Beregning af kabel tværsnit for strøm og strøm: formler og eksempler

Har du planer om at gøre power grid opgradering eller strække strømledningen til køkkenet for at tilslutte en ny elkomfur? Dette vil være nyttigt minimum kendskab til lederens tværsnit og effekten af ​​denne parameter på strøm og strømstyrke.

Enig, at den forkerte beregning af kabletværsnit fører til overophedning og kortslutning eller til unødvendige omkostninger.

Det er meget vigtigt at udføre beregninger i designfasen, da fejlen i de skjulte ledninger og den efterfølgende udskiftning er forbundet med betydelige omkostninger. Vi hjælper dig med at håndtere beregningerne for at undgå problemer i den videre drift af elektriske netværk.

For ikke at belaste dig med komplekse beregninger hentede vi klare formler og beregningsmæssige muligheder, gav information i en tilgængelig form, der gav forklaringer til formlerne. Der blev også tilføjet tematiske fotos og videomaterialer til artiklen, der tillader visuelt at forstå essensen af ​​det pågældende emne.

Beregning af strømforbrugernes tværsnit

Hovedformålet med ledere - levering af elektrisk energi til forbrugere i den krævede mængde. Da superledere ikke er tilgængelige under normale driftsforhold, er det nødvendigt at tage højde for modstanden af ​​ledermaterialet.

Beregning af det krævede afsnit ledere og kabler afhængigt af forbrugernes samlede magt baseret på langsigtet driftserfaring.

Vi starter det generelle forløb af beregninger ved førstegangsberegninger med formlen:

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

hvor:

• P - Kraft af alle forbrugere, der er forbundet med den beregnede filial i Watts.
• P1, P2, PN - Den første forbrugers magt, henholdsvis henholdsvis n-th og watt.

Efter at have opnået resultatet i slutningen af ​​beregningerne ved hjælp af ovenstående formel var det svinget at vende sig til tabeldataene.

Nu skal vi vælge den nødvendige sektion i tabel 1.

Trin 1 - Beregning af reaktiv og aktiv effekt

Kundernes forbrugere er anført i dokumenterne for udstyret. Normalt angives i passet på udstyret aktiv kraft sammen med reaktiv effekt.

Enheder med en aktiv type last transformerer al den modtagne elektriske energi under hensyntagen til effektiviteten til et nyttigt arbejde: mekanisk, termisk eller en anden form for det.

Apparater med aktiv belastning omfatter glødelamper, varmeapparater, elkomfurer.

For sådanne enheder er beregningen af ​​strøm ved strøm og spænding:

P = U * I,

hvor:

• P - magt i watt
• U - spænding i;
• jeg - nuværende i A.

Enheder med en reaktiv belastning kan akkumulere energi fra kilden og derefter returnere. En sådan udveksling finder sted på grund af forskydningen af ​​sinusformet strøm og spændings sinusformet.

Apparater med reaktiv effekt omfatter elmotorer, elektroniske enheder af alle størrelser og formål, transformatorer.

Elektriske netværk er konstrueret på en sådan måde, at de kan producere elektrisk kraftoverførsel i en retning fra kilden til lasten.

Derfor er forbrugernes returnerede energi med reaktiv belastning parasitisk og anvendes til varmeledere og andre komponenter.

Reaktiv effekt er afhængig af vinklen af ​​faseforskydning mellem spænding og nuværende sinusoider. Fasevinklen udtrykkes som cosφ.

For at finde den fulde effekt skal du anvende formlen:

P = P_r / cosφ,

hvor P_r - reaktiv effekt i watt

Normalt indikerer passdata på enheden reaktiv effekt og cosφ.

eksempel: I passet til perforatoren angives reaktiv effekt på 1200 W og cosφ = 0,7. Derfor er det samlede strømforbrug lig med:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Hvis cosφ ikke kunne findes, for langt de fleste husholdningsapparater, kan cosφ tages som 0,7.

Trin # 2 - Søg efter samtidighed og marginforhold

K - Den dimensionsløse koefficient for samtidighed viser, hvor mange forbrugere der samtidig kan forbindes til netværket. Det sker sjældent, at alle enheder samtidig bruger strøm.

Samtidig drift af et fjernsyn og et musikcenter er usandsynligt. Fra den etablerede praksis kan K tages imod 0,8. Hvis du planlægger at bruge alle forbrugere på samme tid, skal K være lig med 1.

J - dimensionsløs sikkerhedsfaktor Det karakteriserer oprettelsen af ​​en strømreserve for fremtidige forbrugere.

Fremskridt står ikke stille, hver år opfandt alle de nye fantastiske og nyttige elektriske apparater. Det forventes, at væksten i elforbruget i 2050 vil være 84%. Normalt antages J at være fra 1,5 til 2,0.

Trin # 3 - udfør beregningen ved hjælp af den geometriske metode

I alle elektriske beregninger tages lederens tværsnitsareal - kerneafsnittet. Målt i mm².

Det er ofte nødvendigt at lære at beregne korrekt tråddiameter wire leder.

I dette tilfælde er der en simpel geometrisk formel for en monolitisk ledning med cirkulært tværsnit:

S = π * R² = π * D²/4eller omvendt

D = √ (4 * S / π)

Til rektangulære ledere:

S = h * m,

hvor:

• S - kerneområde i mm²;
• R - kerneradius i mm
• D - kerne diameter i mm
• h, m - Bredde og højde henholdsvis i mm
• π - pi nummer, svarende til 3,14.

Hvis du køber en multicore-ledning, hvor en leder består af et sæt snoet runde ledninger, udføres beregningen i henhold til formlen:

S = N * D²/1,27,

hvor N - Antallet af ledninger i venen.

Trådene har vredet fra flere tråde af en ven, har i almindelighed den bedste ledningsevne end monolitisk. Dette skyldes egenskaberne af strømmen af ​​strøm gennem en cirkulær leder.

Elektrisk strøm er bevægelsen af ​​lignende ladninger langs en leder. Ligesom ladninger afviser hinanden, bliver ladningsfordelingsdensiteten derfor skiftet til lederens overflade.

En anden fordel ved strengede ledninger er deres fleksibilitet og mekaniske modstand. Monolitiske ledninger er billigere og anvendes hovedsagelig til fast installation.

Trin 4 - Beregn strømafsnittet i praksis

opgave: Den samlede effekt af forbrugerne i køkkenet er 5000 W (hvilket betyder, at effekten af ​​alle reaktive forbrugere omregnes). Alle forbrugere er forbundet til et enkeltfasetværk på 220 V og drives fra en gren.

beslutning:

Koefficienten for samtidighed K er taget til 0,8. Køkkenet er et sted for konstant innovation, du ved aldrig, sikkerhedsfaktoren er J = 2.0. Den samlede anslåede effekt vil være:

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

Ved hjælp af værdien af ​​den estimerede effekt søger vi den nærmeste værdi i tabel 1.

Den nærmeste egnede værdi af lederens tværsnit for et enkeltfasetværk er en kobberleder med et tværsnit på 4 mm². Samme trådstørrelse med aluminiumkernen 6 mm².

For ledninger med enkeltledere er mindste diameter henholdsvis 2,3 mm og 2,8 mm. I tilfælde af en multicore-version er tværsnit af individuelle ledere opsummeret.

Beregning af den aktuelle sektion

Beregninger af det krævede tværsnit for strøm og strøm af kabler og ledninger vil give mere præcise resultater. Sådanne beregninger gør det muligt at estimere den samlede virkning af forskellige faktorer på lederne, herunder termisk belastning, typen af ​​ledninger, typen af ​​installation, driftsbetingelser mv.

Hele beregningen udføres i løbet af følgende faser:

• magt valg af alle forbrugere;
• beregning af strømmen, der passerer gennem lederen
• Valg af et passende tværsnit ifølge tabellerne.

For denne version af beregningen tages strømmen af ​​nuværende forbrugere med spænding ud uden at tage hensyn til korrektionsfaktorerne. De vil blive taget i betragtning ved opsummering af strømmen.

Trin # 1 - Beregning af nuværende styrke ved hjælp af formler

For dem, der har glemt fysikens skolekursus, tilbyder vi de grundlæggende formler i form af en grafisk ordning som en visuel krybbe:

Vi skriver ned afhængigheden af ​​den aktuelle styrke jeg på kraften P og linjespændingen U:

I = p / u_l,

hvor:

• jeg - Nuværende styrke, taget i ampere
• P - magt i watt
• U_l - lineær spænding i volt

Linjespænding afhænger i almindelighed af strømforsyningskilden, det kan være enkelt- og trefaset.

Forholdet mellem lineær og fasespænding:

1. U_l = U * cosφ i tilfælde af enfasespænding.
2. U_l = U * √3 * cosφ i tilfælde af trefasespænding.

For husholdningsforbrugere tager cosφ = 1, så den lineære spænding kan omskrives:

1. U_l = 220 V til enfasespænding.
2. U_l = 380 V til trefasespænding.

Yderligere opsummerer vi alle forbrugte strømme i henhold til formlen:

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

hvor:

• jeg - total strøm i ampere
• I1..IN - hver forbrugers nuværende strømper
• K - samtidighedskoefficient
• J - sikkerhedsfaktor

Koefficienterne K og J har de samme værdier, som blev anvendt ved beregningen af ​​den samlede effekt.

Der kan være en sag, når en strøm af ulige strøm strømmer gennem et trefasetværk gennem forskellige faseledere.

Dette sker, når enfasede og trefasede forbrugere samtidig er forbundet til trefasekablet. For eksempel strømforsynet trefase maskine og enkeltfase belysning.

Et naturligt spørgsmål opstår: hvordan i sådanne tilfælde beregnes tværsnitsledningssektionen? Svaret er enkelt - beregninger foretages på den mest belastede kerne.

Trin # 2 - Vælg den relevante sektion ved tabeller

I driftsreglerne for elektriske installationer (PES) er der et antal tabeller til valg af det ønskede tværsnit af kabelkernen.

Ledernes ledningsevne afhænger af temperaturen. For metalliske ledere med stigende temperatur øger modstanden.

Når en bestemt tærskel overskrides, bliver processen automatisk understøttet: jo højere modstand, den Jo højere temperaturen er, desto højere modstand mv. indtil lederen brænder ud eller forårsager en kortslutning kortslutning.

De følgende to tabeller (3 og 4) viser ledernes tværsnit afhængigt af strømmen og installationsmetoden.

Kablet adskiller sig fra ledningen, idet kablet har alle ledere, der er udstyret med egen isolering, snoet i et bundt og indesluttet i en fælles isolerende kappe. Flere detaljer om forskellene og typer af kabelprodukter er skrevet i dette artiklen.

Ved anvendelse af tabeller anvendes følgende faktorer til den tilladte kontinuerlige strøm:

• 0,68 hvis 5-6 levede;
• 0,63 hvis 7-9 levede;
• 0,6 hvis 10-12 levede

Reduktionsfaktorer anvendes til strømmenes værdier fra den "åbne" kolonne.

Nul- og jordingsledere er ikke medtaget i antallet af ledere.

I henhold til PES-standarderne vælges tværsnit af nulleder ifølge den tilladte kontinuerlige strøm som mindst 50% af faselederen.

De følgende to tabeller (5 og 6) viser afhængigheden af ​​den tilladte kontinuerlige strøm, når den lægges i jorden.

Nuværende belastning, når den ligger åben, og når den er forsænket i jorden, adskiller sig. De er taget lige, hvis lægning i jorden foregår ved hjælp af bakker.

For anordningen af ​​midlertidige strømforsyninger (bærer, hvis den er til privat brug), gælder følgende tabel (7).

Når der lægges kabler i jorden, skal der i tillæg til varmeafledningsegenskaberne tages hensyn til resistivitet, som afspejlet i nedenstående tabel (8):

Beregning og udvælgelse af kobberledere op til 6 mm² eller aluminium op til 10 mm² Det udføres som for en kontinuerlig strøm.

I tilfælde af store sektioner er det muligt at anvende en reduktionsfaktor:

0,875 * √Т_ns

hvor T_ns - forholdet mellem varigheden af ​​optagelse i cyklusens varighed

Indholdelsens varighed tages i højst 4 minutter. I dette tilfælde bør cyklussen ikke overstige 10 minutter.

Ved valg af kabel til distribution af elektricitet i træhus Der lægges særlig vægt på dets brandsikkerhed.

Trin # 3 - beregning af lederens tværsnit med strøm på et eksempel

opgave: Beregn det krævede afsnit kobberledning til tilslutning:

• 4000 W trefaset træbearbejdningsmaskine;
• 6000 W trefaset svejsemaskine;
• Husholdningsapparater i huset med en samlet kapacitet på 25.000 watt;

Tilslutningen vil blive lavet af et fem-kerne kabel (trefasede ledere, en nul og en jord), der ligger i jorden.

Beslutningen.

Trin # 1. Beregn den lineære spænding af trefaseforbindelsen:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Trin # 2. Husholdningsapparater, maskine og svejsemaskine har reaktiv effekt, så effekten af ​​maskiner og udstyr vil være:

P_dem = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10.000 / 0.7 = 14.300 W

Trin # 3. Strømforsyning til tilslutning af husholdningsapparater:

jeg_dem = 35700/220 = 162 A

Trin # 4. Strømforbindelse til tilslutning af udstyr:

jeg_equi = 14300/380 = 38 A

Trin # 5. Den nødvendige strøm til tilslutning af husholdningsapparater beregnes med en fases hastighed. Under forudsætning af problemet er der tre faser. Derfor kan strømmen fordeles i faser. For enkelhed skal man påtage sig en ensartet fordeling:

jeg_dem = 162/3 = 54 A

Trin # 6. Den nuværende tilskrives hver fase:

jeg_f = 38 + 54 = 92 A

Trin # 7. Udstyr og husholdningsapparater virker ikke på samme tid, men vi lægger et lager på 1,5. Efter anvendelse af korrektionsfaktorerne:

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

Trin # 8. Selvom kablet har 5 kerner, tages der kun hensyn til trefaseledere. Ifølge tabel 8 i kolonne tre-core-kabel i jorden finder vi, at strømmen på 115 A svarer til tværsnittet af kernen 16 mm².

Trin # 9. Ifølge tabel 8 anvender vi korrektionsfaktoren afhængigt af landets egenskaber. For en normal type jord er koefficienten 1.

Trin # 10. Ikke obligatorisk, vi beregner kerne diameter:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Hvis beregningen kun blev foretaget for strøm, uden at tage hensyn til kablets egenskaber, vil kernes tværsnit være 25 mm². Beregningen af ​​strømstyrken i strømmen er mere kompliceret, men det sparer undertiden betydelige penge, især når det drejer sig om strengede strømkabler.

På forholdet mellem spænding og strøm kan det være mere detaljeret her.

Spændingsfald beregning

Enhver leder, undtagen superledere, har modstand. Derfor er der med spændingsfald med tilstrækkelig kabel eller ledningslængde.

PES-standarder kræver, at kabellederen tværsnit er sådan, at spændingsfaldet ikke er mere end 5%.

Først og fremmest vedrører det lavspændingskabler af lille sektion.

Beregningen af ​​spændingsfaldet er som følger:

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

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad / U_Ling) * 100,

hvor:

• 2 - koefficient på grund af, at strømmen nødvendigvis strømmer gennem to ledere
• R - ledermodstand, Ohm;
• ρ - Modstanden af ​​lederen, Ohm * mm²/ m;
• S - ledersektion mm²;
• U_pad - spændingsfald, V;
• U_% - spændingsfald i forhold til U_Ling,%.

Ved hjælp af formler kan du selvstændigt udføre de nødvendige beregninger.

Udfør beregningseksempel

opgave: Beregn spændingsfaldet for kobbertråd med et tværsnit af en enkelt kerne på 1,5 mm². Ledningen er nødvendig for at forbinde et enkeltfaset elektrisk svejsearbejde med en total effekt på 7 kW. Ledningslængde 20 m.

opløsning:

Trin # 1. Beregn kobbertrådets modstand ved hjælp af tabel 9:

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

Trin # 2. Strømmen strømmer gennem lederen:

I = 7000/220 = 31,8 A

Trin # 3. Spændingsfaldet på ledningen:

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

Trin # 4. Beregn procentdelen af ​​spændingsfald:

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

Konklusion: Der kræves en leder med stort tværsnit for at forbinde svejsemaskinen.

Konklusioner og brugbar video om emnet

Beregning af lederens tværsnit i henhold til formlerne:

Anbefalinger fra eksperter om udvælgelse af kabelprodukter:

Ovennævnte beregninger gælder for industrielle kobber- og aluminiumledere. For andre typer ledere beregnes fuld varmeoverførsel.

På basis af disse data beregnes den maksimale strøm, der kan strømme gennem lederen, uden at forårsage for stor opvarmning.

Hvis du har spørgsmål om metoden til beregning af kabelafsnittet eller har lyst til at dele personlig erfaring, skal du skrive kommentarer til denne artikel. Blokken til anmeldelser er placeret nedenfor.