Kaapelin poikkileikkauksen laskeminen tehon ja virran osalta: kaavat ja esimerkit

Aiotko tehdä sähköverkon päivitys tai myös venyttää virtalinjaa keittiöön yhdistääksesi uuden sähköliesi? Tämä on hyödyllinen vähimmäisosaaminen johtimen poikkileikkauksesta ja tämän parametrin vaikutuksesta tehoon ja virran voimakkuuteen.

Hyväksy, että kaapelin poikkileikkauksen virheellinen laskeminen johtaa ylikuumenemiseen ja oikosulkuun tai tarpeettomiin kustannuksiin.

On erittäin tärkeää tehdä laskelmat suunnitteluvaiheessa, koska piilotetun johdotuksen vika ja sen jälkeinen korvaaminen liittyvät merkittäviin kustannuksiin. Autamme sinua käsittelemään laskelmien monimutkaisuutta, jotta vältytään sähköverkkojen toiminnan jatkamisessa.

Jotta voisimme rasittaa sinua monimutkaisilla laskelmilla, otimme selvät kaavat ja laskentamahdollisuudet, annoimme tietoja helposti saatavilla olevissa muodoissa ja annettiin selityksiä kaavoille. Artikkeliin lisättiin myös temaattisia valokuvia ja videomateriaaleja, jotka mahdollistavat visuaalisen ymmärrettävyyden käsiteltävän asian sisällön.

Tehonkuluttajien poikkileikkauksen laskeminen

Johtimien päätarkoitus - sähköenergian toimittaminen kuluttajille vaaditulla määrällä. Koska suprajohtimet eivät ole käytettävissä normaaleissa käyttöolosuhteissa, on tarpeen ottaa huomioon johdemateriaalin kestävyys.

Vaaditun osan laskeminen johtimet ja kaapelit riippuen kuluttajien kokonaistehosta pitkäaikaisen käyttökokemuksen perusteella.

Aloitamme yleisen laskutoimituksen tekemällä ensin laskelmat käyttämällä kaavaa:

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

missä:

• P - kaikkien kuluttajien, jotka on liitetty laskettuun sivukonttoriin, teho watteina.
• P1, P2, PN - ensimmäisen kuluttajan teho, toiseksi n-luku, watteina.

Saatuaan tuloksen laskelmien lopussa käyttämällä yllä olevaa kaavaa, oli vuorossa kääntyä taulukkotietoihin.

Nyt meidän on valittava taulukossa 1 tarvittava osa.

Vaihe # 1 - reaktiivisen ja aktiivisen tehon laskeminen

Kuluttajien valmiudet on lueteltu laitteiden asiakirjoissa. Yleensä laitteen passeissa ilmoitettiin aktiivinen teho sekä reaktiivinen teho.

Aktiivisella kuormituksella varustetut laitteet muo- dostavat kaiken vastaanotetun sähköenergian tehokkuuden huomioon ottaen hyödylliseksi työksi: mekaaniseksi, lämpö- tai muulle.

Aktiivisella kuormalla varustettuihin laitteisiin kuuluvat hehkulamput, lämmittimet, sähköliesi.

Tällaisten laitteiden tehon ja jännitteen laskeminen on:

P = U * I,

missä:

• P - teho watteina;
• U - jännite;
• minä - nykyinen A.

Laitteet, joissa on reaktiivinen kuormitus, voivat kerätä energiaa lähteestä ja sitten palata. Tällainen vaihto tapahtuu sinimuotoisen virran ja jännitteen sinusoidin siirtymisen vuoksi.

Reaktiivista tehoa käyttäviin laitteisiin kuuluvat sähkömoottorit, kaiken kokoiset ja tarkoitetut elektroniset laitteet, muuntajat.

Sähköverkot on rakennettu siten, että ne voivat tuottaa sähkötehoa yhdessä suunnassa lähteestä kuormitukseen.

Näin ollen kuluttajan palautettu energia, jossa on reaktiivinen kuormitus, on loista ja kuluu johtimiin ja muihin komponentteihin.

Reaktiivisella teholla on riippuvuus jännitteen ja virran sinusoidien välisen vaiheen siirtymiskulmasta. Vaihekulma ilmaistaan ​​cosφ: na.

Jos haluat löytää täyden tehon, käytä kaavaa:

P = P_R / cosφ,

jossa P_R - reaktiivinen teho watteina.

Yleensä laitteen passi-tiedoissa ilmoitettiin reaktiivinen teho ja cosφ.

esimerkki: rei'ittimen passissa ilmoitettiin 1200 W: n reaktiivinen teho ja cosφ = 0,7. Näin ollen virrankulutus on yhtä suuri kuin:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Jos cosφ: ta ei löydy, suurin osa kotitalouskoneista voi olla 0,7.

Vaihe # 2 - etsi samanaikaisuutta ja marginaaleja

K - samanaikaisen dimensioton kerroin osoittaa, kuinka monta kuluttajaa voidaan samanaikaisesti yhdistää verkkoon. Harvoin tapahtuu, että kaikki laitteet kuluttavat samanaikaisesti sähköä.

Television ja musiikkikeskuksen samanaikainen toiminta on epätodennäköistä. Vakiintuneesta käytännöstä K voidaan ottaa 0,8. Jos aiot käyttää kaikkia kuluttajia samanaikaisesti, K: n tulisi olla 1.

J - dimensioton turvallisuustekijä. Se kuvaa voimavarojen luomista tuleville kuluttajille.

Kehitys ei pysy paikallaan, joka vuosi keksi kaikki uudet hämmästyttävät ja hyödylliset sähkölaitteet. On odotettavissa, että vuoteen 2050 mennessä sähkönkulutuksen kasvu on 84%. Yleensä J: n oletetaan olevan 1,5 - 2,0.

Vaihe # 3 - suorita laskenta geometrisen menetelmän avulla

Kaikissa sähköisissä laskelmissa johdin poikkileikkauspinta-ala otetaan - ydinosa. Mitattu millimetreinä².

On usein tarpeen oppia oikein laskemaan langan halkaisija johdin.

Tässä tapauksessa on yksinkertainen geometrinen kaava pyöreän poikkileikkauksen monoliittiselle johdolle:

S = π * R² = π * D²/4tai päinvastoin

D = √ (4 * S / π)

Suorakaiteen muotoisille johtimille:

S = h * m,

missä:

• S - ydinalue millimetreinä²;
• R - ytimen säde millimetreinä;
• D - ytimen halkaisija millimetreinä;
• h, m - leveys ja korkeus millimetreinä;
• π - pi-luku, joka on yhtä kuin 3,14.

Jos hankit monisäikeisen johdon, jossa yksi johdin koostuu kierretyistä pyöreistä johdoista, laskenta suoritetaan seuraavan kaavan mukaisesti:

S = N * D²/1,27,

jossa N - johtojen lukumäärä laskimoon.

Johdot, jotka on vääntynyt useista suonista johtuvista langoista, yleensä ovat parasta johtavuutta kuin monoliittiset. Tämä johtuu virran virtauksen erityispiirteistä pyöreän johtimen läpi.

Sähkövirta on samankaltaisten latausten liike johdinta pitkin. Samankaltaiset varaukset tukevat toisiaan, joten varauksen jakautumistiheys siirtyy johtimen pintaan.

Kierrettyjen lankojen toinen etu on niiden joustavuus ja mekaaninen kestävyys. Monoliittiset johdot ovat halvempia ja niitä käytetään pääasiassa kiinteään asennukseen.

Vaihe # 4 - lasketaan teho-osa käytännössä

tehtävä: Keittiön kuluttajien kokonaisteho on 5000 W (mikä tarkoittaa, että kaikkien reaktiivisten kuluttajien teho lasketaan uudelleen). Kaikki kuluttajat on kytketty 220 V: n yksivaiheiseen verkkoon ja ne ovat virtalähteenä yhdestä haarasta.

päätös:

Samanaikaisuuden K kerroin on 0,8. Keittiö on jatkuvan innovaation paikka, et koskaan tiedä, turvallisuustekijä on J = 2,0. Arvioitu kokonaisteho on:

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

Käytämme arvioidun tehon arvoa lähimmän arvon taulukossa 1.

Johdon poikkileikkauksen lähin sopiva arvo yksivaiheiselle verkolle on kuparijohdin, jonka poikkileikkaus on 4 mm². Sama koko, jossa on alumiinisydämen 6 mm².

Yksijohdinjohtojen minimihalkaisija on vastaavasti 2,3 mm ja 2,8 mm. Monijohdeversiossa yksittäisten johtimien poikkileikkaus summataan.

Nykyisen osan laskeminen

Kaapeleiden ja johtojen virran ja tehon vaaditun poikkileikkauksen laskelmat antavat tarkempia tuloksia. Tällaiset laskelmat mahdollistavat eri tekijöiden kokonaisvaikutuksen johtimiin, mukaan lukien lämpökuorma, johtojen tyyppi, asennustyyppi, käyttöolosuhteet jne.

Koko laskenta suoritetaan seuraavien vaiheiden aikana:

• kaikkien kuluttajien valinnanvaraa;
• johdon läpi kulkevien virtausten laskeminen;
• valitaan sopiva poikkileikkaus taulukoiden mukaisesti.

Tätä laskennan versiota varten nykyisten kuluttajien jännite otetaan huomioon ottamatta huomioon korjauskertoimia. Ne otetaan huomioon, kun summataan nykyinen.

Vaihe # 1 - nykyisen voimakkuuden laskeminen kaavojen avulla

Niille, jotka ovat unohtaneet koulun fyysisen kurssin, tarjoamme perus kaavoja graafisen kaavion muodossa visuaalisen sängyn muodossa:

Kirjoitamme nykyisen voimakkuuden I riippuvuuden tehosta P ja linjajännitteestä U:

I = p / u_l,

missä:

• minä - virran voimakkuus ampeereina;
• P - teho watteina;
• U_l - lineaarinen jännite voltteina.

Linjajännite yleisessä tapauksessa riippuu virtalähteen lähteestä, se voi olla yksi- ja kolmivaiheinen.

Lineaarisen ja vaiheen jännitteen suhde:

1. U_l = U * cosφ yksivaiheisen jännitteen tapauksessa.
2. U_l = U * √3 * cosφ kolmivaiheisen jännitteen tapauksessa.

Kotitalouksien sähköasiakkaille otetaan cosφ = 1, joten lineaarinen jännite voidaan kirjoittaa uudelleen:

1. U_l = 220 V yhden vaiheen jännitteelle.
2. U_l = 380 V kolmen vaiheen jännitteelle.

Lisäksi tiivistämme kaikki kulutetut virrat seuraavan kaavan mukaan:

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

missä:

• minä - kokonaisvirta ampeereissa;
• I1..IN - kunkin kuluttajan virta ampeereissa;
• K - samanaikaisuuskerroin;
• J - turvallisuustekijä.

Kertoimilla K ja J on samat arvot, joita käytettiin kokonaistehon laskennassa.

Saattaa olla tapaus, jossa epätasaisen tehon virta virtaa kolmivaiheisen verkon läpi eri vaihejohtimien kautta.

Tämä tapahtuu, kun yksivaiheiset ja kolmivaiheiset kuluttajat on kytketty kolmivaiheiseen kaapeliin samanaikaisesti. Esimerkiksi kolmivaiheinen kone ja yksivaiheinen valaistus.

Luonnollinen kysymys: miten tällaisissa tapauksissa lasketaan poikkileikkauslangan osa? Vastaus on yksinkertainen - laskelmat tehdään eniten kuormitetulle ytimelle.

Vaihe # 2 - sopivan osan valitseminen taulukoina

Sähköasennussäännöissä (PES) on useita taulukoita kaapelin ytimen halutun poikkileikkauksen valitsemiseksi.

Johtimen johtavuus riippuu lämpötilasta. Metallinen johtimet, joiden lämpötila kasvaa, lisää vastusta.

Kun tietty kynnys ylitetään, prosessi tulee automaattisesti tukemaan: mitä suurempi vastus on mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi vastus jne. kunnes johtaja palaa tai aiheuttaa lyhyen Oikosulku.

Seuraavat kaksi taulukkoa (3 ja 4) esittävät johtimien poikkileikkauksen virtojen ja asennustavan mukaan.

Kaapeli eroaa langasta siinä, että kaapelissa on kaikki johtimet, joissa on oma eristys, kierretty nippuun ja suljettu yhteiseen eristävään vaippaan. Lisätietoja on kaapelituotteiden eroista ja tyypeistä artikkeli.

Taulukoita käytettäessä sallittuun jatkuvaan virtaan sovelletaan seuraavia tekijöitä:

• 0,68 jos 5-6 asui;
• 0,63, jos asui 7-9;
• 0,6 jos elää 10-12

"Avoin" -sarakkeesta tulevien virtojen arvoihin sovelletaan vähennyskertoimia.

Zero- ja maadoitusjohtimet eivät sisälly johtimien määrään.

PES: n standardien mukaan nollajohdon poikkileikkauksen valinta sallitun jatkuvan virran mukaan tehdään vähintään 50%: iin vaihojohdosta.

Seuraavat kaksi taulukkoa (5 ja 6) osoittavat sallitun jatkuvan virran riippuvuuden sen asettamisesta maahan.

Virtakuorma, kun se on auki ja kun se upotetaan maahan, eroaa toisistaan. Ne otetaan tasa-arvoisiksi, jos maahan sijoittaminen tapahtuu alustoilla.

Väliaikaisen syöttöjohdon laitteelle (kuljettaa, jos niitä käytetään yksityiskäyttöön) sovelletaan seuraavaa taulukkoa (7).

Kun kaapeleita asennetaan maahan, lämmönlähtöominaisuuksien lisäksi on otettava huomioon vastus, kuten seuraavassa taulukossa (8) näkyy:

Kuparijohtimien laskeminen ja valinta jopa 6 mm² tai alumiinia enintään 10 mm² Se suoritetaan jatkuvan virran tapaan.

Suurten osien tapauksessa on mahdollista soveltaa alennuskerrointa:

0,875 * √Т_ns

jossa T_ns - sisällyttämisen keston suhde syklin kestoon.

Sisällyttämisen kesto on enintään 4 minuuttia. Tällöin sykli ei saa ylittää 10 minuuttia.

Kun valitset kaapelin sähkön jakeluun puinen talo Erityistä huomiota kiinnitetään sen palonkestävyyteen.

Vaihe # 3 - johdon poikkileikkauksen laskeminen virralla esimerkissä

tehtävä: laskea tarvittava osa kuparikaapeli liitettäväksi:

• 4000 W: n kolmivaiheinen puuntyöstökone;
• 6000 W: n kolmivaiheinen hitsauskone;
• kodin kodinkoneet, joiden kokonaiskapasiteetti on 25 000 wattia;

Liitäntä tehdään viiden ytimen kaapelilla (kolmivaiheiset johtimet, yksi nolla ja yksi maa), jotka on asetettu maahan.

Päätös.

Vaihe # 1. Laske kolmivaiheisen liitännän lineaarinen jännite:

U_l = 220 * 3 = 380 V

Vaihe # 2. Kodinkoneiden, kone- ja hitsauskoneiden teho on reaktiivinen, joten koneiden ja laitteiden teho on:

P_nuo = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10 000 / 0,7 = 14 300 W

Vaihe # 3. Nykyinen laite kodinkoneiden liittämiseen:

minä_nuo = 35700/220 = 162 A

Vaihe # 4. Laitteiden liittämiseen tarvittava nykyinen:

minä_equi = 14300/380 = 38 A

Vaihe # 5. Tarvittava virtalähde kodinkoneiden kytkemiseksi lasketaan yhden vaiheen nopeudella. Ongelman ehtona on kolme vaihetta. Siksi virta voidaan jakaa vaiheittain. Yksinkertaisuuden vuoksi ota käyttöön yhtenäinen jakelu:

minä_nuo = 162/3 = 54 A

Vaihe # 6. Jokaisesta vaiheesta johtuva nykyinen:

minä_f = 38 + 54 = 92 A

Vaihe # 7. Laitteet ja kodinkoneet eivät toimi samanaikaisesti, mutta vahvistamme 1,5 miljoonan euron varastot. Korjauskertoimien soveltamisen jälkeen:

minä_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Vaihe # 8. Vaikka kaapelissa on 5 ytintä, otetaan huomioon vain kolme vaihetta. Kolmiytimisen kolonnin kaapelin taulukossa 8 todetaan, että 115 A: n virta vastaa ytimen poikkileikkausta 16 mm².

Vaihe # 9. Taulukossa 8 käytämme korjauskerrointa maan ominaisuuksien mukaan. Normaalin maan tyypin osalta kerroin on 1.

Vaihe # 10. Ei pakollista, laskemme ytimen halkaisijan:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jos laskenta tehtiin vain teholle, ei huomioida kaapelien asennuksen ominaisuuksia, ytimen poikkileikkaus on 25 mm². Virran voimakkuuden laskeminen on monimutkaisempaa, mutta joskus se säästää huomattavasti rahaa, erityisesti silloin, kun kyseessä on kierretyt virtakaapelit.

Jännitteen ja virran suhteesta voi olla yksityiskohtaisempaa täällä.

Jännitteen laskeminen

Jokaisella johtimella, paitsi suprajohtajilla, on vastus. Näin ollen riittävän kaapelin tai langan pituuden myötä tapahtuu jännitepudotus.

PES-standardit edellyttävät, että kaapelin johtimen poikkileikkaus on sellainen, että jännitehäviö on enintään 5%.

Ensinnäkin se koskee pienjännitekaapeleita.

Jännitehäviön laskeminen on seuraava:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_tyyny = I * R,

U_% = (U_tyyny / U_Ling) * 100,

missä:

• 2 - kerroin, joka johtuu siitä, että virta kulkee välttämättä kahden johtimen kautta;
• R - johtimen vastus, Ohm;
• ρ - johdon resistiivisyys, Ohm * mm²/ m;
• S - johdinosa, mm²;
• U_tyyny - jännitehäviö, V;
• U_% - jännitehäviö suhteessa U: hen_Ling,%.

Kaavojen avulla voit tehdä itsenäisesti tarvittavat laskelmat.

Suorita laskenta-esimerkki

tehtävä: Laske kuparilangan jännitehäviö, jonka poikkileikkaus on 1,5 mm². Lanka tarvitsee yhdistämään yksivaiheisen sähköhitsauslaitteen, jonka kokonaisteho on 7 kW. Langan pituus 20 m.

ratkaisu:

Vaihe # 1. Laske kuparilangan vastus taulukon 9 avulla:

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

Vaihe # 2. Johtimen läpi kulkeva virta:

I = 7000/220 = 31,8 A

Vaihe # 3. Johtimen jännitteen lasku:

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

Vaihe # 4. Laske jännitehäviön prosenttiosuus:

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

Johtopäätös: hitsauskoneen liittämiseen tarvitaan suuri poikkileikkausjohdin.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Johtimen poikkileikkauksen laskeminen kaavojen mukaisesti:

Asiantuntijoiden suositukset kaapelituotteiden valinnasta:

Edellä esitetyt laskelmat ovat voimassa teollisuusluokan kupari- ja alumiinijohtimille. Muiden tyyppisten johtimien osalta täysi lämmönsiirto on ennalta laskettu.

Näiden tietojen perusteella johtimen läpi virtaava maksimivirta lasketaan aiheuttamatta liiallista kuumennusta.

Jos sinulla on kysyttävää kaapeliosan laskentamenetelmästä tai haluat jakaa henkilökohtaisen kokemuksen, jätä kommentteja tähän artikkeliin. Arviointilohko sijaitsee alla.