het vermogen P en de lijnspanning U schrijven:

Ik = P / U_l,

Waar:

• Ik - huidige sterkte, genomen in ampère;
• P - vermogen in watt;
• U_l - netspanning in volt.

Lineaire spanning is in het algemeen afhankelijk van de voedingsbron, het is een- en driefasig.

De relatie tussen de lineaire en fasespanning:

1. U_l = U * cosφ bij eenfasespanning.
2. U_l = U * √3 * cosφ bij driefasige spanning.

Neem voor huishoudelijke elektrische verbruikers cosφ = 1, zodat de lineaire spanning kan worden herschreven:

1. U_l = 220 V voor eenfasespanning.
2. U_l = 380 V voor driefasige spanning.

Vervolgens vatten we alle stromen samen die door de formule worden verbruikt:

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

Waar:

• Ik - totale stroom in ampère;
• I1..IN - huidige sterkte van elke consument in ampère;
• K - gelijktijdigheidscoëfficiënt;
• J - veiligheidsfactor.

De coëfficiënten K en J hebben dezelfde waarden die werden gebruikt bij het berekenen van het totale vermogen.

Er kan zich een geval voordoen wanneer in een driefasig netwerk een stroom van ongelijke sterkte door verschillende fasegeleiders stroomt.

Dit gebeurt wanneer enkelfasige verbruikers en driefasige verbruikers tegelijkertijd zijn aangesloten op een driefasige kabel. Zo wordt een driefasige machine en enkelfasige verlichting aangedreven.

Er rijst een natuurlijke vraag: hoe wordt de doorsnede van een gevlochten draad in dergelijke gevallen berekend? Het antwoord is simpel: de berekeningen zijn gemaakt voor de meest belaste geleider.

Fase # 2 - het kiezen van een geschikte sectie volgens de tabellen

In de regels voor de werking van elektrische installaties (PES) worden een aantal tabellen gegeven voor het kiezen van de benodigde kabelkernsectie.

De geleidbaarheid van de geleider is temperatuurafhankelijk. Voor metalen geleiders neemt de weerstand toe bij toenemende temperatuur.

Als een bepaalde drempel wordt overschreden, wordt het proces zelfvoorzienend: hoe hoger de weerstand, hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de weerstand, enz. totdat de geleider doorbrandt of kortsluiting veroorzaakt.

De volgende twee tabellen (3 en 4) tonen de doorsnede van de geleiders, afhankelijk van de stromen en installatiemethode.

Tabel 3. Eerst moet u de methode voor het leggen van de draden kiezen, het hangt af van hoe efficiënt de koeling plaatsvindt (+)

De kabel verschilt van de draad doordat alle draden met hun eigen isolatie op de kabel in een bundel zijn gedraaid en in een gemeenschappelijke isolatiemantel zijn ingesloten. Hierin staan ​​meer details over de verschillen en soorten kabelproducten artikel.

Tabel 4. Een open methode is aangegeven voor alle waarden van de doorsnede van de geleiders, maar in de praktijk worden doorsneden onder 3 mm2 niet openlijk gelegd vanwege mechanische sterkte (+)

Bij het gebruik van tabellen worden de volgende factoren toegepast op de toegestane continue stroom:

• 0,68 als 5-6 leefden;
• 0,63 als 7-9 leefde;
• 0,6 als 10-12 leefde.

Afnemende coëfficiënten worden toegepast op de huidige waarden uit de "open" kolom.

Nul- en aardingsgeleiders zijn niet inbegrepen in het aantal geleiders.

Volgens PES-normen wordt de keuze van de doorsnede van de nulkern volgens de toelaatbare continue stroom gemaakt als ten minste 50% van de fasekern.

De volgende twee tabellen (5 en 6) tonen de afhankelijkheid van de toegestane continue stroom bij het in de grond leggen.

Tabel 5. Toegestane continue stroomafhankelijkheden voor koperkabels bij plaatsing in lucht of grond

De huidige belasting bij het openleggen en bij het verdiepen in de grond is anders. Ze worden gelijk genomen als ze in de grond worden gelegd met trays.

Tabel 6. Toegestane continue stroomafhankelijkheden voor aluminiumkabels bij plaatsing in lucht of grond

De volgende tabel (7) is van toepassing op de opstelling van tijdelijke voedingslijnen (meenemen, indien voor privégebruik).

Tabel 7. Toegestane continue stroom bij gebruik van draagbare slangkabels, draagbare slang- en mijnkabels, zoeklichten, flexibele draagbare draden. Alleen koperen geleiders gebruikt

Bij het leggen van kabels in de grond moet naast de eigenschappen voor warmteafvoer ook rekening worden gehouden met de soortelijke weerstand, die wordt weerspiegeld in de volgende tabel (8):

Tabel 8. Correctiefactor afhankelijk van het type en de soortelijke weerstand van de grond voor toegestane continue stroom, bij het berekenen van de kabeldoorsnede (+)

Berekening en selectie van koperen geleiders tot 6 mm² of aluminium tot 10 mm² uitgevoerd als voor continue stroom.

Bij grote doorsneden is het mogelijk om een ​​reductiefactor toe te passen:

0,875 * √T_pv

waar T_pv - de verhouding tussen de duur van de opname en de duur van de cyclus.

De duur van opname is afgeleid van de berekening van niet meer dan 4 minuten. In dit geval mag de cyclus niet langer zijn dan 10 minuten.

Bij het kiezen van een kabel voor het bedraden van elektriciteit houten huis speciale aandacht wordt besteed aan de brandwerendheid.

Stadium # 3 - berekening van de doorsnede van de huidige geleider aan de hand van een voorbeeld

Uitdaging: bereken de vereiste doorsnede koperen kabel om aan te sluiten:

• Driefasige houtbewerkingsmachine van 4000 W;
• Driefasig lasapparaat van 6000 W;
• huishoudelijke apparaten in huis met een totaal vermogen van 25.000 watt;

De verbinding wordt gemaakt door een vijfaderige kabel (driefasige geleiders, een neutrale en een aarding) die in de grond is gelegd.

Isolatie van kabelproducten wordt berekend op een specifieke waarde van de bedrijfsspanning. Opgemerkt moet worden dat de door de fabrikant gespecificeerde bedrijfsspanning van zijn product hoger moet zijn dan de spanning in het netwerk

Oplossing.

Stap # 1. We berekenen de lineaire spanning van een driefasige verbinding:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Stap 2. Huishoudelijke apparaten, werktuigmachines en lasmachines hebben reactief vermogen, dus de kracht van machines en uitrusting zal zijn:

P_{van die} = 25.000 / 0,7 = 35700 W.

P_rev = 10000 / 0,7 = 14300 W.

Stap # 3. Stroom die nodig is om huishoudelijke apparaten aan te sluiten:

Ik_{van die} = 35700/220 = 162 A.

Stap # 4. Stroom die nodig is om apparatuur aan te sluiten:

Ik_rev = 14300/380 = 38 A

Stap # 5. De benodigde stroom voor het aansluiten van huishoudelijke apparaten wordt berekend op basis van de berekening van één fase. Afhankelijk van de toestand van het probleem zijn er drie fasen. Hierdoor kan de stroom gefaseerd worden verdeeld. Voor de eenvoud gaan we uit van een uniforme verdeling:

Ik_{van die} = 162/3 = 54 A

Stap # 6. Stroom per fase:

Ik_f = 38 + 54 = 92 A.

Stap # 7 Apparaten en huishoudelijke apparaten zullen niet tegelijkertijd werken, behalve dat we een marge van 1,5 zullen leggen. Na het toepassen van de correctiefactoren:

Ik_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A.

Stap # 8. Hoewel de kabel 5 aders bevat, wordt er alleen rekening gehouden met driefasige aders. Volgens tabel 8 vinden we in een kolom van een driekernige kabel in de grond dat een stroom van 115 A overeenkomt met een doorsnede van een kern van 16 mm².

Stap # 9. Volgens tabel 8 passen we de correctiefactor toe afhankelijk van de kenmerken van de aarde. Voor een normaal landtype is de coëfficiënt 1.

Stap # 10. Optioneel, bereken de kerndiameter:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Als de berekening alleen door vermogen is gemaakt, zonder rekening te houden met de kenmerken van de kabel, zal de doorsnede van de kern 25 mm zijn². Berekening van de huidige sterkte is ingewikkelder, maar soms bespaart het veel geld, vooral als het gaat om meeraderige stroomkabels.

U kunt meer lezen over de relatie tussen spanning en stroom hier.

Berekening van spanningsverlies

Elke geleider, behalve supergeleiders, heeft een weerstand. Daarom treedt bij voldoende lengte van de kabel of draad een spanningsdaling op.

PES-normen vereisen dat de doorsnede van de kabelkern zodanig is dat de spanningsval niet meer dan 5% bedraagt.

Tabel 9. Weerstand van gewone metalen geleiders (+)

Dit betreft voornamelijk laagspanningskabels met een kleine doorsnede.

De berekening van de spanningsval is als volgt:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = Ik * R,

U_% = (U_pad / U_lin) * 100,

Waar:

• 2 - coëfficiënt omdat de stroom noodzakelijkerwijs in twee kernen stroomt;
• R - geleiderweerstand, Ohm;
• ρ - specifieke weerstand van de geleider, Ohm * mm²/ m;
• S - aderdoorsnede, mm²;
• U_pad - spanningsval, V;
• U_% - spanningsval ten opzichte van U_lin,%.

Met formules kun je zelfstandig de nodige berekeningen uitvoeren.

Carry rekenvoorbeeld

Uitdaging: bereken het spanningsverlies voor een koperdraad met een doorsnede van één kern van 1,5 mm². Er is een draad nodig om een ​​enkelfasig elektrisch lasapparaat met een totaal vermogen van 7 kW aan te sluiten. Draadlengte 20 m.

Als u een huishoudelijk lasapparaat op de netaansluiting wilt aansluiten, moet u rekening houden met de situatie waarvoor de kabel is ontworpen. Het is mogelijk dat het totale vermogen van werkende apparaten hoger is. De beste optie is om consumenten te verbinden met individuele vestigingen

Oplossing:

Stap # 1. We berekenen de weerstand van de koperdraad met behulp van tabel 9:

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

Stap 2. De stroom die langs de geleider stroomt:

Ik = 7000/220 = 31,8 A

Stap # 3. Spanningsverlies op de draad:

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

Stap # 4. We berekenen het percentage spanningsverlies:

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

Conclusie: om het lasapparaat aan te sluiten is een geleider met een grote doorsnede nodig.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De berekening van de doorsnede van de geleider volgens de formules:

Aanbevelingen van specialisten over de selectie van kabel- en draadproducten:

De bovenstaande berekeningen zijn geldig voor koperen en aluminium geleiders voor industrieel gebruik. Voor andere soorten geleiders is de totale warmteoverdracht vooraf berekend.

Op basis van deze gegevens wordt de maximale stroom die door de geleider kan stromen berekend zonder overmatige verwarming te veroorzaken.

Als u vragen heeft over de methodologie voor het berekenen van de kabeldoorsnede of als u persoonlijke ervaringen wilt delen, kunt u opmerkingen achterlaten bij dit artikel. Het feedbackvenster bevindt zich hieronder.