Изчисляване на напречното сечение на кабела по мощност и ток: как да изчислите правилно окабеляването

Планирате ли да направите модернизация на електропреносната мрежа или допълнително да удължите електропровода към кухнята, за да свържете нова електрическа печка? Тук ще бъдат полезни минимални познания за напречното сечение на проводника и ефекта на този параметър върху мощността и тока.

Съгласете се, че неправилното изчисляване на напречното сечение на кабела води до прегряване и късо съединение или до неоправдани разходи.

Много е важно да се извършат изчисления на етапа на проектиране, тъй като повреда скрито окабеляване и последващата подмяна е свързана със значителни разходи. Ще ви помогнем да разберете тънкостите на изчисленията, за да избегнете проблеми при по-нататъшната работа на електрическите мрежи.

За да не ви натоварваме със сложни изчисления, сме подбрали ясни формули и варианти за изчисление, представили сме информацията в достъпна форма и сме предоставили формулите с обяснения. Към статията са добавени и тематични снимки и видео материали, които ви позволяват ясно да разберете същността на разглеждания въпрос.

Изчисляване на напречно сечение за консуматорска мощност

Основната цел на проводниците е да доставят електрическа енергия на потребителите в необходимото количество. Тъй като свръхпроводниците не са налични при нормални работни условия, трябва да се вземе предвид съпротивлението на проводниковия материал.

Изчисляване на необходимата секция проводници и кабели в зависимост от общата мощност на потребителите се основава на дългогодишен експлоатационен опит.

Нека започнем общия ход на изчисленията, като първо извършим изчисления по формулата:

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

Където:

• П – мощността на всички консуматори, свързани към изчисления клон във ватове.
• P1, P2, PN – мощност съответно на първи, втори, n-ти консуматор във ватове.

След като получихме резултата в края на изчисленията по горната формула, беше време да се обърнем към табличните данни.

Сега трябва да изберете необходимия раздел според таблица 1.

Таблица 1. Напречното сечение на проводника винаги трябва да бъде избрано до най-близката по-голяма страна (+)

Етап №1 - изчисляване на реактивна и активна мощност

Мощностите на потребителите са посочени в документите на оборудването. Обикновено техническите характеристики на оборудването показват активна мощност заедно с реактивна мощност.

Устройствата с активен тип натоварване преобразуват цялата получена електрическа енергия, като се вземе предвид ефективността, в полезна работа: механична, термична или друг вид.

Устройствата с активен товар включват лампи с нажежаема жичка, нагреватели и електрически печки.

За такива устройства изчисляването на мощността по ток и напрежение има формата:

P=U*I,

Където:

• П – мощност във W;
• U – напрежение във V;
• аз – сила на тока в A.

Устройствата с реактивен тип натоварване са в състояние да натрупват енергия, идваща от източник, и след това да я връщат. Този обмен възниква поради изместването на синусоидата на тока и синусоидата на напрежението.

При нулево фазово изместване мощността P=U*I винаги има положителна стойност. Устройствата с активен тип натоварване имат такава графика на фазите на тока и напрежението (I, i - ток, U, u - напрежение, π - pi равно на 3,14)

Устройствата с реактивна мощност включват електрически двигатели, електронни устройства от всякакъв размер и предназначение и трансформатори.

Когато има фазово изместване между синусоидата на тока и синусоидата на напрежението, мощността P=U*I може да бъде отрицателна (I, i - ток, U, u - напрежение, π - pi равно на 3,14). Устройство с реактивна мощност връща съхранената енергия обратно към източника

Електрическите мрежи са изградени по такъв начин, че да могат да пренасят електрическа енергия в една посока от източник към товар.

Следователно върнатата енергия от консуматор с реактивен товар е паразитна и се губи за нагряване на проводниците и други компоненти.

Реактивната мощност зависи от фазовия ъгъл между синусоидите на напрежението и тока. Ъгълът на фазово отместване се изразява чрез cosφ.

За да намерите общата мощност, използвайте формулата:

P = Q / cosφ,

Където Q – реактивна мощност във VAR.

Обикновено листът с данни на устройството показва реактивна мощност и cosφ.

Пример: в паспорта на ударната бормашина е посочена реактивна мощност 1200 VAr и cosφ = 0,7.Следователно общата консумация на енергия ще бъде равна на:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Ако cosφ не може да бъде намерен, за по-голямата част от домакинските електрически уреди cosφ може да се приеме равен на 0,7.

Етап #2 - търсене на коефициенти на едновременност и маржин

К – безразмерен коефициент на едновременност, показва колко потребители могат да бъдат свързани към мрежата едновременно. Рядко се случва всички устройства да консумират електричество едновременно.

Едновременната работа на телевизора и музикалния център е малко вероятна. От установената практика K може да се приеме равно на 0,8. Ако планирате да използвате всички консуматори едновременно, K трябва да бъде зададено на 1.

Дж – безразмерен коефициент на безопасност. Характеризира създаването на резерв от мощност за бъдещи потребители.

Прогресът не стои неподвижен, всяка година се измислят нови невероятни и полезни електрически устройства. Очаква се потреблението на електроенергия да нарасне с 84% до 2050 г. Обикновено се приема, че J е между 1,5 и 2,0.

Етап #3 - извършване на изчисления по геометричен метод

При всички електрически изчисления се взема площта на напречното сечение на проводника - напречното сечение на сърцевината. Измерено в мм².

Често е необходимо да се научите как да изчислявате правилно диаметър на телта проводникови проводници.

В този случай има проста геометрична формула за монолитен кръгъл проводник:

S = π*R² = π*D²/4, или обратното

D = √(4*S / π)

За правоъгълни проводници:

S = h * m,

Където:

• С – площ на сърцевината в mm²;
• Р – радиус на сърцевината в mm;
• д – диаметър на сърцевината в mm;
• ч, м – съответно ширина и височина в mm;
• π — pi е равно на 3,14.

Ако закупите многожилен проводник, в който един проводник се състои от много усукани проводници с кръгло напречно сечение, тогава изчислението се извършва по формулата:

S = N*D²/1,27,

Където н – брой на проводниците в сърцевината.

Проводниците с жила, усукани от няколко проводника, обикновено имат по-добра проводимост от монолитните. Това се дължи на особеностите на протичането на ток през проводник с кръгло напречно сечение.

Електрическият ток е движението на еднакви заряди по протежение на проводник. Подобно на зарядите, които се отблъскват взаимно, така че плътността на разпределението на заряда се измества към повърхността на проводника.

Друго предимство на многожилните проводници е тяхната гъвкавост и механична устойчивост. Монолитните проводници са по-евтини и се използват главно за стационарна инсталация.

Етап #4—изчислете напречното сечение на мощността на практика

Задача: общата мощност на консуматорите в кухнята е 5000 W (което означава, че мощността на всички реактивни консуматори е преизчислена). Всички консуматори са свързани към еднофазна мрежа 220 V и се захранват от един клон.

Таблица 2. Ако планирате да свържете допълнителни потребители в бъдеще, таблицата показва необходимата мощност на обикновените домакински уреди (+)

Решение:

Нека вземем коефициента на едновременност K равен на 0,8. Кухнята е място на постоянни иновации, никога не се знае, коефициентът на безопасност е J=2.0. Общата очаквана мощност ще бъде:

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

Използвайки стойността на изчислената мощност, търсим най-близката стойност в таблица 1.

Най-близкото подходящо напречно сечение на сърцевината за еднофазна мрежа е меден проводник с напречно сечение 4 mm². Подобен размер на проводника с 6 mm алуминиева сърцевина².

За едножилни кабели минималният диаметър ще бъде съответно 2,3 mm и 2,8 mm.В случай на използване на многоядрена опция, напречното сечение на отделните ядра се сумира.

Изчисляване на текущо напречно сечение

Изчисленията на необходимия ток и напречно сечение на мощността на кабелите и проводниците ще осигурят по-точни резултати.Такива изчисления позволяват да се оцени цялостното влияние на различни фактори върху проводниците, включително термично натоварване, марка проводници, вид на полагане, условия на работа и др.

Цялото изчисление се извършва на следните стъпки:

• избор на мощност на всички консуматори;
• изчисляване на токове, преминаващи през проводник;
• избор на подходящо напречно сечение с помощта на таблици.

За тази опция за изчисление мощността на потребителите по отношение на тока и напрежението се взема без да се вземат предвид корекционните коефициенти. Те ще бъдат взети предвид при сумиране на силата на тока.

Етап №1 - изчисляване на силата на тока с помощта на формули

За тези, които са забравили училищния курс по физика, предлагаме основните формули под формата на графична диаграма като визуален мамят лист:

„Класическото колело“ ясно демонстрира връзката на формулите и взаимозависимостта на характеристиките на електрическия ток (I - сила на тока, P - мощност, U - напрежение, R - радиус на сърцевината)

Нека запишем зависимостта на тока I от мощността P и линейното напрежение U:

I = P/U_л,

Където:

• аз — сила на тока, взета в ампери;
• П — мощност във ватове;
• U_л — мрежово напрежение във волтове.

Мрежовото напрежение обикновено зависи от източника на захранване, то може да бъде еднофазно или трифазно.

Връзка между линейно и фазово напрежение:

1. U_л = U*cosφ при еднофазно напрежение.
2. U_л = U*√3*cosφ при трифазно напрежение.

За битови електрически консуматори се приема cosφ=1, така че линейното напрежение може да бъде пренаписано:

1. U_л = 220 V за еднофазно напрежение.
2. U_л = 380 V за трифазно напрежение.

След това обобщаваме всички консумирани токове, използвайки формулата:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Където:

• аз – общ ток в ампери;
• I1..IN – сила на тока на всеки консуматор в ампери;
• К – коефициент на едновременност;
• Дж – коефициент на безопасност.

Коефициентите K и J имат същите стойности като тези, използвани при изчисляване на общата мощност.

Може да има случай, когато в трифазна мрежа ток с различна сила протича през различни фазови проводници.

Това се случва, когато към трифазен кабел са свързани едновременно монофазни и трифазни консуматори. Например захранва се трифазна машина и еднофазно осветление.

Възниква естествен въпрос: как се изчислява напречното сечение на многожилен проводник в такива случаи? Отговорът е прост - изчисленията се правят въз основа на най-натовареното ядро.

Етап №2 - избор на подходящ раздел с помощта на таблици

Правилата за работа на електрическите инсталации (PEU) съдържат редица таблици за избор на необходимото напречно сечение на сърцевината на кабела.

Проводимостта на проводника зависи от температурата. За металните проводници съпротивлението нараства с повишаване на температурата.

Когато се превиши определен праг, процесът става самоподдържащ се: колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-висока е температурата, толкова по-високо е съпротивлението и т.н. докато проводникът не изгори или не предизвика късо съединение.

Следващите две таблици (3 и 4) показват напречното сечение на проводниците в зависимост от тока и начина на монтаж.

Таблица 3. Първо, трябва да изберете метода на полагане на проводниците, това определя колко ефективно е охлаждането (+)

Кабелът се различава от проводника по това, че всички кабелни жила, оборудвани със собствена изолация, са усукани в сноп и затворени в обща изолационна обвивка. Повече подробности за разликите и видовете кабелни продукти са написани в това статия.

Таблица 4. Отвореният метод е показан за всички стойности на напречното сечение на проводника, но на практика секции под 3 mm2 не се полагат открито поради причини за механична якост (+)

Когато се използват таблици, към допустимия продължителен ток се прилагат следните коефициенти:

• 0,68 при 5-6 ядра;
• 0,63 при 7-9 ядра;
• 0,6 при 10-12 ядра.

Коефициентите на намаление се прилагат към текущите стойности от колоната „open“.

Нулевите и заземителните проводници не са включени в броя на проводниците.

Съгласно стандартите PES, изборът на напречно сечение на нулевия проводник според допустимия продължителен ток се извършва като най-малко 50% от фазовия проводник.

Следващите две таблици (5 и 6) показват зависимостта на допустимия дългосрочен ток при полагането му в земята.

Таблица 5. Зависимости на допустимия дългосрочен ток за медни кабели при полагане във въздуха или земята

Текущото натоварване при открито полагане и при дълбоко полагане в земята е различно. Те се приемат за равни, ако полагането в земята се извършва с помощта на тави.

Таблица 6. Зависимости на допустимия продължителен ток за алуминиеви кабели при полагане във въздуха или земята

За инсталирането на временни електрозахранващи линии (носещи, ако са за лична употреба), се прилага следната таблица (7).

Таблица 7. Допустим продължителен ток при използване на кабели за преносими маркучи, кабели за преносими маркучи и шахти, кабели за прожектори, гъвкави преносими проводници. Използват се само медни проводници

При полагане на кабели в земята, в допълнение към свойствата на разсейване на топлината, е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, което е отразено в следната таблица (8):

Таблица 8. Коефициент на корекция в зависимост от вида и съпротивлението на почвата за допустимия дългосрочен ток при изчисляване на напречното сечение на кабела (+)

Изчисляване и избор на медни жила до 6 мм² или алуминий до 10 мм² се извършва както при непрекъснат ток.

В случай на големи напречни сечения е възможно да се приложи коефициент на намаляване:

0,875 * √T_pv

Където T_pv — отношение на продължителността на превключване към продължителността на цикъла.

Продължителността на включване се приема не повече от 4 минути. В този случай цикълът не трябва да надвишава 10 минути.

При избора на кабел за разпределяне на ел. енергия в дървена къща Особено внимание се обръща на неговата огнеустойчивост.

Етап #3 - изчисляване на текущото напречно сечение на проводника с помощта на пример

Задача: изчислете необходимата секция меден кабел за свързване:

• трифазна дървообработваща машина с мощност 4000 W;
• трифазен заваръчен апарат с мощност 6000 W;
• домакински уреди в къщата с обща мощност 25 000 W;

Свързването ще се осъществи с петжилен кабел (три фазни проводника, един нулев и един заземителен), положен в земята.

Изолацията на кабелни и телени продукти се изчислява за определено работно напрежение. Трябва да се има предвид, че работното напрежение на неговия продукт, посочено от производителя, трябва да бъде по-високо от мрежовото напрежение

Решение.

Етап 1. Изчисляваме линейното напрежение на трифазна връзка:

U_л = 220 * √3 = 380 V

Стъпка 2. Домакинските уреди, машината и машината за заваряване имат реактивна мощност, така че мощността на машините и оборудването ще бъде:

П_тези = 25000 / 0,7 = 35700 W

П_обор = 10000 / 0,7 = 14300 W

Стъпка #3. Ток, необходим за свързване на домакински уреди:

аз_тези = 35700 / 220 = 162 A

Стъпка #4. Ток, необходим за свързване на оборудване:

аз_обор = 14300 / 380 = 38 A

Стъпка #5. Необходимият ток за свързване на домакински уреди се изчислява въз основа на една фаза. Според проблема има три фази. Следователно токът може да се разпредели между фазите. За простота приемаме равномерно разпределение:

аз_тези = 162 / 3 = 54 A

Стъпка #6. Ток на фаза:

аз_f = 38 + 54 = 92 A

Стъпка #7. Оборудването и домакинските уреди няма да работят едновременно, освен това ще заделим резерв от 1,5. След прилагане на корекционни фактори:

аз_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Стъпка #8. Въпреки че кабелът съдържа 5 жила, се вземат предвид само три фазови жила. Съгласно таблица 8 в колоната трижилен кабел в земята, откриваме, че ток от 115 A съответства на напречно сечение на сърцевината от 16 mm².

Стъпка #9. Съгласно таблица 8 прилагаме корекционен коефициент в зависимост от характеристиките на земята. За нормален тип земя коефициентът е 1.

Стъпка #10. По избор, изчислете диаметъра на сърцевината:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Ако изчислението беше направено само въз основа на мощността, без да се вземат предвид особеностите на полагане на кабела, тогава напречното сечение на сърцевината ще бъде 25 mm². Изчисляването на тока е по-сложно, но понякога ви позволява да спестите значителни пари, особено когато става въпрос за многожилни захранващи кабели.

Можете да прочетете повече за връзката между стойностите на напрежението и тока тук.

Изчисляване на пада на напрежението

Всеки проводник, с изключение на свръхпроводниците, има съпротивление. Следователно, ако кабелът или проводникът са достатъчно дълги, възниква спад на напрежението.

Стандартите на PES изискват напречното сечение на сърцевината на кабела да бъде такова, че спадът на напрежението да е не повече от 5%.

Таблица 9. Съпротивление на обикновени метални проводници (+)

Това се отнася преди всичко за кабели за ниско напрежение с малко напречно сечение.

Изчисляването на спада на напрежението е както следва:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_{подложка} = I * R,

U_% = (U_{подложка} /u_лин) * 100,

Където:

• 2 – коефициент поради факта, че токът задължително протича през два проводника;
• Р – съпротивление на проводника, Ohm;
• ρ — съпротивление на проводника, Ohm*mm²/m;
• С – напречно сечение на проводника, mm²;
• U_{подложка} – падащо напрежение, V;
• U_% - спад на напрежението спрямо U_лин,%.

Използвайки формули, можете самостоятелно да извършите необходимите изчисления.

Пример за изчисление за носене

Задача: изчислете спада на напрежението за меден проводник с напречно сечение на едно ядро ​​от 1,5 mm². Телът е необходим за свързване на еднофазна електрическа машина за заваряване с обща мощност 7 kW. Дължина на проводника 20м.

Тези, които желаят да свържат домакинска машина за заваряване към клон на електрическата мрежа, трябва да вземат предвид ситото на тока, за което е проектиран кабелът. Възможно е общата мощност на работещите устройства да е по-висока. Най-добрият вариант е да свържете потребителите към отделни клонове

Решение:

Етап 1. Изчисляваме съпротивлението на медната жица, използвайки таблица 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 ома

Стъпка 2. Ток, протичащ през проводника:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Стъпка #3. Падане на напрежението на проводника:

U_{подложка} = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Стъпка #4. Изчисляваме процента на спад на напрежението:

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

Заключение: за свързване на заваръчната машина е необходим проводник с голямо напречно сечение.

Изводи и полезно видео по темата

Изчисляване на напречното сечение на проводника по формулите:

Препоръки от специалисти за избор на кабелни и жични продукти:

Горните изчисления са валидни за медни и алуминиеви проводници за промишлена употреба. За други видове проводници общият топлопренос се изчислява предварително.

Въз основа на тези данни се изчислява максималният ток, който може да тече през проводника, без да причинява прекомерно нагряване.

Ако имате въпроси относно метода за изчисляване на напречното сечение на кабела или искате да споделите личния си опит, моля, оставете коментари в тази статия.Разделът за преглед се намира по-долу.