У статті розглянуто основні критерії вибору перерізу кабелю, наведено приклади розрахунків.
На ринках часто можна побачити написані від руки таблички, які вказують на те, який необхідно придбати покупцеві залежно від очікуваного струму навантаження. Не вірте цим табличкам, тому що вони вводять Вас в оману. Перетин кабелю вибирається не тільки за робочим струмом, але і ще за кількома параметрами.
Насамперед, необхідно враховувати, що з використанні кабелю межі його можливостей жили кабелю нагріваються кілька десятків градусів. Наведені малюнку 1 величини струму припускають нагрівання жил кабелю до 65 градусів за нормальної температури довкілля 25 градусів. Якщо в одній трубі або лотку прокладено кілька кабелів, то внаслідок їх взаємного нагріву (кожен кабель нагріває решту кабелів) максимально допустимий струм знижується на 10 - 30 відсотків.
Також максимально можливий струм знижується при підвищеній температурідовкілля. Тому в груповій мережі (мережа від щитків до світильників, штепсельних розетокта інших електроприймачів) зазвичай використовують кабелі при струмах, що не перевищують значень 0,6 - 0,7 від величин, наведених на малюнку 1.
Мал. 1. Допустимий тривалий струм кабелів з мідними жилами
Тому повсюдне використання автоматичних вимикачів з номінальним струмів 25А для захисту розеткових мереж, прокладених кабелями з мідними жилами перерізом 2,5 мм2 становить небезпеку. Таблиці знижувальних коефіцієнтів залежно від температури та кількості кабелів в одному лотку можна переглянути в Правилах пристрою електроустановок (ПУЕ).
Додаткові обмеження виникають, коли кабель має більшу довжину. При цьому втрати напруги в кабелі можуть досягти неприпустимих значень. Як правило, при розрахунку кабелів виходять із максимальних втрат у лінії не більше 5%. Втрати розрахувати не складно, якщо знати величину опору жил кабелів та розрахунковий струмнавантаження. Але зазвичай розрахунку втрат користуються таблицями залежності втрат від моменту навантаження. Момент навантаження обчислюють як добуток довжини кабелю в метрах на потужність кіловат.
Дані для розрахунку втрат при однофазній напрузі 220 показані в таблиці1. Наприклад, для кабелю з мідними жилами перерізом 2,5 мм2 при довжині кабелю 30 метрів і потужності навантаження 3 кВт момент навантаження дорівнює 30х3=90, і втрати становитимуть 3%. Якщо розрахункове значення втрат перевищує 5%, необхідно вибрати кабель більшого перерізу.
Таблиця 1. Момент навантаження, кВт х м для мідних провідників у двопровідній лінії на напругу 220 В при заданому перерізі провідника
За таблицею 2 можна визначити втрати трифазної лінії. Порівнюючи таблиці 1 і 2 можна помітити, що трифазної лінії з мідними провідниками перерізом 2,5 мм2 втрат 3% відповідає в шість разів більший момент навантаження.
Потрійне збільшення величини моменту навантаження відбувається внаслідок розподілу потужності навантаження за трьома фазами, і подвійне - за рахунок того, що в трифазної мережіпри симетричному навантаженні (однакових струмах у фазних провідниках) струм у нульовому провіднику дорівнює нулю. При несиметричному навантаженні втрати у кабелі зростають, що необхідно враховувати під час виборів перерізу кабелю.
Таблиця 2. Момент навантаження, кВт х м, для мідних провідників трифазної чотирипровідної лінії з нулем на напругу 380/220 В при заданому перерізі провідника (щоб збільшити таблицю, натисніть на малюнок)
Втрати в кабелі сильно позначаються під час використання низьковольтних, наприклад галогенних ламп. Це і зрозуміло: якщо на фазному та нульовому провідниках впаде по 3 Вольти, то при напрузі 220 В ми цього швидше за все не помітимо, а при напрузі 12 В напруга на лампі впаде вдвічі до 6 В. Саме тому трансформатори для живлення галогенних ламп необхідно максимально наближати до ламп. Наприклад, при довжині кабелю 4,5 метра перетином 2,5 мм2 і навантаженні 0,1 кВт (дві лампи по 50 Вт) момент навантаження дорівнює 0,45, що відповідає втратам 5% (Таблиця 3).
Таблиця 3. Момент навантаження, кВт х м для мідних провідників у двопровідній лінії на напругу 12 В при заданому перерізі провідника
Наведені таблиці не враховують збільшення опору провідників від нагрівання за рахунок протікання струму. Тому якщо кабель використовується при струмах 0,5 і більше максимально допустимого струмукабелю даного перерізу, необхідно вводити поправку. У найпростішому випадку, якщо Ви розраховуєте отримати втрати не більше 5%, то розраховуйте перетин виходячи з втрат 4%. Також втрати можуть зрости за наявності великої кількостіз'єднань жив кабелів.
Кабелі з алюмінієвими жилами мають опір у 1,7 разу більший у порівнянні з кабелями з мідними жилами, відповідно і втрати в них у 1,7 раза більші.
Другим обмежуючим фактором при великих довжинахкабелю є перевищення допустимого значення опору ланцюга фаза - нуль. Для захисту кабелів від перевантажень і коротких замикань зазвичай використовують автоматичні вимикачі з комбінованим розчіплювачем. Такі вимикачі мають тепловий та електромагнітний розчіплювачі.
Електромагнітний розчіплювач забезпечує миттєве (десяті і навіть соті частки секунди) відключення аварійної ділянки мережі при короткому замиканні. Наприклад автоматичний вимикач, Що має позначення С25, має тепловий розчіплювач на 25 А та електромагнітний на 250А. Автоматичні вимикачі групи «С» мають кратність відключаючого струму електромагнітного розчіплювача до теплового від 5 до 10. Але береться максимальне значення.
У загальний опірланцюга фаза - нуль включаються: опір понижуючого трансформатора трансформаторної підстанції, опір кабелю від підстанції до вступного розподільчого пристрою (ВРУ) будівлі, опір кабелю, прокладеного від ВРУ до розподільчого пристрою(РУ) та опір кабелю власне групової лінії, перетин якого необхідно визначити.
Якщо лінія має велика кількістьз'єднань жил кабелю, наприклад групова лінія з великої кількості світильників, з'єднаних шлейфом, то опір контактних з'єднаньтакож підлягає обліку. При дуже точних розрахунках враховують опір дуги у місці замикання.
Повний опірланцюги фаза-нульдля чотирижильних кабелів наведено в таблиці 4. У таблиці враховано опори як фазного, так і нульового провідника. Значення опорів наведені за температури жил кабелів 65 градусів. Таблиця є справедливою і для двопровідних ліній.
Таблиця 4. Повний опір ланцюга фаза - нуль для 4-жильних кабелів Ом/км при температурі жил 65 про С
У міських трансформаторних підстанціях зазвичай встановлені трансформатори потужністю від 630 кВ. А і більше, що мають вихідний опір Rтп менше 0,1 Ома. У сільських районах можна використовувати трансформатори на 160 - 250 кВ. А мають вихідний опір порядку 0,15 Ом, і навіть трансформатори на 40 - 100 кВ. А мають вихідний опір 0,65 - 0,25 Ом.
Кабелі мережі живлення від міських трансформаторних підстанційдо ВРУ будинків, зазвичай використовують із алюмінієвими жилами з перетином фазних жил щонайменше 70 - 120 мм2. При довжині цих ліній менше 200 метрів опір ланцюга фаза - нуль кабелю живлення (Rпк) можна прийняти рівним 0,3 Ом. Для більш точного розрахунку необхідно знати довжину та переріз кабелю, або виміряти цей опір. Один із приладів для таких вимірювань (прилад Вектор) показано на рис. 2.
Мал. 2. Прилад для вимірювання опору ланцюга фаза-нуль "Вектор"
Опір лінії має бути таким, щоб при короткому замиканні струм у ланцюзі гарантовано перевищив струм спрацьовування електромагнітного розчіплювача. Відповідно, для автоматичного вимикача С25 струм короткого замиканняв лінії має перевищити величину 1,15 х10х25 = 287 А, тут 1,15 - коефіцієнт запасу. Отже, опір ланцюга фаза - нуль автоматичного вимикача С25 має бути трохи більше 220В/287А=0,76 Ом. Відповідно для автоматичного вимикача С16 опір ланцюга має перевищувати 220В/1,15х160А=1,19 Ом і автомата С10 - трохи більше 220В/1,15х100=1,91 Ом.
Таким чином, для міського багатоквартирного будинку, Приймаючи Rтп = 0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при використанні в розетковій мережі кабелю з мідними жилами з перерізом 2,5 мм2, захищеного автоматичним вимикачем С16, опір кабелю Rгр (фазного та нульового провідників) не повинно перевищувати Rгр = 1,19 Ом - Rтп - Rпк = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ом. За таблицею 4 знаходимо його довжину – 0,79/17,46 = 0,045 км, або 45 метрів. Більшість квартир цієї довжини буває достатньо.
При використанні автоматичного вимикача С25 для захисту кабелю перетином 2,5 мм2 опір ланцюга має бути меншим за величину 0,76 - 0,4 = 0,36 Ом, що відповідає максимальній довжині кабелю 0,36/17,46 = 0,02 км, чи 20 метрів.
У разі використання автоматичного вимикача С10 для захисту групової лінії освітлення, виконаної кабелем з мідними жилами перерізом 1,5 мм2 отримуємо максимально допустимий опіркабелю 1,91 – 0,4 = 1,51 Ом, що відповідає максимальній довжині кабелю 1,51/29,1 = 0,052 км, або 52 метри. Якщо таку лінію захищати автоматичним вимикачем С16, то максимальна довжиналінії становитиме 0,79/29,1 = 0,027 км, або 27 метрів.
Розрахунок перерізу кабелю (проводу) - не менше важливий етаппри проектуванні електричної схемиквартири чи будинки. Від правильності вибору та якостізалежить безпека та стабільність роботи споживачів електроенергії. На початковій стадії необхідно взяти до уваги такі вихідні дані, як планована потужність споживання, довжина провідників та їх тип, рід струму, спосіб монтажу проводки. Для наочності розглянемо методику визначення перерізу, основні таблиці та формули. Також ви можете скористатися спеціальною програмою розрахунку, представленою в кінці основного матеріалу.
Розрахунок перетину за потужністю
Оптимальна площа перерізу дозволяє пропускати струм без перегріву проводів. Тому при проектуванні електричної розводки, в першу чергу, знаходять оптимальне переріз дроту в залежності від споживаної потужності. Для обчислення цього значення слід підрахувати загальну потужність усіх пристроїв, які планується підключати. При цьому враховуйте той факт, що не всі споживачі підключатимуться одночасно. Проаналізуйте цю періодичність для вибору оптимального діаметружили провідника (докладніше у наступному пункті «Розрахунок із навантаження»).
Таблиця: Орієнтовна потужність споживання побутових електроприладів.
| Найменування | Потужність, Вт |
|---|---|
| Освітлювальні прилади | 1800-3700 |
| Телевізори | 120-140 |
| Радіо та аудіо апаратура | 70-100 |
| Холодильники | 165-300 |
| Морозильники | 140 |
| Пральні машини | 2000-2500 |
| Джакузі | 2000-2500 |
| Пилососи | 650-1400 |
| Електропраски | 900-1700 |
| Електрочайники | 1850-2000 |
| Посудомийна машина з підігрівом води | 2200-2500 |
| Електрокавоварки | 650-1000 |
| Електром'ясорубки | 1100 |
| Соковитискачі | 200-300 |
| Тостери | 650-1050 |
| Міксери | 250-400 |
| Електрофени | 400-1600 |
| Мікрохвильові печі | 900-1300 |
| Надплітні фільтри | 250 |
| Вентилятори | 1000-2000 |
| Печі-гриль | 650-1350 |
| Стаціонарні електричні плити | 8500-10500 |
| Електричні сауни | 12000 |
Для домашньої мережі з напругою 220 вольт значення сили струму (в амперах, А) визначається за такою формулою:
I = P/U,
де P - електричне повне навантаження (представлена в таблиці і, також, вказується в технічному паспортіпристрої), Вт (ват);
U – напруга електричної мережі(у даному випадку 220), В (вольт).
Якщо напруга мережі 380 вольт, то формула розрахунку така:
I = P /√3×U= P /1,73×U,
де P - загальна споживана потужність, Вт;
U - напруга в мережі (380), Ст.
Допустиме навантаження у мідного кабелю становить 10 А/мм², а у алюмінієвого – 8 А/мм². Для розрахунку необхідно отриману величину струму ( I) розділити на 10 або 8 (залежно від вибраного провідника). Отримане значення буде орієнтовним розміром необхідного перерізу.
Розрахунок за навантаженням
на початковому етапірекомендується зробити поправку щодо навантаження. Про це згадувалося вище, але все ж таки повторимося, що в побуті рідко виникають ситуації, коли всі споживачі енергії включаються одночасно. Найчастіше одні прилади працюють, інші ні. Тому для уточнення слід отриману величину перерізу помножити на коефіцієнт попиту ( Kс). Якщо ж ви впевнені, що експлуатуватимете всі прилади відразу, то використовувати вказаний коефіцієнт не потрібно.
Таблиця: Коефіцієнти попиту різних споживачів (Kс).
Вплив довжини провідника
Довжина провідника важлива при будівництві мереж промислового масштабуколи кабель потрібно тягнути на значні відстані. За час проходження струму по проводах відбуваються втрати потужності (dU), які розраховуються за такою формулою:
де I – сила струму;
p – питомий опір(Для міді - 0,0175, для алюмінію - 0,0281);
L - Довжина кабелю;
S – прорахована площа перерізу провідника.
Згідно технічним умоваммаксимальна величина падіння напруги по довжині дроту не повинна перевищувати 5%. Якщо падіння значно, слід підібрати інший кабель. Це можна зробити за допомогою таблиць, де вже відображено залежність величини потужності та сили струму від величини перерізу.
Таблиця: Підбір дроту при напрузі 220 Ст.
| Перетин жили дроту, мм 2 | Діаметр жили провідника, мм | Мідні жили | Алюмінієві жили | ||
| Струм, А | Потужність, Вт | Струм, А | Потужність, кВт | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 1300 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 2200 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 3100 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 3300 | 10 | 2200 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 4200 | 14 | 3100 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 4600 | 16 | 3500 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 5900 | 21 | 4600 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 7500 | 26 | 5700 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 11000 | 38 | 8400 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 17600 | 55 | 12100 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 22000 | 65 | 14300 |
Приклад розрахунку
Плануючи схему проводки в квартирі, спочатку необхідно визначити місця, де будуть розетки та освітлювальні прилади. Потрібно визначити, які пристрої будуть задіяні і де. Далі можна скласти загальну схемупідключення та підрахувати довжину кабелю. Виходячи з отриманих даних, вважається розмір перерізу кабелю за формулами, наведеними вище.
Припустимо, нам необхідно визначити розмір кабелю для підключення пральної машини. Потужністю візьмемо з таблиці - 2000 Вт і визначимо силу струму:
I = 2000 Вт / 220 В = 9,09 А (округлимо до 9 А). Для збільшення запасу міцності можна додати кілька ампер і підібрати в залежності від виду провідника та методу укладання відповідний переріз. Під розглянутий приклад підійде трижильний кабель з перерізом мідної жили від 1,5 мм.
| Перетин мідної жили провідника, мм² | Допустимий тривалий струм навантаження, А | Максимальна потужність однофазного навантаження для напруги 220 В, кВт | Номінальний струм автомата захисту, | Граничний струм автомата захисту, | Можливі споживачі |
| 1,5 | 19 | 4,1 | 10 | 16 | групи освітлення та сигналізації |
| 2,5 | 27 | 5,9 | 16 | 25 | розеткові групи та електричні підлоги |
| 4 | 38 | 8,3 | 25 | 32 | водонагрівачі та кондиціонери |
| 6 | 46 | 10,1 | 32 | 40 | електричні плити та духові шафи |
| 10 | 70 | 15,4 | 50 | 63 | вступні живильні лінії |
Програма розрахунку cable 2.1
Ознайомившись із методикою розрахунку та спеціальними таблицями, для зручності, ви можете скористатися цією програмою. Вона позбавить вас самостійних обчислень і підбере оптимальний перетин кабелю за заданими параметрами.
У програмі cable 2.1 є два види розрахунку:
- Розрахунок перерізу за заданою потужністю або струмом.
- Розрахунок максимального струмута потужності по перерізу.
Розглянемо кожен із них.
У першому випадку потрібно запровадити:
- Значення потужності (у розглянутому прикладі 2 кВт).
- Вибрати рід струму, тип провідника, спосіб прокладання та кількість жил.
- Натиснувши кнопку «Розрахувати», програма видасть необхідний переріз, силу струму, автоматичний вимикач, що рекомендується, і пристрій захисного відключення(ПЗВ).
Розрахунок перерізу за заданою потужністю або струмом
У другому випадку, за певним перерізом провідника, програма підбирає максимально допустимі:
- Потужність.
- Силу струму.
- Рекомендований струм автомата захисту.
- Рекомендоване ПЗВ.
Розрахунок максимального струму та потужності по перерізу
Як бачимо, інтерфейс калькулятора досить простий, а кінцеві результати корисні та інформативні.
Встановлення не потрібне. Відкрийте архів і запустіть файл "cable.exe".
Відео на цю тематику
По кабелю неможливо пропустити більше певної кількості струму. Проектуючи та монтуючи електропроводку в квартирі чи будинку, підбирайте правильний перерізпровідника. Це дозволить надалі уникнути перегріву проводів, короткого замикання та незапланованого ремонту.
Вітання. Тема сьогоднішньої статті Перетин кабелю за потужністю. Ця інформація стане в нагоді як у побуті, так і на виробництві. Йтиметься про те, як зробити розрахунок перерізу кабелю за потужністю і зробити вибір за зручною таблицею.
Для чого взагалі потрібно правильно підібрати перетин кабелю?
Якщо казати простою мовою, це потрібно для нормальної роботивсе, що пов'язане з електричним струмом. Будь то фен, пральна машина, двигун чи трансформатор. Сьогодні інновації не дійшли ще до бездротової передачі електроенергії (думаю ще не скоро дійдуть), відповідно основним засобом для передачі та розподілу електричного струму, є кабелі та дроти.
При маленькому перерізі кабелю та великої потужностіобладнання, кабель може нагріватися, що призводить до втрати його властивостей та руйнування ізоляції. Це не є добре, тому правильний розрахунок необхідний.
Отже, вибір перерізу кабелю за потужністю. Для підбору будемо використовувати зручну таблицю:
Таблиця проста, описувати її думаю не варто.
Допустимо у нас будинок, виконуємо монтаж закритої електропроводки кабелем ВВГ. Беремо аркуш паперу і переписуємо перелік устаткування, що використовується. Зробили? Добре.
Як дізнатися потужність? Потужність ви зможете знайти на самому обладнанні, зазвичай є бирка, де записані основні характеристики:
Потужність вимірюється у Ваттах (Вт, W), або Кіловатах (кВт, KW). Знайшли? Записуємо дані, потім складаємо.
Допустимо, у вас вийшло 20 000 Вт, це 20 кВт. Цифра говорить нам про те, скільки енергії споживають усі електроприймачі разом. Тепер потрібно подумати скільки ви використовуватимете приладів одночасно протягом тривалого часу? Допустимо 80%. Коефіцієнт одночасності у разі дорівнює 0,8 . Робимо розрахунок перерізу кабелю за потужністю:
Вважаємо: 20 х 0,8 = 16(кВт)
Щоб зробити вибір перерізу кабелю за потужністю,дивимося на наші таблиці:
Грамотний підбір кабелю для відновлення або прокладання електропроводки гарантує бездоганну роботу системи. Прилади отримуватимуть харчування у повноцінному обсязі. Не станеться перегріву ізоляції з наступними руйнівними наслідками. Розумний розрахунок перерізу дроту за потужністю позбавить і загрози займання, і зайвих витратна покупку недешевого дроту. Давайте розберемося в алгоритмі розрахунків.
Спрощено кабель можна порівняти з трубопроводом, що транспортує газ чи воду. Так само по його жили переміщається потік, параметри якого обмежені розміром даного струмопровідного каналу. Наслідком неправильного підбору його перерізу є два поширені помилкові варіанти:
- Занадто вузький струмопровідний канал, через який у рази зростає щільність струму. Зростання щільності струму спричиняє перегрів ізоляції, потім її оплавлення. В результаті оплавлення щонайменше з'являться «слабкі» місця для регулярних витоків, максимум пожежа.
- Надмірно широка жила, що, по суті, зовсім непогано. Причому наявність простору для транспортування електропотоку дуже позитивно відбивається на функціоналі та експлуатаційних термінах проведення. Однак кишеня власника полегшиться на суму, яка приблизно вдвічі перевищує за фактом необхідні гроші.
Перший з помилкових варіантів є відвертою небезпекою, найкращому випадкуспричинить збільшення оплати за електроенергію. Другий варіант не небезпечний, але вкрай небажаний.
«Протоптані» шляхи обчислень
Усі існуючі розрахункові способиспираються на виведений Омом закон, згідно з яким сила струму, помножена на напругу, дорівнює потужності. Побутова напруга – величина стала, рівна в однофазній мережі стандартним 220 В. Значить, у легендарній формулі залишаються лише дві змінні: це струм із потужністю. «Такати» у розрахунках можна і потрібно від однієї з них. Через розрахункові значення струму та передбачуваного навантаження у таблицях ПУЕ знайдемо потрібний розмір перерізу.
Зверніть увагу, що перетин кабелю розраховують силових ліній, тобто. для дротів до розеток. Лінії освітлення апріорі прокладають кабелем із традиційною величиною площі перерізу 1,5 мм².
Якщо в приміщенні, що облаштовується, немає потужного диско-прожектора або люстри, що вимагає живлення в 3,3кВт і більше, то збільшувати площу перерізу жили освітлювального кабелю не має сенсу. І це розеточное питання – справа суто індивідуальне, т.к. підключати до однієї лінії можуть такі нерівнозначні тандеми, як фен з водонагрівачем або електрочайник з мікрохвильовою піччю.
Тим, хто планує навантажити силову лініюелектричної варильною поверхнею, бойлером, пральною машиною та подібною «ненажерливою» технікою, бажано розподілити все навантаження на кілька розеткових груп.
Якщо технічної можливостірозбити навантаження на групи немає, досвідчені електрикирекомендують легко прокладати кабель з мідною житловою перетином 4-6 мм². Чому з мідною струмоведучою серцевиною? Тому що суворим кодексом ПУЕ прокладання кабелю з алюмінієвою «начинкою» в житло та в побутових приміщеннях, що активно використовуються, заборонено. Опір у електротехнічної міді набагато менше, струму вона пропускає більше і не гріється, як алюміній. Алюмінієві дротивикористовуються при влаштуванні зовнішніх повітряних мереж, де-не-де вони ще залишилися в старих будинках.
Зверніть увагу! Площа перетину та діаметр жили кабелю – речі різні. Перша позначається в квадратних мм, друга просто в мм. Головне не переплутати!
Для пошуку табличних значень потужності та допустимої сили струму можна користуватися обома показниками. Якщо в таблиці вказано розмір площі перерізу в мм², а нам відомий лише діаметр у мм, площу потрібно знайти за такою формулою:
Розрахунок розміру перерізу за навантаженням
Найпростіший спосіб підбору кабелю з потрібним розміром- Розрахунок перерізу дроту по сумарної потужностівсіх агрегатів, що підключаються до лінії.
Алгоритм розрахункових дій наступний:
- для початку визначимося з агрегатами, які можуть використовуватися нами одночасно. Наприклад, у період роботи бойлера нам раптом захочеться включити кавомолку, фен та стиралку;
- потім згідно з даними техпаспортів або згідно з приблизними відомостями з наведеної нижче таблиці банально підсумовуємо потужність побутових агрегатів, що одночасно працюють за нашими планами;
- Припустимо, що у сумі ми вийшло 9,2 кВт, але цього значення у таблицях ПУЭ немає. Значить, доведеться округлити у безпечну більший бік- Тобто. взяти найближче значення з деяким перевищенням потужності. Це буде 10,1 кВт і відповідне значення перерізу 6 мм².
Усі округлення «направляємо» у бік збільшення. У принципі підсумовувати можна силу струму, зазначену в техпаспортах. Розрахунки та округлення по струму виробляються аналогічним чином.
Як розрахувати перетин струмом?
Табличні значення не можуть врахувати індивідуальних особливостейпристрої та експлуатації мережі. Специфіка таблиць середньостатистична. Не наведено в них параметри максимально допустимих для конкретного кабелю струмів, адже вони відрізняються у продукції з різними марками. Дуже поверхово торкнуться у таблицях тип прокладки. Прискіпливим майстрам, які відкидають легкий шляхпошуку за таблицями, краще скористатися способом розрахунку розміру перерізу дроту по струму. Точніше за його густиною.
Допустима та робоча щільність струму
Почнемо з освоєння азів: запам'ятаємо практично виведений інтервал 6 - 10. Це значення, отримані електриками багаторічним «досвідченим шляхом». У зазначених межах варіює сила струму, що протікає по 1 мм мідної жили. Тобто. кабель з мідною серцевиною перетином 1 мм² без перегріву і оплавлення ізоляції надає можливість струму від 6 до 10 А спокійно досягати агрегату-споживача, що очікує. Розберемося, звідки взялася і що означає позначена інтервальна вилка.
Згідно з кодексом електричних законів ПУЕ 40% відводиться кабелю на безпечний для його оболонки перегрів, отже:
- 6 А, розподілені на 1 мм² струмоведучої серцевини, є нормальною робочою щільністю струму. У цих умовах провідник працювати може нескінченно довго без будь-яких обмежень у часі;
- 10 А, розподілені на 1 мм мідної жили, протікати по провіднику можуть короткостроково. Наприклад, при увімкненні приладу.
Потоку енергії 12 А в мідному міліметровому каналі спочатку буде «тісно». Від тісноти та товкучки електронів збільшиться щільність струму. Потім підвищиться температура мідної складової, що позначиться на стані ізоляційної оболонки.
Зверніть увагу, що для кабелю з алюмінієвою струмопровідною житловою щільність струму відображає інтервал 4 – 6 Ампер, що припадає на 1 мм² провідника.
З'ясували, що гранична величина густини струму для провідника з електротехнічної міді 10 А на площу перерізу 1 мм², а нормальні 6 А.
- кабель з житловим перетином 2,5 мм² зможе транспортувати струм в 25 А всього лише кілька десятих секунд під час включення техніки;
- він нескінченно довго зможе передавати струм в 15А.
Наведені вище значення щільності струму дійсні для відкритої проводки. Якщо кабель прокладається в стіні, металевої гільзиабо зазначену величину щільності струму потрібно помножити на поправочний коефіцієнт 0,8. Запам'ятайте ще одну тонкість в організації відкритого типупроводки. З міркувань механічної міцності кабель з перетином менше 4 мм? відкритих схемахне використовують.
Вивчення схеми розрахунку
Суперскладних обчислень знову не буде, розрахунок проводу по подальшому навантаженню гранично простий.
- Спочатку знайдемо гранично допустиме навантаження. Для цього підсумовуємо потужність приладів, які припускаємо одночасно підключати до лінії. Складемо, наприклад, потужність пральної машини 2000 Вт, фена 1000 Вт і будь-якого обігрівача 1500 Вт. Ми отримали 4500 Вт або 4,5 кВт.
- Потім ділимо наш результат на стандартну величину напруги побутової мережі 220 В. Ми отримали 20,45 ... А, округляємо до цілого числа, як належить, у велику сторону.
- Далі вводимо коефіцієнт поправки, якщо в ньому є необхідність. Значення з коефіцієнтом дорівнюватиме 16,8, округлено 17 А, без коефіцієнта 21 А.
- Згадуємо, що розраховували робочі параметри потужності, а потрібно ще врахувати гранично допустиме значення. Для цього обчислену силу силу струму множимо на 1,4, адже поправка на теплову дію 40%. Отримали: 23,8 А та 29,4 А відповідно.
- Значить, у нашому прикладі для безпечної роботивідкритої проводки знадобиться кабель з перетином понад 3 мм², а для прихованого варіанта 2,5 мм.
Не забудемо про те, що через різноманітні обставини іноді включаємо одночасно більше агрегатів, ніж розраховували. Що є ще лампочки та інші прилади, які трохи споживають енергію. Запасемося деяким резервом перерізу на випадок збільшення парку побутової технікиі з розрахунками вирушимо за важливим придбанням.
Відео-посібник для точних розрахунків
Який кабель краще купити?
Дотримуючись жорстких рекомендацій ПУЕ, купуватимемо для облаштування особистої власності кабельну продукцію з «літерними групами» NYM та ВВГ у маркуванні. Саме вони не викликають нарікань та причіпок з боку електриків та пожежників. Варіант NYM – аналог вітчизняних виробів ВВГ.
Найкраще, якщо вітчизняний кабель супроводжуватиме індекс НГ, це означає, що проводка буде пожежостійкою. Якщо передбачається прокладати лінію за перегородкою, між лагами чи над підвісною стелею, купіть вироби з низьким димовиділенням. У них буде індекс LS.
Ось таким нехитрим способом розраховується переріз струмопровідної жили кабелю. Відомості про принципи обчислень допоможуть раціонально підібрати даний важливий елементелектромережі. Необхідний та достатній розмір струмоведучої серцевини забезпечить харчуванням домашню технікуі не стане причиною займання проводки.
Загальний хід обчислень почнемо з того, що спочатку проводимо розрахунки, використовуючи формулу:
P = (P1+P2+..PN)*K*J,
- P- Потужність всіх споживачів, підключених до гілці, що розраховується у Ваттах.
- P1, P2, PN- Потужність першого споживача, другого, n-го відповідно, у Ваттах.
Отримавши результат після закінчення обчислень за вищенаведеною формулою, настала черга звернутися до табличних даних.
Тепер має бути вибір необхідного перерізу по таблиці 1.
Таблиця 1. Перетин жил проводів завжди необхідно вибирати в найближчу велику сторону (+)
Етап #1 - розрахунок реактивної та активної потужності
Потужності споживачів наведені в документах на обладнання. Зазвичай у паспортах обладнання вказано активна потужністьразом із реактивною потужністю.
Пристрої з активним виглядомнавантаження перетворюють всю отриману електричну енергію, з урахуванням ККД, корисну роботу: механічну, теплову або інший вид.
До пристроїв з активним навантаженням належать лампи розжарювання, обігрівачі, електроплити.
Для таких пристроїв розрахунок потужності за струмом та напругою має вигляд:
P = U * I,
- P- Потужність в Вт;
- U- Напруга в В;
- I- Сила струму в А.
Пристрої з реактивним видом навантаження здатні накопичувати енергію, що надходить від джерела, а потім повертати. Відбувається такий обмін за рахунок усунення синусоїди сили струму та синусоїди напруги.
При нульовому зміщенні фаз потужність P=U*I має позитивне значення. Такий графік фаз сили струму та напруги мають пристрої з активним видом навантаження (I, i – сила струму, U, u – напруга, π – число пі, що дорівнює 3,14)
До пристроїв з реактивною потужністю відносяться електродвигуни, електронні приборивсіх масштабів та призначень, трансформатори.
Коли є зміщення фаз між синусоїдою сили струму та синусоїдою напруги, потужність P=U*I може бути негативною (I, i - сила струму, U, u - напруга, π - число пі, що дорівнює 3,14). Пристрій з реактивною потужністю повертає накопичену енергію джерелу назад
Електричні мережі побудовані таким чином, що можуть виконувати передачу електричної енергіїв один бік від джерела до навантаження.
Реактивна потужність має залежність від кута усунення фаз між синусоїдами напруги та струму. Кут усунення фаз виражають через cosφ.
Для знаходження повної потужностізастосовують формулу:
P = P р / cosφ,
Де P р – реактивна потужністьу Вт.
Зазвичай у паспортних даних пристрій зазначена реактивна потужність і cosφ.
приклад: у паспорті на перфоратор вказана реактивна потужність 1200 Вт та cosφ = 0,7. Отже, загальна споживана потужність дорівнюватиме:
P = 1200/0,7 = 1714 Вт
Якщо cosφ знайти не вдалося, для більшості електроприладів побутового призначення cosφ можна прийняти рівним 0,7.
Етап #2 - пошук коефіцієнтів одночасності та запасу
K- безрозмірний коефіцієнт одночасності, показує скільки споживачів одночасно може бути включено до мережі. Рідко трапляється, щоб усі пристрої одночасно споживали електроенергію.
Малоймовірна одночасна робота телевізора та музичного центру. З усталеної практики K можна прийняти рівним 0,8. Якщо Ви плануєте використовувати всі споживачі одночасно, K слід прийняти 1.
J- Безрозмірний коефіцієнт запасу. Характеризує створення запасу потужності майбутніх споживачів.
Прогрес не стоїть на місці, з кожним роком винаходять все нові дивовижні та корисні електричні прилади. Очікується, що до 2050 року зростання споживання електроенергії становитиме 84%. Зазвичай J приймається рівним від 15 до 20.
Етап #3 – виконання розрахунку геометричним методом
У всіх електротехнічних розрахунках приймається площа поперечного перерізу провідника – переріз жили. Вимірюється у мм 2 .
Часто буває необхідно дізнатися, як грамотно розрахувати дроти провідника.
У цьому випадку є проста геометрична формула для монолітного дроту круглого перерізу:
S = π*R 2 = π*D 2 /4, або навпаки
D = √ (4 * S / π)
Для провідників прямокутного перерізу:
S = h * m,
- S- Площа жили в мм 2;
- R- Радіус жили в мм;
- D- Діаметр жили в мм;
- h, m- ширина та висота відповідно в мм;
- π - Число пі, що дорівнює 3,14.
Якщо Ви купуєте багатожильний провід, у якого один провідник складається з безлічі звитих зволікань круглого перерізу, то розрахунок ведуть за формулою:
S = N * D 2 / 1,27,
Де N- Число тяганини в жилі.
Проводи, що мають свиті з декількох тяганин жили, в загальному випадкумають кращу провідність, ніж монолітні. Це зумовлено особливостями протікання струму провідником круглого перерізу.
Електричний струм є рух однойменних зарядів по провіднику. однойменні заряди відштовхуються, тому щільність розподілу зарядів зміщена до поверхні провідника.
Іншою перевагою багатожильних проводів є їхня гнучкість і механічна стійкість. Монолітні дроти дешевші і застосовують їх в основному для стаціонарного монтажу.
Етап #4 -розраховуємо перетин за потужністю на практиці
Завдання: загальна потужність споживачів на кухні становить 5000 Вт (мається на увазі, що потужність всіх реактивних споживачів перерахована). Всі споживачі підключаються до однофазної мережі 220 і мають запитку від однієї гілки.
Таблиця 2. Якщо ви плануєте підключення додаткових споживачів у майбутньому, у таблиці представлені необхідні потужностіпоширених побутових приладів (+)
Рішення:
Коефіцієнт одночасності K приймемо рівним 0,8. Кухня - місце постійних інновацій, мало що, коефіцієнт запасу J = 2,0. Загальна розрахункова потужність становитиме:
P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 Вт = 8 кВт
Використовуючи значення розрахункової потужності, шукаємо найближче значення у таблиці 1.
Найближчим відповідним значенням перерізу жили для однофазної мережі є мідний провідник з перерізом 4 мм2. Аналогічний розмір дроту з алюмінієвою жилою 6 мм2.
Для одножильної проводки мінімальний діаметр складе 2,3 мм та 2,8 мм відповідно. У разі застосування багатожильного варіантапереріз окремих жил підсумовується.
Галерея зображень
Розрахунок перетину струмом
Розрахунки необхідного перерізу струму і потужності кабелів і проводів представлять більш точні результати. Такі обчислення дозволяють оцінити загальний вплив різних факторівна провідники, серед яких теплове навантаження, марка проводів, тип прокладки, умови експлуатації та ін.
Весь розрахунок проводиться у ході наступних етапів:
- вибір потужності всіх споживачів;
- розрахунок струмів, що проходять провідником;
- вибір відповідного поперечного перерізу за таблицями.
Для цього варіанта розрахунку потужність споживачів струму з напругою береться без урахування поправочних коефіцієнтів. Вони будуть враховані під час підсумовування сили струму.
Етап #1 - розрахунок сили струму за формулами
Тим, хто призабув шкільний курсфізики, пропонуємо основні формули у формі графічної схемияк наочна шпаргалка:
«Класичне колесо» наочно демонструє взаємозв'язок формул і взаємозалежність характеристик електричного струму (I – сила струму, P – потужність, U – напруга, R – радіус жили)
Випишемо залежність сили струму I від потужності P та лінійної напруги U:
I = P/U л,
- I- Сила струму, що приймається в амперах;
- P- Потужність у ватах;
- U л - лінійна напругау вольтах.
Лінійна напруга у випадку залежить від джерела електропостачання, буває одно- і трехфазным.
Взаємозв'язок лінійної та фазної напруги:
- U л = U * cosφу разі однофазної напруги.
- U л = U * 3 * cosφу разі трифазної напруги.
Для побутових електричних споживачів приймають cosφ=1, тому лінійну напругу можна переписати:
- U л = 220 Вдля однофазної напруги.
- U л = 380 Вдля трифазної напруги.
I = (I1+I2+…IN)*K*J,
- I- Сумарна сила струму в амперах;
- I1..IN- Сила струму кожного споживача в амперах;
- K- Коефіцієнт одночасності;
- J- Коефіцієнт запасу.
Коефіцієнти K та J мають ті ж значення, що були застосовані при розрахунку повної потужності.
Можливо випадок, як у трифазної мережі через різні фазні провідники тече струм нерівнозначної сили.
Таке відбувається, коли до трифазного кабелюпідключені одночасно однофазні споживачі та трифазні. Наприклад, запитаний трифазний верстат та однофазне освітлення.
Виникає природне питання: як у таких випадках розраховують перетин багатожильного дроту? Відповідь проста - обчислення виробляють за найбільш навантаженою жилою.
Етап #2 - вибір відповідного перерізу за таблицями
У правилах експлуатації електроустановок (ПЕУ) наведено ряд таблиць для вибору необхідного перерізу жили кабелю.
Провідність провідника залежить від температури. Для металевих провідників із підвищенням температури підвищується опір.
При перевищенні певного порогу процес стає автоподдерживающимся: що стоїть опір, то вище температура, то вище опір тощо. доки провідник не перегорає або викликає коротке замикання.
Наступні дві таблиці (3 та 4) показують переріз провідників залежно від струмів та способу укладання.
Таблиця 3. Перше, необхідно вибрати спосіб укладання проводів, від цього залежить, наскільки ефективно відбувається охолодження (+)
Кабель відрізняється від дроту тим, що у кабелю всі жили, оснащені власною ізоляцією, скручені в пучок і поміщені в загальну ізоляційну оболонку. Більш детально про відмінності та види кабельних виробів написано в цій статті.
Таблиця 4. Відкритий спосібвказаний для всіх значень перерізу провідників, проте на практиці перерізу нижче 3 мм2 відкрито не прокладають з міркувань механічної міцності (+)
При використанні таблиць до допустимого тривалого струму застосовуються коефіцієнти:
- 0,68 якщо 5-6 жив;
- 0,63 якщо 7-9 жив;
- 0,6 якщо 10-12 жив.
Знижувальні коефіцієнти застосовуються до значень струмів зі стовпця «відкрито».
Нульова та заземлююча жили у кількість жил не входять.
За нормативами ПЕУ вибір перерізу нульової жили за допустимим тривалим струмом, виробляється щонайменше 50% від фазної жили.
Наступні дві таблиці (5 і 6) показують залежність допустимого тривалого струму під час прокладання їх у землі.
Таблиця 5. Залежності допустимого тривалого струму для мідних кабелівпід час прокладання в повітрі або землі
Струмове навантаження при прокладці відкрито і при заглибленні в землю різняться. Їх приймають рівними, якщо прокладка землі проводиться із застосуванням лотків.
Таблиця 6. Залежності допустимого тривалого струму для алюмінієвих кабелів під час прокладання повітря або землі
Для влаштування тимчасових ліній постачання електроенергією (перенесення, якщо для приватного користування) застосовується наступна таблиця (7).
Таблиця 7. Допустимий тривалий струм при використанні переносних шлангових шнурів, переносних шлангових та шахтних кабелів, прожекторних кабелів, гнучких переносних проводів. Застосовується лише мідних провідників
Коли прокладка кабелів проводиться в ґрунті, крім тепловідвідних властивостей, необхідно враховувати питомий опір, що відображено в наступній таблиці (8):
Таблиця 8. Поправочний коефіцієнт залежно від типу та питомого опору ґрунту на допустимий тривалий струм при розрахунку перерізу кабелів (+)
Розрахунок та вибір мідних жил до 6 мм 2 або алюмінієвих до 10 мм 2 ведеться як для тривалого струму.
У разі великих перерізів можна застосувати знижувальний коефіцієнт:
0,875 * √Т пв
де T пв- Відношення тривалості включення до тривалості циклу.
Тривалість включення береться з розрахунку трохи більше 4 хвилин. При цьому цикл не повинен перевищувати 10 хвилин.
При виборі кабелю для розведення електрики особливу увагуприділяють його вогнестійкості.
Етап #3 - розрахунок перерізу провідника струмом на прикладі
Розрахунок падіння напруги
Будь-який провідник, крім надпровідників, має опір. Тому за достатньої довжини кабелю чи дроту відбувається падіння напруги.
Норми ПЕУ вимагають, щоб перетин жили кабелю був таким, при якому падіння напруги становило не більше 5%.
Таблиця 9. Питомий опір найпоширеніших металевих провідників (+)
Насамперед це стосується низьковольтних кабелів малого перерізу.
Розрахунок падіння напруги виглядає так:
R = 2 * (ρ * L) / S,
U пад = I * R,
U % = (U пад / U лін) * 100,
- 2 - Коефіцієнт, обумовлений тим, що струм тече обов'язково по двох жилах;
- R- Опір провідника, Ом;
- ρ - Питомий опір провідника, Ом * мм 2 / м;
- S- Переріз провідника, мм 2;
- U пад- Напруга падіння, В;
- U%- Падіння напруги по відношенню до U лін,%.
Використовуючи формули, можна самостійно виконати поза необхідні обчислення.
Приклад розрахунку перенесення
Бажаючим підключити побутовий зварювальний апарат до гілки електромережі слід врахувати ситу струму, на яку розрахований кабель, що застосовується. Цілком можливо, що загальна потужність працюючих приладів може бути вищою. Оптимальний варіант- Підключення споживачів до окремих гілок
Крок 1.Розраховуємо опір мідного дроту, використовуючи таблицю 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом
Крок №2.Сила струму, що протікає по провіднику:
I = 7000/220 = 31.8 А
Крок №3.Падіння напруги на дроті:
U пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В
Крок №4.Обчислюємо відсоток падіння напруги:
U% = (14,95/220) * 100 = 6,8%
Висновок: для підключення зварювального апаратунеобхідний провідник із великим перетином.
Висновки та корисне відео на тему
Розрахунок перерізу провідника за формулами:
Наведені розрахунки справедливі для мідних та алюмінієвих провідників промислового призначення. Для інших типів провідників заздалегідь розраховується повна тепловіддача.
На основі цих даних проводиться розрахунок максимального струму, здатного протікати по провіднику, не викликаючи надмірного нагріву.