Tính toán tiết diện cáp theo công suất và dòng điện: cách tính toán dây chính xác

Bạn có kế hoạch để làm hiện đại hóa lưới điện hoặc ngoài việc mở rộng đường dây điện vào bếp để kết nối bếp điện mới? Ở đây, kiến ​​thức tối thiểu về mặt cắt ngang của dây dẫn và ảnh hưởng của thông số này đến công suất và cường độ dòng điện là hữu ích.

Đồng ý rằng tính toán không chính xác của mặt cắt cáp dẫn đến quá nhiệt và ngắn mạch hoặc chi phí không chính đáng.

Điều rất quan trọng để thực hiện các tính toán ở giai đoạn thiết kế, vì sự thất bại của hệ thống dây điện ẩn và thay thế tiếp theo là đầy đủ với chi phí đáng kể. Chúng tôi sẽ giúp bạn giải quyết những rắc rối của các tính toán để tránh các vấn đề trong quá trình vận hành tiếp theo của lưới điện.

Để không gây gánh nặng cho bạn bằng các phép tính phức tạp, chúng tôi đã chọn các công thức và tùy chọn tính toán dễ hiểu, cung cấp thông tin ở dạng có thể truy cập, cung cấp các công thức với các giải thích. Ngoài ra, hình ảnh và tài liệu video theo chủ đề đã được thêm vào bài viết, cho phép hiểu rõ bản chất của vấn đề đang được xem xét.

Tính toán tiết diện theo sức mạnh của người tiêu dùng

Mục đích chính của dây dẫn là cung cấp năng lượng điện cho người tiêu dùng với số lượng cần thiết. Vì các chất siêu dẫn không có sẵn trong các điều kiện hoạt động bình thường, nên phải tính đến điện trở của vật liệu dây dẫn.

Tính toán phần yêu cầu dây dẫn và dây cáp tùy thuộc vào tổng năng lực của người tiêu dùng dựa trên kinh nghiệm hoạt động lâu dài.

Chúng tôi bắt đầu quá trình tính toán chung bằng cách trước tiên thực hiện các phép tính bằng công thức:

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

Ở đâu:

• P - sức mạnh của tất cả người tiêu dùng kết nối với chi nhánh được tính toán trong Watts.
• P1, P2, PN - sức mạnh của người tiêu dùng đầu tiên, thứ hai, thứ n, tương ứng, trong Watts.

Nhận được kết quả khi kết thúc các phép tính theo công thức trên, đã đến lúc chuyển sang dữ liệu bảng.

Bây giờ bạn phải chọn phần yêu cầu theo bảng 1.

Bảng 1. Mặt cắt ngang của dây phải luôn được chọn ở cạnh lớn hơn gần nhất (+)

Giai đoạn # 1 - tính toán công suất phản kháng và hoạt động

Năng lực của người tiêu dùng được chỉ định trong các tài liệu cho thiết bị. Thông thường, xếp hạng thiết bị cho thấy công suất hoạt động cùng với công suất phản kháng.

Các thiết bị có loại tải hoạt động biến tất cả năng lượng điện nhận được, có tính đến hiệu quả, thành công việc hữu ích: cơ khí, nhiệt hoặc hình thức khác của nó.

Các thiết bị tải hoạt động bao gồm đèn sợi đốt, lò sưởi và bếp điện.

Đối với các thiết bị như vậy, việc tính toán công suất cho dòng điện và điện áp có dạng:

P = U * tôi,

Ở đâu:

• P - công suất tính bằng watt;
• Bạn - điện áp tính bằng V;
• Tôi - cường độ hiện tại ở A.

Các thiết bị có loại tải phản ứng có thể tích lũy năng lượng từ nguồn và sau đó trả lại. Sự trao đổi như vậy xảy ra do sự dịch chuyển của dòng điện hình sin và điện áp hình sin.

Ở độ dịch pha 0, công suất P = U * I luôn có giá trị dương. Như vậy biểu đồ về các pha của dòng điện và điện áp có sẵn cho các thiết bị có loại tải hoạt động (I, i là cường độ dòng điện, U, u là điện áp, π là số pi bằng 3.14)

Các thiết bị công suất phản kháng bao gồm động cơ điện, thiết bị điện tử ở mọi kích cỡ và mục đích và máy biến áp.

Khi có sự lệch pha giữa dòng điện hình sin và điện áp hình sin, công suất P = U * I có thể âm (I, i là dòng điện, U, u là điện áp, π là số pi bằng 3,14). Thiết bị công suất phản kháng đưa năng lượng lưu trữ trở lại nguồn

Mạng điện được xây dựng theo cách mà chúng có thể truyền năng lượng điện theo một hướng từ nguồn đến tải.

Do đó, năng lượng trả lại của người tiêu dùng với tải phản ứng là ký sinh và được dành cho dây dẫn sưởi ấm và các thành phần khác.

Công suất phản kháng phụ thuộc vào góc pha giữa điện áp và sin sin hiện tại. Góc pha được biểu thị dưới dạng cosφ.

Để tìm toàn bộ sức mạnh, sử dụng công thức:

P = Q / cosφ,

Ở đâu Q - công suất phản kháng trong VA.

Thông thường, dữ liệu hộ chiếu trên thiết bị cho biết công suất phản kháng và cosφ.

Ví dụ: trong hộ chiếu, máy đục lỗ cho thấy công suất phản kháng 1200 VAR và cosφ = 0,7. Do đó, tổng mức tiêu thụ năng lượng sẽ bằng:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Nếu không thể tìm thấy cosφ, đối với phần lớn các thiết bị điện gia dụng, cosφ có thể được lấy bằng 0,7.

Giai đoạn # 2 - tìm kiếm tính đồng thời và tỷ lệ ký quỹ

K - hệ số đồng thời không thứ nguyên, cho thấy có bao nhiêu người tiêu dùng có thể đồng thời được đưa vào mạng. Nó hiếm khi xảy ra rằng tất cả các thiết bị đồng thời tiêu thụ điện.

Hoạt động đồng thời của TV và trung tâm âm nhạc là không thể. Từ thực tiễn thành lập, K có thể được lấy bằng 0,8. Nếu bạn có kế hoạch sử dụng tất cả người tiêu dùng cùng một lúc, K nên được lấy bằng 1.

J - hệ số an toàn không thứ nguyên. Nó đặc trưng cho việc tạo ra một dự trữ năng lượng cho người tiêu dùng trong tương lai.

Tiến bộ không đứng yên, mỗi năm các thiết bị điện mới và hữu ích đều được phát minh. Đến năm 2050, mức tiêu thụ điện dự kiến ​​sẽ đạt 84%. Thông thường, J được giả định là từ 1,5 đến 2,0.

Giai đoạn # 3 - thực hiện tính toán hình học

Trong tất cả các tính toán điện, diện tích mặt cắt dây dẫn được lấy - phần lõi. Đo bằng mm².

Nó thường là cần thiết để tìm hiểu làm thế nào để tính toán chính xác đường kính dây dây dẫn.

Trong trường hợp này, có một công thức hình học đơn giản cho dây tròn nguyên khối:

S = π * R² = π * D²/4hoặc ngược lại

D = √ (4 * S / π)

Đối với dây dẫn có tiết diện chữ nhật:

S = h * m,

Ở đâu:

• S - diện tích lõi tính bằng mm²;
• R - bán kính của lõi tính bằng mm;
• D - đường kính lõi tính bằng mm;
• h, m - chiều rộng và chiều cao, tương ứng, tính bằng mm;
• π Là số pi bằng 3,14.

Nếu bạn mua một dây bị mắc kẹt, trong đó một dây dẫn bao gồm nhiều dây xoắn có tiết diện tròn, thì việc tính toán được thực hiện theo công thức:

S = N * D²/1,27,

Ở đâu N - số lượng dây trong tĩnh mạch.

Dây có lõi xoắn của một số dây thường có độ dẫn tốt hơn dây nguyên khối. Điều này là do đặc thù của dòng điện chạy qua một dây dẫn tròn.

Dòng điện là sự chuyển động của cùng một điện tích dọc theo dây dẫn. Các điện tích cùng tên đẩy lùi, do đó, mật độ phân bố điện tích được chuyển sang bề mặt của dây dẫn.

Một ưu điểm khác của dây bị mắc kẹt là tính linh hoạt và độ bền cơ học của chúng. Dây nguyên khối rẻ hơn và được sử dụng chủ yếu để lắp đặt cố định.

Giai đoạn # 4 - tính toán phần sức mạnh trong thực tế

Thử thách: tổng công suất của người tiêu dùng trong bếp là 5000 watt (có nghĩa là sức mạnh của tất cả người tiêu dùng phản ứng được kể lại). Tất cả người tiêu dùng được kết nối với mạng 220 V một pha và có nguồn từ một chi nhánh.

Bảng 2. Nếu bạn có kế hoạch kết nối thêm người tiêu dùng trong tương lai, bảng sẽ cho thấy khả năng cần thiết của các thiết bị gia dụng thông thường (+)

Giải pháp:

Hệ số đồng thời K được giả sử bằng 0,8. Nhà bếp là nơi đổi mới liên tục, bạn đừng bận tâm, hệ số an toàn của J = 2.0. Tổng công suất ước tính sẽ là:

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

Sử dụng giá trị của công suất thiết kế, chúng tôi tìm giá trị gần nhất trong bảng 1.

Mặt cắt dây dẫn thích hợp gần nhất cho mạng một pha là dây dẫn bằng đồng có tiết diện 4 mm². Kích thước dây tương tự với lõi nhôm 6 mm².

Đối với hệ thống dây lõi đơn, đường kính tối thiểu sẽ lần lượt là 2,3 mm và 2,8 mm. Trong trường hợp tùy chọn đa lõi, mặt cắt ngang của các lõi riêng lẻ được thêm vào.

Tính toán của mặt cắt hiện tại

Tính toán của mặt cắt cần thiết cho dòng điện và công suất của cáp và dây dẫn sẽ cho kết quả chính xác hơn. Các tính toán như vậy cho phép đánh giá tác động chung của các yếu tố khác nhau lên dây dẫn, bao gồm tải nhiệt, cấp dây, loại gioăng, điều kiện vận hành, v.v.

Toàn bộ tính toán được thực hiện trong các bước sau:

• lựa chọn quyền lực của tất cả người tiêu dùng;
• tính toán dòng điện đi qua dây dẫn;
• lựa chọn một mặt cắt phù hợp theo các bảng.

Đối với phiên bản tính toán này, sức mạnh hiện tại của người tiêu dùng có điện áp được lấy mà không tính đến các yếu tố hiệu chỉnh. Họ sẽ được tính đến khi tổng hợp sức mạnh hiện tại.

Giai đoạn # 1 - tính toán cường độ hiện tại bằng các công thức

Đối với những người đã quên khóa học vật lý học, chúng tôi cung cấp các công thức cơ bản dưới dạng sơ đồ đồ họa dưới dạng bảng cheat trực quan:

"Bánh xe cổ điển" thể hiện sự kết nối giữa các công thức và sự phụ thuộc lẫn nhau của các đặc tính của dòng điện (cường độ dòng điện I, công suất P, điện áp U, bán kính lõi R)

Hãy để chúng tôi viết sự phụ thuộc của cường độ hiện tại I vào công suất P và điện áp U:

Tôi = P / U_tôi,

Ở đâu:

• Tôi - sức mạnh hiện tại, được thực hiện trong ampe;
• P - công suất tính bằng watt;
• Bạn_tôi - điện áp đường dây tính bằng vôn.

Điện áp tuyến tính trong trường hợp chung phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện, nó là một pha và ba pha.

Mối quan hệ của điện áp tuyến tính và pha:

1. Bạn_tôi = U * cosφ trong trường hợp điện áp một pha.
2. Bạn_tôi = U * 3 * cosφ trong trường hợp điện áp ba pha.

Đối với người tiêu dùng điện gia dụng, lấy cosφ = 1, để điện áp tuyến tính có thể được viết lại:

1. Bạn_tôi = 220 V cho điện áp một pha.
2. Bạn_tôi = 380 V cho điện áp ba pha.

Tiếp theo, chúng tôi tóm tắt tất cả các dòng điện tiêu thụ theo công thức:

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

Ở đâu:

• Tôi - tổng dòng điện trong ampe;
• I1..IN - sức mạnh hiện tại của mỗi người tiêu dùng trong ampe;
• K - hệ số đồng thời;
• J - hệ số an toàn.

Các hệ số K và J có cùng các giá trị được sử dụng để tính tổng công suất.

Có thể có một trường hợp khi trong mạng ba pha một dòng có cường độ không bằng nhau chảy qua các dây dẫn pha khác nhau.

Điều này xảy ra khi người tiêu dùng một pha và người tiêu dùng ba pha được kết nối đồng thời với cáp ba pha. Ví dụ, máy ba pha và ánh sáng một pha được cấp nguồn.

Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra: làm thế nào là mặt cắt ngang của một sợi dây được tính trong các trường hợp như vậy? Câu trả lời rất đơn giản - các tính toán được thực hiện cho dây dẫn được tải nhiều nhất.

Giai đoạn # 2 - chọn một phần phù hợp theo các bảng

Trong các quy tắc cho hoạt động của cài đặt điện (PES), một số bảng được đưa ra để chọn phần lõi cáp yêu cầu.

Độ dẫn điện là phụ thuộc nhiệt độ. Đối với dây dẫn kim loại, điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Khi vượt quá một ngưỡng nhất định, quá trình sẽ tự duy trì: điện trở càng cao, nhiệt độ càng cao, điện trở càng cao, v.v. cho đến khi dây dẫn cháy hết hoặc gây đoản mạch.

Hai bảng sau (3 và 4) hiển thị mặt cắt ngang của dây dẫn tùy thuộc vào dòng điện và phương pháp lắp đặt.

Bảng 3. Trước tiên, bạn cần chọn phương pháp đặt dây, nó phụ thuộc vào hiệu quả làm mát xảy ra (+)

Cáp khác với dây ở chỗ tất cả các dây có lớp cách điện riêng trên cáp được xoắn thành một bó và được bọc trong một vỏ bọc cách điện chung. Thông tin chi tiết về sự khác biệt và các loại sản phẩm cáp được viết trong này bài viết.

Bảng 4. Một phương pháp mở được chỉ định cho tất cả các giá trị của mặt cắt của dây dẫn, tuy nhiên, trong thực tế, các mặt cắt dưới 3 mm2 không được đặt công khai vì lý do độ bền cơ học (+)

Khi sử dụng bảng, các yếu tố sau được áp dụng cho dòng liên tục cho phép:

• 0,68 nếu 5-6 người sống;
• 0,63 nếu 7-9 sống;
• 0,6 nếu 10-12 sống.

Các hệ số giảm được áp dụng cho các giá trị hiện tại từ cột Open open.

Không và dây dẫn nối đất không được bao gồm trong số lượng dây dẫn.

Theo tiêu chuẩn PES, việc lựa chọn tiết diện của lõi 0 theo dòng liên tục cho phép được thực hiện ít nhất bằng 50% lõi pha.

Hai bảng sau (5 và 6) cho thấy sự phụ thuộc của dòng liên tục cho phép khi đặt nó xuống đất.

Bảng 5. Sự phụ thuộc dòng liên tục cho phép đối với cáp đồng khi đặt trong không khí hoặc mặt đất

Tải trọng hiện tại khi đặt mở và khi sâu xuống đất là khác nhau. Chúng được lấy bằng nhau nếu đặt trong lòng đất được thực hiện bằng các khay.

Bảng 6. Sự phụ thuộc dòng liên tục cho phép đối với cáp nhôm khi đặt trong không khí hoặc mặt đất

Bảng dưới đây (7) áp dụng cho việc sắp xếp các đường dây cung cấp điện tạm thời (mang theo, nếu sử dụng riêng).

Bảng 7. Dòng điện liên tục cho phép khi sử dụng dây ống di động, ống di động và cáp mỏ, đèn rọi, dây di động linh hoạt. Chỉ có dây dẫn đồng được sử dụng

Khi đặt cáp xuống đất, ngoài đặc tính loại bỏ nhiệt, cần phải tính đến điện trở suất, được phản ánh trong bảng sau (8):

Bảng 8. Hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào loại và điện trở suất của đất đối với dòng điện liên tục cho phép, khi tính toán tiết diện cáp (+)

Tính toán và lựa chọn dây dẫn đồng lên đến 6 mm² hoặc nhôm lên đến 10 mm² tiến hành như đối với hiện tại liên tục.

Trong trường hợp tiết diện lớn, có thể áp dụng hệ số giảm:

0,875 * TT_pv

ở đâu T_pv - tỷ lệ thời lượng của sự bao gồm với thời lượng của chu kỳ.

Thời lượng đưa vào được lấy từ tính toán không quá 4 phút. Trong trường hợp này, chu kỳ không quá 10 phút.

Khi chọn cáp để nối dây điện trong nhà gỗ đặc biệt chú ý đến khả năng chống cháy của nó.

Giai đoạn # 3 - tính toán mặt cắt ngang của dây dẫn hiện tại bằng cách sử dụng một ví dụ

Thử thách: tính toán tiết diện yêu cầu cáp đồng để kết nối:

• Máy chế biến gỗ ba pha 4000 W;
• Máy hàn ba pha 6000 W;
• đồ gia dụng trong nhà với tổng công suất 25.000 watt;

Kết nối sẽ được thực hiện bằng cáp năm lõi (ba dây dẫn pha, một dây trung tính và một mặt đất) đặt trong lòng đất.

Cách điện của các sản phẩm cáp được tính trên một giá trị cụ thể của điện áp hoạt động. Cần lưu ý rằng điện áp hoạt động của nhà sản xuất sản phẩm của mình phải cao hơn điện áp lưới

Giải pháp.

Bước # 1. Chúng tôi tính toán điện áp tuyến tính của kết nối ba pha:

Bạn_tôi = 220 * 3 = 380 V

Bước # 2. Thiết bị gia dụng, máy công cụ và máy hàn có công suất phản kháng, vì vậy sức mạnh của máy móc và thiết bị sẽ là:

P_{của những người đó} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_{vòng quay} = 10000 / 0,7 = 14300 W

Bước # 3. Yêu cầu hiện tại để kết nối các thiết bị gia dụng:

Tôi_{của những người đó} = 35700/220 = 162 A

Bước # 4. Yêu cầu hiện tại để kết nối thiết bị:

Tôi_{vòng quay} = 14300/380 = 38 A

Bước # 5. Dòng điện cần thiết để kết nối các thiết bị gia dụng được tính dựa trên tính toán của một pha. Theo điều kiện của vấn đề, có ba giai đoạn. Do đó, hiện tại có thể được phân phối theo từng giai đoạn. Để đơn giản, chúng tôi giả sử một phân phối thống nhất:

Tôi_{của những người đó} = 162/3 = 54 A

Bước # 6. Hiện tại mỗi giai đoạn:

Tôi_f = 38 + 54 = 92 A

Bước # 7 Thiết bị và thiết bị gia dụng sẽ không hoạt động cùng một lúc, ngoại trừ việc này, chúng tôi sẽ đặt lề bằng 1,5. Sau khi áp dụng các yếu tố điều chỉnh:

Tôi_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Bước # 8. Mặc dù cáp chứa 5 lõi, nhưng chỉ có ba lõi pha được tính đến. Theo bảng 8, trong một cột của cáp ba lõi trên mặt đất, chúng ta thấy rằng dòng điện 115 A tương ứng với tiết diện của lõi là 16 mm².

Bước # 9. Theo bảng 8, chúng tôi áp dụng hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào đặc tính của trái đất. Đối với loại đất bình thường, hệ số là 1.

Bước # 10. Tùy chọn, tính đường kính lõi:

D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4,5 mm

Nếu việc tính toán chỉ được thực hiện bằng nguồn điện, mà không tính đến các tính năng của cáp, mặt cắt ngang của lõi sẽ là 25 mm². Tính toán cường độ hiện tại phức tạp hơn, nhưng đôi khi nó giúp tiết kiệm đáng kể tiền, đặc biệt là khi nói đến cáp điện đa lõi.

Bạn có thể đọc thêm về mối quan hệ giữa điện áp và hiện tại ở đây.

Tính toán sụt áp

Bất kỳ dây dẫn, ngoại trừ chất siêu dẫn, đều có điện trở. Do đó, với chiều dài đủ của cáp hoặc dây, xảy ra sụt áp.

Các tiêu chuẩn PES yêu cầu rằng mặt cắt ngang của lõi cáp phải giảm điện áp không quá 5%.

Bảng 9. Điện trở suất của dây dẫn kim loại thông thường (+)

Điều này chủ yếu liên quan đến cáp điện áp thấp có tiết diện nhỏ.

Cách tính điện áp rơi như sau:

R = 2 * (ρ * L) / S,

Bạn_miếng = Tôi * R,

Bạn_% = (U_miếng / U_lin) * 100,

Ở đâu:

• 2 - hệ số do thực tế là dòng chảy nhất thiết phải ở hai lõi;
• R - điện trở dây dẫn, Ohm;
• ρ - điện trở riêng của dây dẫn, Ohm * mm²/ m;
• S - tiết diện dây dẫn, mm²;
• Bạn_miếng - sụt điện áp, V;
• Bạn_% - sụt điện áp đối với U_lin,%.

Sử dụng các công thức, bạn có thể độc lập thực hiện các tính toán cần thiết.

Ví dụ tính toán mang

Thử thách: tính toán sụt áp cho dây đồng có tiết diện một lõi 1,5 mm². Cần một dây để kết nối máy hàn điện một pha với tổng công suất 7 kW. Chiều dài dây 20 m.

Nếu bạn muốn kết nối máy hàn gia đình với nhánh chính, bạn nên tính đến tình huống mà cáp được thiết kế. Có thể là tổng công suất của các thiết bị hoạt động có thể cao hơn. Tùy chọn tốt nhất là kết nối người tiêu dùng với các chi nhánh riêng lẻ

Giải pháp:

Bước # 1. Chúng tôi tính toán điện trở của dây đồng bằng bảng 9:

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

Bước # 2. Dòng điện chạy dọc theo dây dẫn:

I = 7000/220 = 31,8 A

Bước # 3. Sụt áp trên dây:

Bạn_miếng = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Bước # 4. Chúng tôi tính toán tỷ lệ phần trăm sụt áp:

Bạn_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Kết luận: để kết nối máy hàn, cần có một dây dẫn có tiết diện lớn.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Việc tính toán tiết diện của dây dẫn theo các công thức:

Khuyến nghị của các chuyên gia về việc lựa chọn các sản phẩm cáp và dây:

Các tính toán trên có giá trị đối với dây dẫn đồng và nhôm dùng trong công nghiệp. Đối với các loại dây dẫn khác, tổng lượng truyền nhiệt được tính toán trước.

Dựa trên những dữ liệu này, dòng điện tối đa có khả năng chạy qua dây dẫn được tính toán mà không gây ra quá nhiệt.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về phương pháp tính toán mặt cắt cáp hoặc nếu bạn muốn chia sẻ kinh nghiệm cá nhân, vui lòng để lại nhận xét về bài viết này. Hộp phản hồi được đặt bên dưới.