Cálculo da seção transversal do cabo por potência e corrente: como calcular a fiação corretamente

Você está planejando fazer modernização da rede elétrica ou além de estender a linha de energia à cozinha para conectar um novo fogão elétrico? Aqui, é útil um conhecimento mínimo sobre a seção transversal do condutor e o efeito desse parâmetro na potência e na amperagem.

Concorde que o cálculo incorreto da seção transversal do cabo leva ao superaquecimento e curto-circuito ou a custos injustificados.

É muito importante realizar cálculos no estágio de projeto, pois a falha na fiação oculta e a substituição subsequente são carregadas de custos significativos. Ajudaremos você a lidar com os meandros dos cálculos, a fim de evitar problemas durante a operação adicional da rede elétrica.

Para não sobrecarregá-lo com cálculos complexos, selecionamos fórmulas compreensíveis e opções de cálculo, fornecemos informações de forma acessível, fornecendo explicações às fórmulas. Além disso, foram adicionadas fotos temáticas e materiais de vídeo ao artigo, que permitem entender claramente a essência da questão em consideração.

Cálculo da seção transversal pelo poder dos consumidores

O principal objetivo dos condutores é o fornecimento de energia elétrica aos consumidores na quantidade necessária. Como os supercondutores não estão disponíveis em condições operacionais normais, a resistência do material do condutor deve ser levada em consideração.

Cálculo da seção necessária condutores e cabos dependendo da capacidade total dos consumidores com base na experiência operacional de longo prazo.

Começamos o processo de cálculo geral executando primeiro os cálculos usando a fórmula:

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

Onde:

• P - o poder de todos os consumidores conectados à filial calculada em Watts.
• P1, P2, PN - poder do primeiro consumidor, o segundo, n-ésimo, respectivamente, em Watts.

Tendo recebido o resultado no final dos cálculos de acordo com a fórmula acima, era hora de voltar aos dados da tabela.

Agora você deve escolher a seção necessária de acordo com a tabela 1.

Tabela 1. A seção transversal dos fios deve sempre ser selecionada no lado maior mais próximo (+)

Etapa 1 - cálculo da potência reativa e ativa

As capacidades dos consumidores são indicadas nos documentos para o equipamento. Normalmente, as classificações do equipamento indicam potência ativa juntamente com potência reativa.

Os dispositivos com um tipo de carga ativo transformam toda a energia elétrica recebida, levando em consideração a eficiência, em trabalho útil: mecânico, térmico ou outra forma.

Os dispositivos de carga ativa incluem lâmpadas incandescentes, aquecedores e fogões elétricos.

Para esses dispositivos, o cálculo da potência para corrente e tensão tem a forma:

P = U * I,

Onde:

• P - potência em watts;
• U - tensão em V;
• Eu - força atual em A.

Dispositivos com um tipo reativo de carga podem acumular energia da fonte e depois devolvê-la. Essa troca ocorre devido ao deslocamento da corrente sinusoidal e da tensão sinusoidal.

No deslocamento de fase zero, a potência P = U * I sempre tem um valor positivo. Esse gráfico das fases de corrente e tensão são dispositivos com um tipo de carga ativo (corrente I, i, corrente U, tensão u, número π - pi, igual a 3,14)

Os dispositivos de energia reativa incluem motores elétricos, dispositivos eletrônicos de todos os tamanhos e finalidades e transformadores.

Quando há uma mudança de fase entre a corrente senoidal e a tensão senoidal, a potência P = U * I pode ser negativa (I, i é a corrente, U, u é a tensão, π é o número pi igual a 3,14). Dispositivo de energia reativa retorna a energia armazenada de volta à fonte

As redes elétricas são construídas de forma a poder transmitir energia elétrica em uma direção, da fonte à carga.

Portanto, a energia retornada do consumidor com uma carga reativa é parasitária e é gasta em condutores de aquecimento e outros componentes.

A potência reativa depende do ângulo de fase entre a tensão e os sinusóides atuais. O ângulo de fase é expresso em termos de cosφ.

Para encontrar a potência total, use a fórmula:

P = Q / cosφ,

Onde Q - potência reativa em VA.

Normalmente, os dados do passaporte no dispositivo indicam potência reativa e cosφ.

Exemplo: no passaporte, o perfurador mostra uma potência reativa de 1200 VAR e cosφ = 0,7. Portanto, o consumo total de energia será igual a:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Se não foi possível encontrar cosφ, para a grande maioria dos eletrodomésticos, cosφ pode ser considerado igual a 0,7.

Etapa 2 - busca por simultaneidade e margens

K - coeficiente de simultaneidade sem dimensão, mostra quantos consumidores podem ser incluídos simultaneamente na rede. Raramente acontece que todos os dispositivos consomem simultaneamente eletricidade.

A operação simultânea da TV e do centro de música é improvável. Da prática estabelecida, K pode ser considerado igual a 0,8. Se você planeja usar todos os consumidores ao mesmo tempo, K deve ser considerado igual a 1.

J - fator de segurança adimensional. Caracteriza a criação de uma reserva de energia para futuros consumidores.

O progresso não pára, todos os anos são inventados novos e surpreendentes aparelhos elétricos novos e úteis. Até 2050, o consumo de eletricidade deverá chegar a 84%. Normalmente, presume-se que J seja de 1,5 a 2,0.

Etapa 3 - realizando um cálculo geométrico

Em todos os cálculos elétricos, a área da seção transversal do condutor é tomada - a seção do núcleo. Medido em mm².

Muitas vezes, é necessário aprender a calcular corretamente diâmetro do fio condutor de arame.

Nesse caso, existe uma fórmula geométrica simples para um fio redondo monolítico:

S = π * R² = π * D²/4ou vice-versa

D = √ (4 * S / π)

Para condutores de seção transversal retangular:

S = h * m,

Onde:

• S - área do núcleo em mm²;
• R - raio do núcleo em mm;
• D - diâmetro do núcleo em mm;
• h, m - largura e altura, respectivamente, em mm;
• π É o número pi igual a 3,14.

Se você adquirir um fio trançado, no qual um condutor consiste em muitos fios trançados de seção transversal circular, o cálculo é realizado de acordo com a fórmula:

S = N * D²/1,27,

Onde N - o número de fios na veia.

Os fios com núcleos torcidos de vários fios geralmente têm melhor condutividade do que os fios monolíticos. Isto é devido às peculiaridades da corrente que flui através de um condutor circular.

Corrente elétrica é o movimento das mesmas cargas ao longo do condutor. As cargas com o mesmo nome repelem, portanto, a densidade de distribuição de carga é deslocada para a superfície do condutor.

Outra vantagem dos fios trançados é sua flexibilidade e resistência mecânica. Os fios monolíticos são mais baratos e são usados ​​principalmente para instalação fixa.

Etapa 4 - calcular a seção de potência na prática

Desafio: a potência total dos consumidores na cozinha é de 5000 watts (o que significa que a potência de todos os consumidores reativos é recontada). Todos os consumidores estão conectados a uma rede monofásica de 220 V e têm energia de uma filial.

Tabela 2. Se você planeja conectar consumidores adicionais no futuro, a tabela mostra as capacidades necessárias de eletrodomésticos comuns (+)

Solução:

O coeficiente de simultaneidade K é assumido como sendo igual a 0,8. A cozinha é um local de constante inovação, você não se importa, um fator de segurança de J = 2,0. A capacidade total estimada será:

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

Usando o valor da potência do projeto, procuramos o valor mais próximo na tabela 1.

A seção transversal do condutor mais próxima e adequada para uma rede monofásica é um condutor de cobre com uma seção transversal de 4 mm². Tamanho de fio semelhante com núcleo de alumínio 6 mm².

Para a fiação de núcleo único, o diâmetro mínimo será de 2,3 mm e 2,8 mm, respectivamente. No caso de uma opção multicore, a seção transversal de núcleos individuais é adicionada.

Cálculo da seção transversal atual

Os cálculos da seção transversal necessária para corrente e potência de cabos e fios apresentarão resultados mais precisos. Tais cálculos permitem avaliar o efeito geral de vários fatores nos condutores, incluindo carga térmica, tipo de fio, tipo de junta, condições de operação etc.

Todo o cálculo é realizado durante as seguintes etapas:

• seleção de poder de todos os consumidores;
• cálculo das correntes que passam pelo condutor;
• seleção de uma seção transversal adequada de acordo com as tabelas.

Para esta versão do cálculo, a potência atual dos consumidores com tensão é tomada sem levar em consideração os fatores de correção. Eles serão levados em consideração ao somar a força atual.

Etapa 1 - cálculo da força atual pelas fórmulas

Para aqueles que esqueceram o curso de física da escola, oferecemos as fórmulas básicas na forma de um diagrama gráfico como uma folha de dicas visuais:

A "roda clássica" demonstra a interconexão de fórmulas e a interdependência das características da corrente elétrica (I - força da corrente, potência P, potência, tensão U, raio R)

Vamos escrever a dependência da força atual I da potência P e da tensão de linha U:

I = P / U_eu,

Onde:

• Eu - força atual, tomada em amperes;
• P - potência em watts;
• U_eu - tensão da linha em volts.

A tensão linear, no caso geral, depende da fonte de alimentação, é monofásica e trifásica.

A relação da tensão linear e de fase:

1. U_eu = U * cosφ em caso de tensão monofásica.
2. U_eu = U * √3 * cosφ em caso de tensão trifásica.

Para consumidores elétricos domésticos, considere cosφ = 1, para que a tensão linear possa ser reescrita:

1. U_eu = 220 V para tensão monofásica.
2. U_eu = 380 V para tensão trifásica.

Em seguida, resumimos todas as correntes consumidas pela fórmula:

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

Onde:

• Eu - corrente total em amperes;
• I1..IN - força atual de cada consumidor em amperes;
• K - coeficiente de simultaneidade;
• J - fator de segurança.

Os coeficientes K e J têm os mesmos valores que foram usados ​​no cálculo da potência total.

Pode haver um caso em que em uma rede trifásica uma corrente de força desigual flui através de diferentes condutores de fase.

Isso acontece quando os consumidores monofásicos e trifásicos são conectados a um cabo trifásico simultaneamente. Por exemplo, uma máquina trifásica e iluminação monofásica são alimentadas.

Uma questão natural surge: como é calculada a seção transversal de um fio trançado nesses casos? A resposta é simples - os cálculos são feitos para o condutor mais carregado.

Etapa 2 - escolha de uma seção adequada de acordo com as tabelas

Nas regras para a operação de instalações elétricas (PES), são fornecidas várias tabelas para a escolha da seção necessária do núcleo do cabo.

A condutividade do condutor depende da temperatura. Para condutores de metal, a resistência aumenta com o aumento da temperatura.

Quando um certo limite é excedido, o processo se torna auto-sustentável: quanto maior a resistência, maior a temperatura, maior a resistência, etc. até o condutor queimar ou causar um curto-circuito.

As duas tabelas a seguir (3 e 4) mostram a seção transversal dos condutores, dependendo das correntes e do método de instalação.

Tabela 3. Primeiro, você precisa escolher o método de colocação dos fios, isso depende da eficiência com que o resfriamento ocorre (+)

O cabo difere do fio, pois todos os fios com seu próprio isolamento no cabo são torcidos em um feixe e encerrados em uma bainha isolante comum. Mais detalhes sobre as diferenças e tipos de produtos a cabo estão descritos neste artigo.

Tabela 4. Um método aberto é indicado para todos os valores da seção transversal dos condutores, no entanto, na prática, seções inferiores a 3 mm2 não são estabelecidas abertamente por razões de resistência mecânica (+)

Ao usar tabelas, os seguintes fatores são aplicados à corrente contínua permitida:

• 0,68 se 5-6 viveu;
• 0,63 se 7-9 vivessem;
• 0,6 se 10-12 viveu.

Os coeficientes decrescentes são aplicados aos valores atuais da coluna "aberta".

Os condutores de zero e de aterramento não estão incluídos no número de condutores.

De acordo com os padrões PES, a escolha da seção transversal do núcleo zero de acordo com a corrente contínua permitida é feita como pelo menos 50% do núcleo da fase.

As duas tabelas a seguir (5 e 6) mostram a dependência da corrente contínua permitida ao colocá-la no chão.

Tabela 5. Dependências de corrente contínua permitidas para cabos de cobre quando instalados no ar ou no solo

A carga atual ao abrir e ao aprofundar no solo é diferente. Eles são considerados iguais se a colocação no chão for realizada com bandejas.

Tabela 6. Dependências de corrente contínua permitidas para cabos de alumínio quando instalados no ar ou no solo

A tabela a seguir (7) se aplica ao arranjo de linhas de fornecimento de energia temporárias (transporte, se for para uso privado).

Tabela 7. Corrente contínua permitida ao usar cabos de mangueira portáteis, cabos de mangueira e mina portáteis, holofotes, fios portáteis flexíveis. Apenas condutores de cobre utilizados

Ao colocar cabos no chão, além das propriedades de remoção de calor, é necessário levar em consideração a resistividade, refletida na tabela a seguir (8):

Tabela 8. Fator de correção, dependendo do tipo e resistividade do solo para corrente contínua permitida, ao calcular a seção transversal do cabo (+)

Cálculo e seleção de condutores de cobre de até 6 mm² ou alumínio até 10 mm² conduzido como para corrente contínua.

No caso de grandes seções transversais, é possível aplicar um fator de redução:

0.875 * √T_pv

onde T_pv - a razão entre a duração da inclusão e a duração do ciclo.

A duração da inclusão é calculada no máximo em 4 minutos. Nesse caso, o ciclo não deve exceder 10 minutos.

Ao escolher um cabo para conectar a eletricidade em casa de madeira É dada especial atenção à sua resistência ao fogo.

Etapa 3 - cálculo da seção transversal do condutor atual usando um exemplo

Desafio: calcular a seção transversal necessária cabo de cobre para conectar:

• Máquina trifásica para madeira de 4000 W;
• Máquina de solda trifásica de 6000 W;
• eletrodomésticos em casa com uma capacidade total de 25.000 watts;

A conexão será feita por um cabo de cinco núcleos (condutores trifásicos, um neutro e um terra) instalados no terra.

O isolamento dos produtos a cabo é calculado com base em um valor específico da tensão operacional. Deve-se ter em mente que a tensão operacional do fabricante do seu produto deve ser maior que a tensão na rede

Solução.

Etapa 1. Calculamos a tensão linear de uma conexão trifásica:

U_eu = 220 * √3 = 380 V

Etapa 2. Os eletrodomésticos, as máquinas-ferramentas e as máquinas de solda têm potência reativa, portanto a potência das máquinas e equipamentos será:

P_daqueles = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_rev = 10000 / 0,7 = 14300 W

Etapa 3. Corrente necessária para conectar aparelhos domésticos:

Eu_daqueles = 35700/220 = 162 A

Etapa 4. Corrente necessária para conectar o equipamento:

Eu_rev = 14300/380 = 38 A

Etapa 5. A corrente necessária para conectar os eletrodomésticos é calculada com base no cálculo de uma fase. Pela condição do problema, existem três fases. Consequentemente, a corrente pode ser distribuída em fases. Para simplificar, assumimos uma distribuição uniforme:

Eu_daqueles = 162/3 = 54 A

Etapa 6. Corrente por fase:

Eu_f = 38 + 54 = 92 A

Etapa 7 Equipamentos e eletrodomésticos não funcionarão ao mesmo tempo, exceto por isso, estabeleceremos uma margem igual a 1,5. Depois de aplicar os fatores de correção:

Eu_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Etapa 8. Embora o cabo contenha 5 núcleos, apenas os núcleos trifásicos são levados em consideração. De acordo com a tabela 8, em uma coluna de um cabo de três núcleos no solo, descobrimos que uma corrente de 115 A corresponde a uma seção transversal de um núcleo de 16 mm².

Etapa 9. De acordo com a tabela 8, aplicamos o fator de correção dependendo das características da terra. Para um tipo de terreno normal, o coeficiente é 1.

Etapa 10. Opcionalmente, calcule o diâmetro do núcleo:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Se o cálculo foi feito apenas por potência, sem levar em consideração as características do cabo, a seção transversal do núcleo será de 25 mm². O cálculo da força atual é mais complicado, mas às vezes economiza dinheiro considerável, especialmente quando se trata de cabos de energia com vários núcleos.

Você pode ler mais sobre a relação entre tensão e corrente aqui.

Cálculo de queda de tensão

Qualquer condutor, exceto supercondutores, tem resistência. Portanto, com um comprimento suficiente do cabo ou fio, ocorre uma queda de tensão.

Os padrões PES exigem que a seção transversal do núcleo do cabo seja tal que a queda de tensão não exceda 5%.

Tabela 9. Resistividade de condutores comuns de metal (+)

Isso se refere principalmente a cabos de baixa tensão de pequena seção transversal.

O cálculo da queda de tensão é o seguinte:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_almofada = I * R,

U_% = (U_almofada / U_lin) * 100,

Onde:

• 2 - coeficiente pelo fato de a corrente fluir necessariamente em dois núcleos;
• R - resistência do condutor, Ohm;
• ρ - resistência específica do condutor, Ohm * mm²/ m;
• S - seção transversal do condutor, mm²;
• U_almofada - queda de tensão, V;
• U_% - queda de tensão em relação a U_lin,%.

Usando fórmulas, você pode executar independentemente os cálculos necessários.

Exemplo de cálculo de transporte

Desafio: calcular a queda de tensão de um fio de cobre com uma seção transversal de um núcleo de 1,5 mm². É necessário um fio para conectar uma máquina de solda elétrica monofásica com uma potência total de 7 kW. Comprimento do fio 20 m.

Se você deseja conectar uma máquina de solda doméstica à rede elétrica, leve em consideração a situação para a qual o cabo foi projetado. É possível que a potência total dos dispositivos operacionais seja maior. A melhor opção é conectar consumidores a filiais individuais

Solução:

Etapa 1. Calculamos a resistência do fio de cobre usando a tabela 9:

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

Etapa 2. A corrente que flui ao longo do condutor:

I = 7000/220 = 31,8 A

Etapa 3. Queda de tensão no fio:

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

Etapa 4. Calculamos a porcentagem de queda de tensão:

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

Conclusão: para conectar a máquina de solda, é necessário um condutor com uma grande seção transversal.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O cálculo da seção transversal do condutor de acordo com as fórmulas:

Recomendações de especialistas na seleção de produtos para cabos e fios:

Os cálculos acima são válidos para condutores de cobre e alumínio para uso industrial. Para outros tipos de condutores, a transferência total de calor é pré-calculada.

Com base nesses dados, a corrente máxima capaz de fluir através do condutor é calculada sem causar aquecimento excessivo.

Se você tiver alguma dúvida sobre a metodologia para calcular a seção transversal do cabo ou se quiser compartilhar experiências pessoais, deixe comentários neste artigo. A caixa de feedback está localizada abaixo.