Výpočet prierezu kábla podľa výkonu a prúdu: ako správne vypočítať zapojenie

Plánujete to modernizácia rozvodnej siete alebo navyše rozšíriť elektrické vedenie do kuchyne a pripojiť nový elektrický sporák? Tu sú užitočné minimálne vedomosti o priereze vodiča a účinku tohto parametra na výkon a prúd.

Dohodnite sa, že nesprávny výpočet prierezu kábla vedie k prehriatiu a skratu alebo k neoprávneným nákladom.

Je veľmi dôležité vykonávať výpočty vo fáze projektovania, pretože zlyhanie skrytého elektrického zapojenia a jeho následná výmena sú spojené so značnými nákladmi. Pomôžeme vám vyriešiť komplikácie výpočtov, aby sme sa vyhli problémom pri ďalšej prevádzke elektrickej siete.

Aby sme vás nezaťažovali zložitými výpočtami, vybrali sme zrozumiteľné vzorce a možnosti výpočtu, poskytli informácie v prístupnej forme a poskytli vzorcom vysvetlenia. K článku boli pridané aj tematické fotografie a video materiály, ktoré umožňujú jasne pochopiť podstatu uvažovaného problému.

Výpočet prierezu podľa sily spotrebiteľov

Hlavným účelom vodičov je dodávka elektrickej energie spotrebiteľom v požadovanom množstve. Pretože supravodiče nie sú k dispozícii za normálnych prevádzkových podmienok, musí sa zohľadniť odpor materiálu vodiča.

Výpočet požadovanej časti vodiče a káble v závislosti od celkovej kapacity spotrebiteľov na základe dlhodobých prevádzkových skúseností.

Všeobecný proces výpočtu začíname výpočtom najskôr pomocou vzorca:

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

kde:

• P - sila všetkých spotrebiteľov pripojených k vypočítanej vetve vo wattoch.
• P1, P2, PN - sila prvého spotrebiteľa, druhého, n-teho, vo wattoch.

Po prijatí výsledku na konci výpočtov podľa vyššie uvedeného vzorca bol čas obrátiť sa na údaje tabuľky.

Teraz si musíte zvoliť požadovanú časť podľa tabuľky 1.

Tabuľka 1. Prierez vodičov musí byť vždy zvolený na najbližšej väčšej strane (+)

Fáza č. 1 - výpočet jalového a činného výkonu

Kapacity spotrebiteľov sú uvedené v dokumentoch týkajúcich sa vybavenia. Hodnoty vybavenia zvyčajne označujú činný výkon spolu s jalovým výkonom.

Zariadenia s aktívnym typom zaťaženia premieňajú všetku prijatú elektrickú energiu, berúc do úvahy efektívnosť, na užitočnú prácu: mechanickú, tepelnú alebo jej inú formu.

Zariadenia s aktívnym zaťažením zahŕňajú žiarovky, ohrievače a elektrické sporáky.

Pre tieto zariadenia má výpočet energie pre prúd a napätie formu:

P = U * I,

kde:

• P - príkon vo wattoch;
• U - napätie vo V;
• ja - súčasná sila v A.

Zariadenia s reaktívnym typom záťaže môžu akumulovať energiu zo zdroja a potom ju vrátiť. K takejto výmene dochádza v dôsledku posunu sínusového prúdu a sínusového napätia.

Pri posunutí nulovej fázy má výkon P = U * I vždy kladnú hodnotu. Takýto graf fáz prúdu a napätia sú zariadenia s aktívnym typom záťaže (I, i - prúd, U, u - napätie, π - pi číslo, rovnajúce sa 3,14)

Zariadenia na jalový výkon zahŕňajú elektrické motory, elektronické zariadenia všetkých veľkostí a účelov a transformátory.

Ak dôjde k fázovému posunu medzi sínusovým prúdom a sínusovým napätím, výkon P = U * I môže byť záporný (I, i je prúd, U, u je napätie, π je číslo pi rovné 3,14). Reaktívne energetické zariadenie vracia uloženú energiu späť do zdroja

Elektrické siete sú vybudované takým spôsobom, že môžu prenášať elektrickú energiu v jednom smere od zdroja po záťaž.

Vrátená energia spotrebiteľa s reaktívnym zaťažením je preto parazitická a vynakladá sa na vyhrievanie vodičov a iných komponentov.

Jalový výkon závisí od fázového uhla medzi sínusom napätia a prúdu. Fázový uhol je vyjadrený ako cosφ.

Ak chcete nájsť plný výkon, použite vzorec:

P = Q / cosφ,

kde Q - jalový výkon vo VA.

Údaje pasu na zariadení obvykle označujú jalový výkon a cosφ.

príklad: v cestovnom pase perforátor vykazuje jalový výkon 1200 VAR a cosφ = 0,7. Celková spotreba energie sa preto bude rovnať:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Ak by nebolo možné nájsť cos found, pre veľkú väčšinu domácich elektrických spotrebičov sa cosφ môže rovnať 0,7.

Fáza č. 2 - vyhľadajte pomer simultánnosti a marže

K - bezrozmerný koeficient simultánnosti ukazuje, koľko spotrebiteľov môže byť súčasne zahrnutých do siete. Zriedkavo sa stáva, že všetky zariadenia súčasne spotrebúvajú elektrinu.

Súčasná prevádzka televízneho a hudobného centra je nepravdepodobná. Podľa zavedenej praxe sa K môže rovnať 0,8. Ak plánujete používať všetkých spotrebiteľov súčasne, K by sa malo považovať za rovné 1.

J - bezrozmerný bezpečnostný faktor. Charakterizuje vytvorenie rezervy energie pre budúcich spotrebiteľov.

Pokrok nezastaví, každý rok sa vymýšľajú nové a prekvapujúce nové a užitočné elektrické spotrebiče. Očakáva sa, že do roku 2050 dosiahne spotreba elektriny 84%. Typicky sa predpokladá, že J je od 1,5 do 2,0.

Fáza č. 3 - vykonanie geometrického výpočtu

Pri všetkých elektrických výpočtoch sa berie do úvahy prierez vodiča - prierez jadra. Merané v mm².

Často je potrebné naučiť sa, ako správne počítať priemer drôtu vodič vodiča.

V tomto prípade existuje jednoduchý geometrický vzorec pre monolitický kruhový drôt:

S = π * R² = π * D²/4alebo naopak

D = √ (4 * S / π)

Pre vodiče pravouhlého prierezu:

S = h * m,

kde:

• S - plocha jadra v mm²;
• R - polomer jadra v mm;
• D - priemer jadra v mm;
• h, m - šírka a výška v mm;
• π Je číslo pi rovné 3,14.

Ak si kúpite lanko, v ktorom jeden vodič pozostáva z mnohých skrútených drôtov kruhového prierezu, výpočet sa vykoná podľa vzorca:

S = N * D²/1,27,

kde N - počet drôtov v žile.

Drôty majúce skrútené jadrá niekoľkých drôtov majú všeobecne lepšiu vodivosť ako monolitické drôty. Je to kvôli zvláštnostiam prúdu, ktorý tečie cez kruhový vodič.

Elektrický prúd predstavuje pohyb rovnakých nábojov pozdĺž vodiča. Poplatky s rovnakým menom odpudzujú, preto je hustota distribúcie náboja posunutá na povrch vodiča.

Ďalšou výhodou laniek je ich flexibilita a mechanická odolnosť. Monolitické drôty sú lacnejšie a používajú sa hlavne na pevnú inštaláciu.

Fáza č. 4 - výpočet výkonovej časti v praxi

úloha: celkový výkon spotrebiteľov v kuchyni je 5 000 wattov (čo znamená, že výkon všetkých reaktívnych spotrebiteľov je prepočítaný). Všetci spotrebitelia sú pripojení k jednofázovej 220 V sieti a majú napájanie z jednej vetvy.

Tabuľka 2. Ak plánujete v budúcnosti pripojiť ďalších spotrebiteľov, tabuľka zobrazuje požadované kapacity bežných domácich spotrebičov (+)

rozhodnutie:

Koeficient simultánnosti K sa považuje za rovný 0,8. Kuchyňa je miestom neustálej inovácie, nevadí vám, bezpečnostný faktor J = 2,0. Celková odhadovaná kapacita bude:

P = 5 000 * 0,8 * 2 = 8 000 W = 8 kW

Pri použití hodnoty projektovaného výkonu hľadáme najbližšiu hodnotu v tabuľke 1.

Najbližší vhodný prierez vodiča pre jednofázovú sieť je medený vodič s prierezom 4 mm², Podobná veľkosť drôtu s hliníkovým jadrom 6 mm².

Pre jednožilové káble bude minimálny priemer 2,3 mm a 2,8 mm. V prípade viacjadrového variantu sa pripočítava prierez jednotlivých jadier.

Výpočet aktuálneho prierezu

Výpočty požadovaného prierezu pre prúd a výkon káblov a vodičov poskytnú presnejšie výsledky. Takéto výpočty umožňujú vyhodnotiť všeobecný vplyv rôznych faktorov na vodiče vrátane tepelného zaťaženia, stupňa drôtu, typu tesnenia, prevádzkových podmienok atď.

Celý výpočet sa vykonáva v nasledujúcich krokoch:

• výber sily všetkých spotrebiteľov;
• výpočet prúdov prechádzajúcich vodičom;
• výber vhodného prierezu podľa tabuliek.

Pri tejto verzii výpočtu sa berie do úvahy aktuálna sila spotrebičov s napätím bez ohľadu na korekčné faktory. Budú sa brať do úvahy pri sčítaní súčasnej sily.

1. etapa - výpočet aktuálnej sily pomocou vzorcov

Pre tých, ktorí zabudli na školský fyzikálny kurz, ponúkame základné vzorce vo forme grafického diagramu ako vizuálnu cheat list:

"Klasické koleso" demonštruje prepojenie vzorcov a vzájomnú závislosť charakteristík elektrického prúdu (I - prúdová sila, P - výkon, U - napätie, R - polomer jadra).

Napíšme závislosť sily prúdu I od výkonu P a sieťového napätia U:

I = P / U_l,

kde:

• ja - aktuálna sila v ampéroch;
• P - príkon vo wattoch;
• U_l - sieťové napätie vo voltoch.

Lineárne napätie vo všeobecnosti závisí od zdroja napájania, je jedno- a trojfázové.

Vzťah lineárneho a fázového napätia:

1. U_l = U * cosφ v prípade jednofázového napätia.
2. U_l = U * √ 3 * cosφ v prípade trojfázového napätia.

V prípade domácich elektrických spotrebičov v domácnosti vezmite cosφ = 1, aby bolo možné prepísať lineárne napätie:

1. U_l = 220 V pre jednofázové napätie.
2. U_l = 380 V pre trojfázové napätie.

Ďalej sumarizujeme všetky prúdy spotrebované vzorcom:

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

kde:

• ja - celkový prúd v ampéroch;
• I1..IN - súčasná sila každého spotrebiteľa v ampéroch;
• K - koeficient simultánnosti;
• J - faktor bezpečnosti.

Koeficienty K a J majú rovnaké hodnoty, aké boli použité pri výpočte celkového výkonu.

Môže nastať prípad, keď v trojfázovej sieti prúdi cez rôzne fázové vodiče prúd nerovnakej sily.

Stáva sa to, keď sú jednofázové spotrebiče a trojfázové spotrebiče súčasne spojené s trojfázovým káblom. Napájané je napríklad trojfázové zariadenie a jednofázové osvetlenie.

Vynára sa prirodzená otázka: ako sa v týchto prípadoch počíta prierez lankového drôtu? Odpoveď je jednoduchá - výpočty sa robia pre najťažší vodič.

2. etapa - výber vhodného oddielu podľa tabuliek

V pravidlách prevádzky elektrických inštalácií (PES) je uvedených niekoľko tabuliek na výber požadovanej časti káblového jadra.

Vodivosť vodiča závisí od teploty. V prípade kovových vodičov sa odpor zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Po prekročení určitého prahu sa proces stáva sebestačným: čím vyšší je odpor, tým vyššia je teplota, tým vyšší je odpor atď. pokiaľ vodič nezhorí alebo nespôsobí skrat.

Nasledujúce dve tabuľky (3 a 4) znázorňujú prierez vodičov v závislosti od prúdov a spôsobu inštalácie.

Tabuľka 3. Najprv musíte zvoliť spôsob kladenia drôtov, záleží to na tom, ako efektívne dochádza k ochladzovaniu (+)

Kábel sa líši od vodiča tým, že všetky vodiče s vlastnou izoláciou na kábli sú skrútené do zväzku a uzavreté v bežnom izolačnom obale. Ďalšie podrobnosti o rozdieloch a typoch káblových výrobkov sú uvedené v tomto dokumente článok.

Tabuľka 4. Pre všetky hodnoty prierezu vodičov je uvedená otvorená metóda, v praxi sa však prierezy pod 3 mm2 nekladú otvorene z dôvodu mechanickej pevnosti (+).

Pri použití tabuliek sa na prípustný trvalý prúd vzťahujú tieto faktory:

• 0,68, ak žilo 5 až 6;
• 0,63, ak žilo 7-9;
• 0,6, ak žilo 10 až 12 rokov.

Klesajúce koeficienty sa použijú na aktuálne hodnoty zo stĺpca „otvorené“.

Nulové a uzemňovacie vodiče nie sú zahrnuté v počte vodičov.

Podľa štandardov PES je výber prierezu nulového jadra podľa prípustného trvalého prúdu uskutočňovaný ako najmenej 50% fázového jadra.

Nasledujúce dve tabuľky (5 a 6) ukazujú závislosť prípustného trvalého prúdu pri jeho ukladaní do zeme.

Tabuľka 5. Prípustné závislosti trvalého prúdu pre medené káble pri pokladaní vo vzduchu alebo na zemi

Aktuálne zaťaženie pri položení a pri prehlbovaní do zeme je rôzne. Ak sa položenie do zeme vykonáva pomocou podnosov, považujú sa za rovnocenné.

Tabuľka 6. Prípustné závislosti trvalého prúdu pre hliníkové káble pri kladení vo vzduchu alebo na zemi

Nasledujúca tabuľka (7) sa vzťahuje na usporiadanie dočasných napájacích vedení (prepravujte, ak je na súkromné ​​použitie).

Tabuľka 7. Prípustný trvalý prúd pri použití prenosných hadicových káblov, prenosných hadicových a banských káblov, svetlometov, flexibilných prenosných káblov. Používajú sa iba medené vodiče

Pri ukladaní káblov do zeme je okrem vlastností odvádzania tepla potrebné brať do úvahy aj odpor, ktorý sa odráža v nasledujúcej tabuľke (8):

Tabuľka 8. Korekčný faktor pri výpočte prierezu kábla v závislosti od typu a odporu pôdy na prípustný trvalý prúd (+)

Výpočet a výber medených vodičov do 6 mm² alebo hliník do 10 mm² vykonávané ako pri trvalom prúde.

V prípade veľkých prierezov je možné použiť redukčný faktor:

0,875 * √T_ns

kde T_ns - pomer doby zaradenia k trvaniu cyklu.

Trvanie zahrnutia sa počíta z výpočtu nie dlhšieho ako 4 minúty. V takom prípade by cyklus nemal prekročiť 10 minút.

Pri výbere kábla na pripojenie elektrickej energie drevený dom osobitná pozornosť sa venuje jeho požiarnej odolnosti.

Fáza # 3 - výpočet prierezu vodiča prúdu pomocou príkladu

úloha: vypočítať požadovaný prierez medený kábel na pripojenie:

• 4000 W trojfázový drevospracujúci stroj;
• 6 000 W trojfázový zvárací stroj;
• domáce spotrebiče v dome s celkovou kapacitou 25 000 wattov;

Pripojenie sa uskutoční pomocou päťžilového kábla (trojfázové vodiče, jeden neutrál a jedno uzemnenie), ktorý je položený v zemi.

Izolácia káblových produktov sa počíta na základe špecifickej hodnoty prevádzkového napätia. Malo by sa pamätať na to, že prevádzkové napätie výrobcu jeho produktu musí byť vyššie ako napätie v sieti

Rozhodnutie.

Krok č. 1. Vypočítame lineárne napätie trojfázového pripojenia:

U_l = 220 * -3 = 380 V

Krok č. 2. Domáce spotrebiče, obrábacie stroje a zváracie stroje majú jalový výkon, takže výkon strojov a zariadení bude:

P_{z toho} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10 000 / 0,7 = 1 400 W

Krok č. 3, Prúd potrebný na pripojenie domácich spotrebičov:

ja_{z toho} = 35700/220 = 162 A

Krok č. 4, Prúd potrebný na pripojenie zariadenia:

ja_equi = 14300/380 = 38 A

Krok č. 5, Potrebný prúd na pripojenie domácich spotrebičov sa vypočíta na základe výpočtu jednej fázy. Podľa stavu problému existujú tri fázy. V dôsledku toho môže byť prúd rozdelený do fáz. Pre jednoduchosť predpokladáme jednotné rozdelenie:

ja_{z toho} = 162/3 = 54 A

Krok č. 6. Prúd na fázu:

ja_F = 38 + 54 = 92 A

Krok č. 7 Zariadenia a domáce spotrebiče nebudú fungovať súčasne, s výnimkou toho si stanovíme maržu rovnajúcu sa 1,5. Po použití korekčných faktorov:

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

Krok č. 8. Aj keď kábel obsahuje 5 žíl, berú sa do úvahy iba trojfázové žily. Podľa tabuľky 8 v stĺpci trojžilového kábla v zemi zistíme, že prúd 115 A zodpovedá prierezu jadra 16 mm².

Krok č. 9, Podľa tabuľky 8 použijeme korekčný faktor v závislosti od charakteristík Zeme. Pre normálny typ pôdy je koeficient 1.

Krok č. 10, Voliteľne vypočítajte priemer jadra:

D = √ (4 x 16 / 3,14) = 4,5 mm

Ak sa výpočet urobil iba silou, bez ohľadu na vlastnosti kábla, prierez jadra bude 25 mm², Výpočet sily prúdu je komplikovanejší, ale niekedy ušetrí značné peniaze, najmä pokiaľ ide o viacžilové napájacie káble.

Prečítajte si viac o vzťahu medzi napätím a prúdom tu.

Výpočet úbytku napätia

Každý vodič, okrem supravodičov, má odpor. Preto pri dostatočnej dĺžke kábla alebo drôtu dochádza k úbytku napätia.

Normy PES vyžadujú, aby prierez káblového jadra bol taký, aby úbytok napätia nebol väčší ako 5%.

Tabuľka 9. Odolnosť bežných kovových vodičov (+)

To sa týka predovšetkým nízkonapäťových káblov malého prierezu.

Výpočet úbytku napätia je nasledovný:

R = 2 * (p * L) / S,

U_podložka = I * R,

U_% = (U_podložka / U_ling) * 100,

kde:

• 2 - koeficient v dôsledku skutočnosti, že prúd tečie nevyhnutne v dvoch jadrách;
• R - odpor vodiča, Ohm;
• ρ - špecifický odpor vodiča, Ohm * mm²/ m;
• S - prierez vodiča, mm²;
• U_podložka - pokles napätia, V;
• U_% - pokles napätia vzhľadom na U_ling,%.

Pomocou vzorcov môžete nezávisle vykonať potrebné výpočty.

Príklad výpočtu

úloha: vypočíta sa úbytok napätia medeného drôtu s prierezom jedného jadra 1,5 mm², Na pripojenie jednofázového elektrického zváracieho stroja s celkovým výkonom 7 kW je potrebný drôt. Dĺžka drôtu 20 m.

Ak chcete k domácej vetve pripojiť zvárací stroj pre domácnosť, mali by ste zohľadniť situáciu, pre ktorú je kábel navrhnutý. Je možné, že celkový výkon ovládacích zariadení môže byť vyšší. Najlepšie je pripojenie spotrebiteľov k jednotlivým pobočkám

riešenie:

Krok č. 1. Odpor medeného drôtu vypočítame pomocou tabuľky 9:

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

Krok č. 2. Prúd tečúci pozdĺž vodiča:

I = 7000/220 = 31,8 A

Krok č. 3. Pokles napätia na vodiči:

U_podložka = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Krok č. 4. Vypočítame percento poklesu napätia:

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

Záver: Na pripojenie zváracieho stroja je potrebný vodič s veľkým prierezom.

Závery a užitočné video na túto tému

Výpočet prierezu vodiča podľa vzorcov:

Odporúčania odborníkov na výber produktov z káblov a drôtov:

Vyššie uvedené výpočty platia pre medené a hliníkové vodiče pre priemyselné použitie. Pre ostatné typy vodičov je celkový prestup tepla vopred vypočítaný.

Na základe týchto údajov sa maximálny prúd schopný pretekať vodičom vypočíta bez toho, aby spôsobil nadmerné zahrievanie.

Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa metodiky výpočtu prierezu káblov alebo ak sa chcete podeliť o svoje osobné skúsenosti, zanechajte prosím komentáre k tomuto článku. Spätná väzba sa nachádza nižšie.