Obliczanie przekroju kabla według mocy i prądu: jak poprawnie obliczyć okablowanie

Czy planujesz to zrobić? modernizacja sieci energetycznej czy dodatkowo przedłużyć linię zasilania do kuchni, aby podłączyć nowy piec elektryczny? Przydaje się tutaj minimalna wiedza na temat przekroju przewodnika i wpływu tego parametru na moc i natężenie.

Zgadzam się, że nieprawidłowe obliczenie przekroju kabla prowadzi do przegrzania i zwarcia lub nieuzasadnionych kosztów.

Bardzo ważne jest przeprowadzanie obliczeń na etapie projektowania, ponieważ awaria ukrytego okablowania, a następnie wymiana jest obarczona znacznymi kosztami. Pomożemy Ci poradzić sobie z zawiłościami obliczeń, aby uniknąć problemów podczas dalszej pracy sieci energetycznej.

Aby nie obciążać Cię złożonymi obliczeniami, wybraliśmy zrozumiałe formuły i opcje obliczeń, przekazaliśmy informacje w dostępnej formie, podając formułom objaśnienia. Do artykułu dodano także zdjęcia tematyczne i materiały wideo, które pozwalają jasno zrozumieć istotę rozważanego problemu.

Obliczanie przekroju przez siłę konsumentów

Głównym celem przewodów jest dostarczanie energii elektrycznej do odbiorców w wymaganej ilości. Ponieważ nadprzewodniki nie są dostępne w normalnych warunkach pracy, należy wziąć pod uwagę rezystancję materiału przewodnika.

Obliczanie wymaganej sekcji przewody i kable w zależności od całkowitej pojemności konsumentów w oparciu o wieloletnie doświadczenie operacyjne.

Ogólny proces obliczeniowy rozpoczynamy od wykonania obliczeń przy użyciu wzoru:

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

Gdzie:

• P. - moc wszystkich konsumentów podłączonych do obliczonego oddziału w watach.
• P1, P2, PN - moc pierwszego konsumenta, odpowiednio drugiego, n-tego, w watach.

Po otrzymaniu wyniku na końcu obliczeń zgodnie z powyższym wzorem nadszedł czas, aby przejść do danych tabeli.

Teraz musisz wybrać wymaganą sekcję zgodnie z tabelą 1.

Tabela 1. Przekrój przewodów musi być zawsze wybrany w najbliższym większym boku (+)

Etap 1 - obliczenie mocy biernej i czynnej

Możliwości konsumentów są wskazane w dokumentach dotyczących sprzętu. Zazwyczaj wartości znamionowe sprzętu wskazują moc czynną wraz z mocą bierną.

Urządzenia z aktywnym rodzajem obciążenia zamieniają całą otrzymaną energię elektryczną, biorąc pod uwagę wydajność, w użyteczną pracę: mechaniczną, cieplną lub inną formę.

Aktywne urządzenia obciążające obejmują żarówki, grzejniki i kuchenki elektryczne.

W przypadku takich urządzeń obliczenie mocy dla prądu i napięcia ma postać:

P = U * I,

Gdzie:

• P. - moc w watach;
• U - napięcie w V;
• Ja - aktualna siła w A.

Urządzenia z reaktywnym obciążeniem mogą gromadzić energię ze źródła, a następnie ją zwracać. Taka wymiana zachodzi z powodu przesunięcia prądu sinusoidalnego i napięcia sinusoidalnego.

Przy przesunięciu fazy zerowej moc P = U * I zawsze ma wartość dodatnią. Taki wykres faz prądu i napięcia to urządzenia o aktywnym typie obciążenia (I, i - prąd, U, u - napięcie, liczba π - pi, równa 3,14)

Urządzenia do zasilania biernego obejmują silniki elektryczne, urządzenia elektroniczne wszystkich rozmiarów i celów oraz transformatory.

Gdy występuje przesunięcie fazowe między prądem sinusoidalnym a napięciem sinusoidalnym, moc P = U * I może być ujemna (I, i jest prądem, U, u jest napięciem, π jest liczbą pi równą 3,14). Urządzenie mocy biernej zwraca zgromadzoną energię z powrotem do źródła

Sieci elektryczne są zbudowane w taki sposób, że mogą przesyłać energię elektryczną w jednym kierunku od źródła do odbiornika.

Dlatego zwracana energia odbiorcy z obciążeniem biernym jest pasożytnicza i jest wydawana na przewody grzejne i inne elementy.

Moc bierna zależy od kąta fazowego między sinusoidami napięcia i prądu. Kąt fazowy wyraża się w kategoriach cosφ.

Aby znaleźć pełną moc, użyj wzoru:

P = Q / cosφ,

Gdzie Q - moc bierna w VA.

Zazwyczaj dane paszportowe na urządzeniu wskazują moc bierną i cosφ.

Przykład: w paszporcie perforator wykazuje moc bierną 1200 VAR i cosφ = 0,7. Dlatego całkowity pobór mocy będzie równy:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W.

Jeśli nie można znaleźć cosφ, dla zdecydowanej większości domowych urządzeń elektrycznych można przyjąć cosφ równą 0,7.

Etap 2 - poszukiwanie współczynników jednoczesności i marginesów

K. - bezwymiarowy współczynnik równoczesności pokazuje, ilu konsumentów może być jednocześnie objętych siecią. Rzadko zdarza się, że wszystkie urządzenia jednocześnie zużywają prąd.

Jednoczesne działanie telewizora i centrum muzycznego jest mało prawdopodobne. Z ustalonej praktyki można przyjąć, że K wynosi 0,8. Jeśli planujesz korzystać ze wszystkich konsumentów jednocześnie, K powinna być równa 1.

J - bezwymiarowy współczynnik bezpieczeństwa. Charakteryzuje się tworzeniem rezerwy mocy dla przyszłych konsumentów.

Postęp nie stoi w miejscu, co roku wymyślane są nowe i zaskakujące nowe i użyteczne urządzenia elektryczne. Oczekuje się, że do 2050 r. Zużycie energii elektrycznej osiągnie 84%. Zazwyczaj przyjmuje się, że J wynosi od 1,5 do 2,0.

Etap 3 - wykonanie obliczeń geometrycznych

We wszystkich obliczeniach elektrycznych brane jest pole przekroju przewodu - przekrój rdzenia. Mierzone w mm².

Często trzeba nauczyć się poprawnie obliczać średnica drutu przewód drutowy.

W tym przypadku istnieje prosty wzór geometryczny na monolityczny okrągły drut:

S = π * R² = π * D²/4lub odwrotnie

D = √ (4 * S / π)

W przypadku przewodów o prostokątnym przekroju:

S = h * m,

Gdzie:

• S. - powierzchnia rdzenia w mm²;
• R - promień rdzenia w mm;
• D. - średnica rdzenia w mm;
• h, m - odpowiednio szerokość i wysokość, w mm;
• π Czy liczba pi jest równa 3,14.

Jeśli kupisz drut splatany, w którym jeden przewodnik składa się z wielu skręconych drutów o okrągłym przekroju, obliczenia są przeprowadzane zgodnie ze wzorem:

S = N * D²/1,27,

Gdzie N. - liczba drutów w żyle.

Druty ze skręconymi rdzeniami kilku drutów mają ogólnie lepszą przewodność niż druty monolityczne. Wynika to ze specyfiki prądu przepływającego przez okrągły przewód.

Prąd elektryczny to ruch tych samych ładunków wzdłuż przewodnika. Ładunki o tej samej nazwie odpychają się, dlatego gęstość rozkładu ładunku jest przesuwana na powierzchnię przewodnika.

Kolejną zaletą linek jest ich elastyczność i odporność mechaniczna. Druty monolityczne są tańsze i są używane głównie do instalacji stałej.

Etap 4 - oblicz w praktyce sekcję mocy

Wyzwanie: całkowita moc konsumentów w kuchni wynosi 5000 watów (co oznacza, że ​​moc wszystkich reaktywnych konsumentów jest liczona). Wszyscy odbiorcy są podłączeni do jednofazowej sieci 220 V i mają zasilanie z jednej gałęzi.

Tabela 2. Jeśli planujesz podłączyć dodatkowych odbiorców w przyszłości, tabela pokazuje wymagane pojemności popularnych urządzeń gospodarstwa domowego (+)

Rozwiązanie:

Przyjmuje się, że współczynnik jednoczesności K jest równy 0,8. Kuchnia to miejsce ciągłych innowacji, nieważne, współczynnik bezpieczeństwa J = 2,0. Łączna szacunkowa pojemność będzie wynosić:

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

Korzystając z wartości mocy obliczeniowej, szukamy najbliższej wartości w tabeli 1.

Najbliższym odpowiednim przekrojem przewodu dla sieci jednofazowej jest przewód miedziany o przekroju 4 mm². Podobny rozmiar drutu z rdzeniem aluminiowym 6 mm².

W przypadku okablowania z jednym rdzeniem minimalna średnica wynosi odpowiednio 2,3 mm i 2,8 mm. W przypadku opcji wielordzeniowej sumuje się przekrój poszczególnych rdzeni.

Obliczanie bieżącego przekroju

Obliczenia wymaganego przekroju dla prądu i mocy kabli i przewodów przedstawią dokładniejsze wyniki. Takie obliczenia umożliwiają ocenę ogólnego wpływu różnych czynników na przewodniki, w tym obciążenia cieplnego, gatunku drutu, rodzaju uszczelki, warunków pracy itp.

Całe obliczenia są przeprowadzane w następujących etapach:

• wybór mocy wszystkich konsumentów;
• obliczanie prądów przepływających przez przewodnik;
• wybór odpowiedniego przekroju zgodnie z tabelami.

W przypadku tej wersji obliczeń pobierana jest bieżąca moc odbiorników z napięciem bez uwzględnienia współczynników korekcyjnych. Zostaną one uwzględnione przy sumowaniu bieżącej siły.

Etap 1 - obliczenie bieżącej siły według wzorów

Dla tych, którzy zapomnieli o szkolnym kursie fizyki, oferujemy podstawowe formuły w postaci graficznego diagramu jako wizualnego ściągawki:

„Koło klasyczne” pokazuje połączenie wzorów i współzależność charakterystyk prądu elektrycznego (I - siła prądu, P - moc, U - napięcie, R - promień rdzenia)

Napiszmy zależność natężenia prądu I od mocy P i napięcia sieci U:

I = P / U_l,

Gdzie:

• Ja - natężenie prądu, w amperach;
• P. - moc w watach;
• U_l - napięcie sieciowe w woltach.

Napięcie liniowe w ogólnym przypadku zależy od źródła zasilania, jest jedno- i trójfazowe.

Zależność napięcia liniowego i fazowego:

1. U_l = U * cosφ w przypadku napięcia jednofazowego.
2. U_l = U * √3 * cosφ w przypadku napięcia trójfazowego.

W przypadku domowych odbiorników elektrycznych weź cosφ = 1, aby napięcie liniowe można było przepisać:

1. U_l = 220 V. dla napięcia jednofazowego.
2. U_l = 380 V. dla napięcia trójfazowego.

Następnie podsumowujemy wszystkie prądy pobierane przez formułę:

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

Gdzie:

• Ja - całkowity prąd w amperach;
• I1..IN - aktualna siła każdego odbiornika w amperach;
• K. - współczynnik jednoczesności;
• J - współczynnik bezpieczeństwa.

Współczynniki K i J mają takie same wartości, jakie zastosowano przy obliczaniu całkowitej mocy.

Może się zdarzyć, że w sieci trójfazowej prąd o nierównej sile przepływa przez różne przewodniki fazowe.

Dzieje się tak, gdy odbiorniki jednofazowe i odbiorniki trójfazowe są jednocześnie podłączone do kabla trójfazowego. Na przykład zasilane jest urządzenie trójfazowe i oświetlenie jednofazowe.

Powstaje naturalne pytanie: w jaki sposób oblicza się przekrój drutu skręconego w takich przypadkach? Odpowiedź jest prosta - obliczenia są wykonywane dla najbardziej obciążonego przewodu.

Etap 2 - wybór odpowiedniej sekcji zgodnie z tabelami

W zasadach działania instalacji elektrycznych (PES) podano szereg tabel umożliwiających wybór wymaganego odcinka rdzenia kabla.

Przewodność przewodnika zależy od temperatury. W przypadku przewodników metalowych rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

Po przekroczeniu pewnego progu proces staje się samowystarczalny: im wyższy opór, tym wyższa temperatura, tym wyższy opór itp. dopóki przewodnik nie wypali się lub nie spowoduje zwarcia.

Poniższe dwie tabele (3 i 4) pokazują przekrój przewodów w zależności od prądów i sposobu instalacji.

Tabela 3. Najpierw musisz wybrać metodę układania drutów, zależy to od tego, jak skutecznie występuje chłodzenie (+)

Kabel różni się od drutu tym, że wszystkie druty z własną izolacją na kablu są skręcone w wiązkę i zamknięte we wspólnej osłonie izolacyjnej. Więcej szczegółów na temat różnic i rodzajów produktów kablowych znajduje się w tym artykuł.

Tabela 4. Wskazano metodę otwartą dla wszystkich wartości przekroju przewodów, jednak w praktyce przekroje poniżej 3 mm2 nie są otwarcie układane ze względu na wytrzymałość mechaniczną (+)

Korzystając z tabel, do dopuszczalnego prądu stałego stosowane są następujące czynniki:

• 0,68, jeśli żyje 5-6;
• 0,63, gdyby żyło 7-9;
• 0,6, jeśli przeżyje 10-12.

Współczynniki malejące są stosowane do bieżących wartości z kolumny „otwartej”.

Przewody zerowe i uziemiające nie są uwzględniane w liczbie przewodów.

Zgodnie ze standardami PES, wyboru przekroju rdzenia zerowego zgodnie z dopuszczalnym prądem ciągłym dokonuje się jako co najmniej 50% rdzenia fazowego.

Poniższe dwie tabele (5 i 6) pokazują zależność dopuszczalnego prądu ciągłego podczas układania go w ziemi.

Tabela 5. Dopuszczalne zależności prądu ciągłego dla kabli miedzianych podczas układania w powietrzu lub ziemi

Obecne obciążenie podczas leżenia otwartego i podczas zagłębiania się w ziemię jest różne. Są one równe, jeśli układanie w ziemi odbywa się za pomocą tac.

Tabela 6. Dopuszczalne zależności prądu ciągłego dla kabli aluminiowych podczas układania w powietrzu lub ziemi

Poniższa tabela (7) dotyczy rozmieszczenia tymczasowych linii zasilających (przenoś, jeśli do użytku prywatnego).

Tabela 7. Dopuszczalny prąd ciągły przy stosowaniu przenośnych przewodów elastycznych, przewodów przenośnych i przewodów kopalnianych, reflektorów, elastycznych przewodów przenośnych. Użyto tylko miedzianych przewodów

Podczas układania kabli w ziemi, oprócz właściwości usuwania ciepła, należy wziąć pod uwagę rezystywność, co znajduje odzwierciedlenie w poniższej tabeli (8):

Tabela 8. Współczynnik korygujący w zależności od rodzaju i rezystywności gruntu dla dopuszczalnego prądu stałego przy obliczaniu przekroju poprzecznego kabla (+)

Obliczanie i wybór przewodów miedzianych do 6 mm² lub aluminium do 10 mm² prowadzone jak dla prądu ciągłego.

W przypadku dużych przekrojów można zastosować współczynnik redukcji:

0,875 * √T_pv

gdzie T._pv - stosunek czasu trwania włączenia do czasu trwania cyklu.

Czas włączenia bierze się z obliczeń nie dłuższych niż 4 minuty. W takim przypadku cykl nie powinien przekraczać 10 minut.

Przy wyborze kabla do podłączenia prądu elektrycznego drewniany dom szczególną uwagę zwraca się na jego ognioodporność.

Etap 3 - obliczenie bieżącego przekroju przewodu na przykładzie

Wyzwanie: obliczyć wymagany przekrój kabel miedziany do podłączenia:

• Trójfazowa maszyna do obróbki drewna o mocy 4000 W;
• Trójfazowa spawarka 6000 W;
• sprzęt gospodarstwa domowego w domu o łącznej mocy 25 000 watów;

Połączenie zostanie wykonane pięciożyłowym kablem (przewody trójfazowe, jeden neutralny i jeden uziemienie) ułożone w ziemi.

Izolacja produktów kablowych jest obliczana na podstawie określonej wartości napięcia roboczego. Należy pamiętać, że napięcie robocze producenta jego produktu musi być wyższe niż napięcie w sieci

Rozwiązanie

Krok 1. Obliczamy napięcie liniowe połączenia trójfazowego:

U_l = 220 * √3 = 380 V.

Krok 2. Urządzenia gospodarstwa domowego, obrabiarki i spawarki mają moc bierną, więc moc maszyn i urządzeń będzie wynosić:

P._{z tych} = 25000 / 0,7 = 35700 W.

P._rev = 10000 / 0,7 = 14300 W.

Krok # 3. Prąd wymagany do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego:

Ja_{z tych} = 35700/220 = 162 A.

Krok # 4. Prąd wymagany do podłączenia sprzętu:

Ja_rev = 14300/380 = 38 A.

Krok 5. Wymagany prąd do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego oblicza się na podstawie obliczenia jednej fazy. W zależności od problemu występują trzy fazy. W związku z tym prąd można rozłożyć na fazy. Dla uproszczenia zakładamy jednolity rozkład:

Ja_{z tych} = 162/3 = 54 A.

Krok # 6. Prąd na fazę:

Ja_f = 38 + 54 = 92 A.

Krok # 7 Sprzęt i urządzenia gospodarstwa domowego nie będą działały w tym samym czasie, poza tym kładziemy margines równy 1,5. Po zastosowaniu współczynników korekcyjnych:

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

Krok # 8. Chociaż kabel zawiera 5 rdzeni, brane są pod uwagę tylko trzy rdzenie fazowe. Zgodnie z tabelą 8 w kolumnie trzyżyłowego kabla w ziemi stwierdzamy, że prąd 115 A odpowiada przekrojowi rdzenia 16 mm².

Krok # 9. Zgodnie z tabelą 8 stosujemy współczynnik korekcji w zależności od charakterystyki ziemi. Dla normalnego typu terenu współczynnik wynosi 1.

Krok # 10. Opcjonalnie oblicz średnicę rdzenia:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jeśli obliczeń dokonano tylko z mocy, bez uwzględnienia cech kabla, przekrój rdzenia wyniesie 25 mm². Obliczanie aktualnej siły jest bardziej skomplikowane, ale czasami oszczędza znaczne pieniądze, szczególnie jeśli chodzi o wielordzeniowe kable zasilające.

Możesz przeczytać więcej na temat zależności między napięciem a prądem tutaj.

Obliczanie spadku napięcia

Każdy przewodnik, z wyjątkiem nadprzewodników, ma rezystancję. Dlatego przy wystarczającej długości kabla lub drutu występuje spadek napięcia.

Normy PES wymagają, aby przekrój rdzenia kabla był taki, aby spadek napięcia nie przekraczał 5%.

Tabela 9. Rezystywność zwykłych przewodników metalowych (+)

Dotyczy to przede wszystkim kabli niskiego napięcia o małym przekroju.

Obliczenie spadku napięcia jest następujące:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad / U_lin) * 100,

Gdzie:

• 2 - współczynnik ze względu na fakt, że prąd płynie koniecznie w dwóch rdzeniach;
• R - rezystancja przewodu, Ohm;
• ρ - rezystancja właściwa przewodnika, Ohm * mm²/ m;
• S. - przekrój przewodu, mm²;
• U_pad - spadek napięcia, V;
• U_% - spadek napięcia w stosunku do U_lin,%.

Za pomocą formuł można samodzielnie wykonać niezbędne obliczenia.

Przykład wykonania obliczeń

Wyzwanie: obliczyć spadek napięcia dla drutu miedzianego o przekroju jednego rdzenia 1,5 mm². Do podłączenia jednofazowej spawarki elektrycznej o łącznej mocy 7 kW potrzebny jest drut. Długość drutu 20 m.

Jeśli chcesz podłączyć zgrzewarkę do gospodarstwa domowego do sieci, powinieneś wziąć pod uwagę sytuację, w której kabel jest przeznaczony. Możliwe, że całkowita moc działających urządzeń może być wyższa. Najlepszą opcją jest połączenie konsumentów z poszczególnymi oddziałami

Rozwiązanie:

Krok 1. Obliczamy rezystancję drutu miedzianego za pomocą tabeli 9:

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

Krok 2. Prąd przepływający wzdłuż przewodnika:

I = 7000/220 = 31,8 A

Krok # 3. Spadek napięcia na przewodzie:

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

Krok # 4. Obliczamy procent spadku napięcia:

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

Wniosek: do podłączenia spawarki wymagany jest przewodnik o dużym przekroju.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Obliczenie przekroju przewodu zgodnie ze wzorami:

Zalecenia specjalistów w sprawie wyboru produktów kablowych i drutowych:

Powyższe obliczenia dotyczą przewodów miedzianych i aluminiowych do zastosowań przemysłowych. W przypadku innych rodzajów przewodów całkowity transfer ciepła jest wstępnie obliczany.

Na podstawie tych danych obliczany jest maksymalny prąd przepływający przez przewodnik bez powodowania nadmiernego nagrzewania.

Jeśli masz jakieś pytania dotyczące metodyki obliczania przekroju kabla lub chcesz podzielić się osobistymi doświadczeniami, zostaw komentarz w tym artykule. Pole opinii znajduje się poniżej.