Calcularea secțiunii transversale a cablurilor în funcție de putere și curent: modul de calculare a cablajului corect

Aveți de gând să faceți modernizare rețea electrică sau în plus pentru a extinde linia electrică la bucătărie pentru a conecta un nou sobă electrică? Aici, sunt utile cunoștințe minime despre secțiunea transversală a conductorului și efectul acestui parametru asupra puterii și amperajului.

De acord cu calcularea incorectă a secțiunii transversale a cablurilor duce la supraîncălzire și scurtcircuit sau la costuri nejustificate.

Este foarte important să se efectueze calcule în faza de proiectare, deoarece eșecul cablajului ascuns și înlocuirea ulterioară sunt pline de costuri semnificative. Vă vom ajuta să abordați complexitatea calculelor pentru a evita problemele în timpul funcționării ulterioare a rețelei electrice.

Pentru a nu vă încărca cu calcule complexe, am selectat formule inteligibile și opțiuni de calcul, am furnizat informații într-o formă accesibilă, oferind formulelor explicații. De asemenea, fotografii tematice și materiale video au fost adăugate la articol, care permit să înțeleagă în mod clar esența problemei analizate.

Calcularea secțiunii transversale în funcție de puterea consumatorilor

Scopul principal al conductoarelor este furnizarea de energie electrică consumatorilor în cantitatea necesară. Deoarece supraconductorii nu sunt disponibili în condiții normale de funcționare, trebuie luată în considerare rezistența materialului conductor.

Calcularea secțiunii necesare conductoare și cabluri în funcție de capacitatea totală a consumatorilor pe baza experienței de exploatare pe termen lung.

Începem procesul general de calcul efectuând mai întâi calculele folosind formula:

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

în cazul în care:

• P - puterea tuturor consumatorilor conectați la sucursala calculată în wați.
• P1, P2, PN - puterea primului consumator, al doilea, respectiv al n-lea în Watts.

După ce am primit rezultatul la sfârșitul calculelor conform formulei de mai sus, a venit timpul să apelăm la datele din tabel.

Acum trebuie să alegeți secțiunea dorită conform tabelului 1.

Tabelul 1. Secțiunea transversală a firelor trebuie să fie întotdeauna selectată în partea cea mai apropiată (+)

Etapa # 1 - calculul puterii reactive și active

Capacitățile consumatorilor sunt indicate în documentele pentru echipamente. În mod obișnuit, evaluările echipamentelor indică puterea activă împreună cu puterea reactivă.

Dispozitivele cu un tip activ de sarcină transformă toată energia electrică primită, ținând cont de eficiență, într-o lucrare utilă: mecanică, termică sau cealaltă formă a acesteia.

Dispozitivele de încărcare activă includ lămpi incandescente, încălzitoare și sobe electrice.

Pentru astfel de dispozitive, calculul puterii pentru curent și tensiune are forma:

P = U * I,

în cazul în care:

• P - putere în wați;
• U - tensiune în V;
• eu - puterea curentă în A.

Dispozitivele cu un tip de încărcare reactivă pot acumula energie din sursă, apoi o pot returna. Un astfel de schimb are loc datorită deplasării curentului sinusoidal și a tensiunii sinusoidale.

La deplasarea în faza zero, puterea P = U * I are întotdeauna o valoare pozitivă. Un astfel de grafic al fazelor curentului și tensiunii sunt dispozitivele cu un tip activ de sarcină (I, i - curent, U, tensiune u, număr π - pi, egal cu 3,14)

Dispozitivele cu putere reactivă includ motoare electrice, dispozitive electronice de toate dimensiunile și scopurile și transformatoare.

Când există o schimbare de fază între curentul sinusoidal și tensiunea sinusoidală, puterea P = U * I poate fi negativă (I, i este curentul, U, u este tensiunea, π este numărul pi egal cu 3,14). Dispozitivul cu putere reactivă returnează energia stocată înapoi la sursă

Rețelele electrice sunt construite astfel încât să poată transmite energie electrică într-o direcție de la sursă la sarcină.

Prin urmare, energia returnată a consumatorului cu sarcină reactivă este parazitară și este cheltuită pentru conductoarele de încălzire și alte componente.

Puterea reactivă depinde de unghiul de fază dintre tensiune și curentul sinusoidelor. Unghiul de fază este exprimat în termeni de cosφ.

Pentru a găsi puterea maximă, utilizați formula:

P = Q / cosφ,

unde Q - puterea reactivă în VA.

De obicei, datele pașaportului de pe dispozitiv indică puterea reactivă și cosφ.

exemplu: în pașaport perforatorul are o putere reactivă de 1200 VAR și cosφ = 0,7. Prin urmare, consumul total de energie va fi egal cu:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Dacă cosφ nu a fost găsit, pentru marea majoritate a aparatelor electrice de uz casnic, cosφ poate fi luat egală cu 0,7.

Etapa # 2 - căutare de simultaneitate și raporturi de marjă

K - coeficient de simultaneitate fără dimensiuni, arată câți consumatori pot fi incluși simultan în rețea. Se întâmplă foarte rar ca toate dispozitivele să consume simultan energie electrică.

Funcționarea simultană a televizorului și a muzicii este puțin probabilă. Din practica consacrată, K poate fi luat egal cu 0,8. Dacă intenționați să utilizați toți consumatorii în același timp, K ar trebui să fie egal cu 1.

J - factorul de siguranță fără dimensiuni. Caracterizează crearea unei rezerve de energie pentru viitorii consumatori.

Progresul nu rămâne nemișcat, în fiecare an sunt inventate aparate electrice noi și surprinzătoare noi și utile. Până în 2050, consumul de energie electrică va fi de 84%. De obicei, se presupune că J este de la 1,5 la 2,0.

Etapa # 3 - efectuarea unui calcul geometric

În toate calculele electrice, se ia zona de secțiune a conductorului - secțiunea de miez. Măsurat în mm².

Adesea este necesar să înveți cum să calculezi corect diametrul sârmei conductor de sârmă.

În acest caz, există o formulă geometrică simplă pentru un fir rotund monolitic:

S = π * R² = π * D²/4sau invers

D = √ (4 * S / π)

Pentru conductoarele secțiunii dreptunghiulare:

S = h * m,

în cazul în care:

• S - aria miezului în mm²;
• R - raza miezului în mm;
• D - diametrul miezului în mm;
• h, m - lățime și înălțime, respectiv, în mm;
• π Numărul pi este egal cu 3.14.

Dacă achiziționați un fir încordat, în care un conductor este format din mai multe fire răsucite cu secțiune circulară, atunci calculul se efectuează după formula:

S = N * D²/1,27,

unde N - numărul de fire din venă.

Firele cu miezuri răsucite ale mai multor fire au, în general, o conductivitate mai bună decât firele monolitice. Acest lucru se datorează particularităților curentului care circulă printr-un conductor circular.

Curentul electric este mișcarea acelorași sarcini de-a lungul conductorului. Sarcinile cu același nume se resping, prin urmare, densitatea de distribuție a sarcinii este deplasată pe suprafața conductorului.

Un alt avantaj al firelor fără fir este flexibilitatea și rezistența mecanică a acestora. Firurile monolitice sunt mai ieftine și sunt utilizate în principal pentru instalarea fixă.

Etapa # 4 - calculați în practică secțiunea de putere

sarcină: puterea totală a consumatorilor în bucătărie este de 5000 wați (ceea ce înseamnă că este contabilizată puterea tuturor consumatorilor reactivi). Toți consumatorii sunt conectați la o rețea monofazată de 220 V și au putere de la o ramură.

Tabelul 2. Dacă intenționați să conectați consumatori suplimentari în viitor, tabelul prezintă capacitățile necesare pentru electrocasnice comune (+)

decizie:

Se presupune că coeficientul de simultaneitate K este egal cu 0,8. Bucătăria este un loc de inovație constantă, nu vă deranjează niciodată, un factor de siguranță de J = 2.0. Capacitatea totală estimată va fi:

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

Folosind valoarea puterii de proiectare, căutăm cea mai apropiată valoare din tabelul 1.

Cea mai apropiată secțiune de conductor adecvată pentru o rețea monofazată este un conductor de cupru cu o secțiune transversală de 4 mm². Dimensiune similară a sârmei cu miez de aluminiu 6 mm².

Pentru cablaje cu un singur miez, diametrul minim va fi de 2,3 mm și, respectiv, de 2,8 mm. În cazul unei opțiuni multicore, se adaugă secțiunea transversală a nucleelor ​​individuale.

Calcularea secțiunii transversale actuale

Calculele secțiunii transversale necesare pentru curentul și puterea cablurilor și firelor vor prezenta rezultate mai precise. Astfel de calcule fac posibilă evaluarea efectului general al diverșilor factori asupra conductoarelor, inclusiv sarcina termică, gradul sârmei, tipul garniturii, condițiile de funcționare etc.

Întregul calcul se efectuează în următoarele etape:

• selectarea puterii tuturor consumatorilor;
• calculul curenților care trec prin conductor;
• selectarea unei secțiuni transversale adecvate conform tabelelor.

Pentru această versiune a calculului, puterea curentă a consumatorilor cu tensiune este luată fără a ține cont de factorii de corecție. Acestea vor fi luate în considerare la însumarea puterii actuale.

Etapa # 1 - calculul puterii curente prin formule

Pentru cei care au uitat cursul de fizică a școlii, oferim formulele de bază sub forma unei diagrame grafice, ca fișă vizuală de înșelăciune:

"Roata clasică" demonstrează interconectarea formulelor și interdependența caracteristicilor curentului electric (puterea I a curentului, puterea P, tensiunea în U, raza R)

Să scriem dependența puterii curente I de puterea P și tensiunea de linie U:

I = P / U_L,

în cazul în care:

• eu - puterea curentă, preluată în amperi;
• P - putere în wați;
• U_L - tensiunea de linie în volți.

Tensiunea liniară în cazul general depinde de sursa de alimentare, este monofazată și trifazată.

Relația tensiunii liniare și a fazei:

1. U_L = U * cosφ în cazul tensiunii monofazate.
2. U_L = U * √3 * cosφ în cazul tensiunii trifazice.

Pentru consumatorii electrici de uz casnic, luați cosφ = 1, astfel încât tensiunea liniară poate fi rescrisă:

1. U_L = 220 V pentru tensiune monofazată.
2. U_L = 380 V pentru tensiune trifazată.

În continuare, vom rezuma toți curenții consumați de formula:

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

în cazul în care:

• eu - curent total în amperi;
• I1..IN - puterea actuală a fiecărui consumator în amperi;
• K - coeficient de simultaneitate;
• J - factorul de siguranță.

Coeficienții K și J au aceleași valori care au fost utilizate la calcularea puterii totale.

Poate exista un caz când într-o rețea trifazată curge un curent de rezistență inegal prin diferite conductoare de fază.

Acest lucru se întâmplă atunci când consumatorii monofazate și trifazate sunt conectați simultan la un cablu trifazat. De exemplu, o mașină trifazată și iluminare monofazată sunt alimentate.

Se ridică o întrebare firească: cum se calculează secțiunea transversală a unui fir fără fir în astfel de cazuri? Răspunsul este simplu - calculele sunt făcute pentru conductorul cel mai încărcat.

Etapa # 2 - alegerea unei secțiuni adecvate în conformitate cu tabelele

În regulile de funcționare a instalațiilor electrice (PES), sunt prezentate o serie de tabele pentru alegerea secțiunii de miez de cablu necesare.

Conductivitatea conductoarelor depinde de temperatură. Pentru conductoarele metalice, rezistența crește odată cu creșterea temperaturii.

Atunci când este depășit un anumit prag, procesul devine autosusținător: cu cât rezistența este mai mare, cu atât temperatura este mai mare, cu atât rezistența este mai mare etc. până când conductorul se arde sau provoacă un scurtcircuit.

Următoarele două tabele (3 și 4) prezintă secțiunea transversală a conductorilor în funcție de curenții și metoda de instalare.

Tabelul 3. În primul rând, trebuie să alegeți metoda de așezare a firelor, depinde de cât de eficient se produce răcirea (+)

Cablul diferă de sârmă prin aceea că toate firele cu izolație proprie pe cablu sunt răsucite într-un mănunchi și închise într-o teacă izolantă comună. Mai multe detalii despre diferențele și tipurile de produse prin cablu sunt scrise în acest articol articol.

Tabelul 4. O metodă deschisă este indicată pentru toate valorile secțiunii transversale a conductorilor, cu toate acestea, în practică, secțiunile sub 3 mm2 nu sunt deschise din motive de rezistență mecanică (+)

Când folosiți tabele, la curentul continuu admis se aplică următorii factori:

• 0,68 dacă 5-6 trăiau;
• 0,63 dacă au trăit 7-9;
• 0,6 dacă 10-12 a trăit.

Coeficienții de scădere se aplică valorilor curente din coloana „deschis”.

Zero și conductorii de împământare nu sunt incluși în numărul de conductoare.

Conform standardelor PES, alegerea secțiunii transversale a miezului zero în funcție de curent continuu admis se face ca cel puțin 50% din miezul de fază.

Următoarele două tabele (5 și 6) arată dependența curentului continuu admis atunci când îl așezați în pământ.

Tabelul 5. Dependențe de curent continuu admisibile pentru cablurile de cupru atunci când sunt așezate în aer sau la sol

Sarcina curentă când se deschide și când se adâncește în sol sunt diferite. Acestea sunt luate egale dacă așezarea în pământ se efectuează cu ajutorul tăvilor.

Tabelul 6. Dependențe de curent continuu admisibile pentru cablurile de aluminiu atunci când sunt așezate în aer sau la sol

Următorul tabel (7) se aplică aranjamentului de linii temporare de alimentare (transport, dacă sunt pentru uz privat).

Tabelul 7. Curent continuu admis atunci când folosiți cabluri de furtunuri portabile, furtunuri și cabluri de mina, faruri de căutare, fire portabile flexibile. Se folosesc numai conductoare de cupru

Atunci când așezați cabluri în pământ, pe lângă proprietățile de îndepărtare a căldurii, este necesar să se țină cont de rezistivitatea, care este reflectată în tabelul următor (8):

Tabelul 8. Factorul de corecție în funcție de tipul și rezistivitatea solului pentru curent continuu admis, atunci când se calculează secțiunea transversală a cablului (+)

Calcul și selectarea conductoarelor de cupru până la 6 mm² sau aluminiu de până la 10 mm² efectuat ca pentru curent continuu.

În cazul secțiunilor mari, este posibil să se aplice un factor de reducere:

0,875 * √T_ns

unde T_ns - raportul dintre durata includerii și durata ciclului.

Durata de includere este luată din calculul a nu mai mult de 4 minute. În acest caz, ciclul nu trebuie să depășească 10 minute.

Când alegeți un cablu pentru cablarea electricității în casă de lemn o atenție deosebită se acordă rezistenței sale la foc.

Etapa # 3 - calcularea secțiunii transversale a conductorului curent folosind un exemplu

sarcină: calculați secțiunea transversală necesară cablu de cupru pentru a conecta:

• Mașină trifazică 4000 W trifazată;
• Masina de sudare trifazica 6000 W;
• electrocasnice din casă cu o capacitate totală de 25.000 de wați;

Conectarea se va face printr-un cablu cu cinci nuclee (conductoare trifazate, unul neutru și unul sol) așezat în pământ.

Izolația produselor prin cablu se calculează pe o valoare specifică a tensiunii de funcționare. Trebuie avut în vedere faptul că tensiunea de funcționare a producătorului produsului său trebuie să fie mai mare decât tensiunea de rețea

Decizie.

Pasul 1. Calculăm tensiunea liniară a unei conexiuni trifazate:

U_L = 220 * √3 = 380 V

Pasul 2. Aparatele de uz casnic, mașinile-unelte și mașinile de sudare au putere reactivă, deci puterea mașinilor și echipamentelor va fi:

P_{dintre acestea} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_EQUI = 10000 / 0,7 = 14300 W

Pasul # 3. Curent necesar pentru conectarea electrocasnicelor:

eu_{dintre acestea} = 35700/220 = 162 A

Pasul 4. Curent necesar pentru conectarea echipamentelor:

eu_EQUI = 14300/380 = 38 A

Pasul 5. Curentul necesar pentru conectarea electrocasnicelor este calculat pe baza calculului unei faze. În funcție de starea problemei, există trei faze. În consecință, curentul poate fi distribuit în etape. Pentru simplitate, presupunem o distribuție uniformă:

eu_{dintre acestea} = 162/3 = 54 A

Pasul # 6. Curent pe fază:

eu_f = 38 + 54 = 92 A

Pasul # 7 Echipamentele și aparatele de uz casnic nu vor funcționa în același timp, cu excepția acestui fapt, vom pune o marjă egală cu 1,5. După aplicarea factorilor de corecție:

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

Pasul # 8. Deși cablul conține 5 nuclee, sunt luate în considerare doar nuclee trifazate. Conform tabelului 8, într-o coloană a unui cablu cu trei nuclee în sol, descoperim că un curent de 115 A corespunde unei secțiuni transversale a unui miez de 16 mm².

Pasul # 9. Conform tabelului 8, aplicăm factorul de corecție în funcție de caracteristicile pământului. Pentru un tip normal de teren, coeficientul este 1.

Pasul # 10. Opțional, calculați diametrul miezului:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Dacă calculul s-a făcut numai cu putere, fără a ține cont de caracteristicile cablului, secțiunea transversală a miezului va fi de 25 mm². Calculul puterii curente este mai complicat, dar uneori economisește bani considerabili, mai ales când vine vorba de cabluri de alimentare cu mai multe nuclee.

Puteți citi mai multe despre relația dintre tensiune și curent aici.

Calculul scăderii tensiunii

Orice conductor, cu excepția supraconductorilor, are o rezistență. Prin urmare, cu o lungime suficientă a cablului sau a sârmei, apare o cădere de tensiune.

Standardele PES impun ca secțiunea transversală a miezului de cablu să fie astfel încât căderea de tensiune să nu depășească 5%.

Tabelul 9. Rezistivitatea conductoarelor metalice obișnuite (+)

Aceasta se referă în primul rând la cablurile de joasă tensiune ale secțiunii transversale mici.

Calculul căderii de tensiune este următorul:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_tampon = I * R,

U_% = (U_tampon / U_{mihalț de mare}) * 100,

în cazul în care:

• 2 - coeficient datorat faptului că curentul curge în mod necesar în două nuclee;
• R - rezistența conductorului, Ohm;
• ρ - rezistența specifică a conductorului, Ohm * mm²/ m;
• S - secțiunea transversală a conductorului, mm²;
• U_tampon - cădere de tensiune, V;
• U_% - cădere de tensiune în raport cu U_{mihalț de mare},%.

Folosind formule, puteți efectua în mod independent calculele necesare.

Executați un exemplu de calcul

sarcină: calculați căderea de tensiune pentru un fir de cupru cu o secțiune transversală a unui miez de 1,5 mm². Pentru conectarea unei mașini electrice monofazate, este necesară o sârmă cu o putere totală de 7 kW. Lungimea sârmei 20 m.

Dacă doriți să conectați o mașină de sudare casnică la sucursala de alimentare, ar trebui să țineți cont de situația pentru care este proiectat cablul. Este posibil ca puterea totală a dispozitivelor de operare să fie mai mare. Cea mai bună opțiune este conectarea consumatorilor la sucursale individuale

soluţie:

Pasul 1. Calculăm rezistența firului de cupru folosind tabelul 9:

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

Pasul 2. Curentul care curge de-a lungul conductorului:

I = 7000/220 = 31,8 A

Pasul # 3. Cădere de tensiune pe fir:

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

Pasul 4. Calculăm procentul de cădere de tensiune:

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

Concluzie: pentru a conecta mașina de sudat, este necesar un conductor cu o secțiune transversală mare.

Concluzii și video util pe această temă

Calcularea secțiunii transversale a conductorului conform formulelor:

Recomandări ale specialiștilor în selectarea produselor prin cablu și sârmă:

Calculele de mai sus sunt valabile pentru conductoare de cupru și aluminiu pentru uz industrial. Pentru alte tipuri de conductoare, transferul total de căldură este calculat în prealabil.

Pe baza acestor date, curentul maxim capabil să curgă prin conductor este calculat fără a provoca încălzire excesivă.

Dacă aveți întrebări cu privire la metodologia de calcul a secțiunii de cablu sau dacă doriți să împărtășiți experiența personală, vă rugăm să lăsați comentarii la acest articol. Caseta de feedback se află mai jos.