Prévoyez-vous de faire mise à niveau du réseau électrique ou encore étendre la ligne électrique à la cuisine pour connecter une nouvelle cuisinière électrique? Ce sera une connaissance minimale utile de la section du conducteur et de l’effet de ce paramètre sur la puissance et l’intensité du courant.
Convenez que le calcul incorrect de la section de câble conduit à une surchauffe et à un court-circuit ou à des coûts inutiles.
Il est très important d'effectuer des calculs au stade de la conception, car la défaillance du câblage caché et son remplacement ultérieur sont associés à des coûts importants. Nous vous aiderons à gérer les subtilités des calculs afin d’éviter des problèmes lors de l’exploitation ultérieure des réseaux électriques.
Afin de ne pas vous encombrer de calculs complexes, nous avons sélectionné des formules claires et des options de calcul, fourni des informations sous une forme accessible, fournissant des explications aux formules. Des photos thématiques et du matériel vidéo ont également été ajoutés à l'article, ce qui a permis de comprendre visuellement l'essence de la question à l'examen.
Contenu de l'article:
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Calcul de la section des consommateurs d'énergie
- Étape 1 - Calcul de la puissance réactive et active
- Étape n ° 2 - recherche de taux de simultanéité et de marge
- Étape n ° 3 - effectuer le calcul par la méthode géométrique
- Étape n ° 4 - calculer la section de puissance dans la pratique
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Calcul de la section en cours
- Étape 1 - Calcul de l'intensité du courant à l'aide de formules
- Étape n ° 2 - choisir la section appropriée par tableaux
- Étape n ° 3 - calcul de la section du conducteur par courant sur un exemple
- Calcul de chute de tension
- Exemple de calcul de portage
- Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Calcul de la section des consommateurs d'énergie
L'objectif principal des conducteurs - la livraison de l'énergie électrique aux consommateurs dans la quantité requise. Les supraconducteurs n'étant pas disponibles dans des conditions de fonctionnement normales, il est nécessaire de prendre en compte la résistance du matériau conducteur.
Calcul de la section requise conducteurs et câbles en fonction de la puissance totale des consommateurs basée sur une expérience d'exploitation à long terme.
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La section de câble est l’une des valeurs de base lors de la sélection d’un dispositif de câblage.
La section détermine quel courant d'alimentation est capable de conduire le câble sans surchauffe en raison d'une puissance excessive
La base du câble est un conducteur en cuivre à un ou plusieurs fils en cuivre de section transversale ronde, triangulaire ou rectangulaire.
S'il y a plus de deux veines dans le conducteur, elles sont le plus souvent tordues. La section transversale nominale des produits multicœurs est la somme des sections transversales de toutes les veines existantes.
Différents types de câbles pour dispositif de câblage
Épaisseur différente au niveau des conducteurs pour usage domestique
Le nombre de vécu dans différentes marques de câble
Options de câbles toronnés
Nous commençons le cours général des calculs en effectuant d’abord des calculs en utilisant la formule:
P = (P1 + P2 +.. PN) * K * J,
Où
- P - puissance de tous les consommateurs connectés à la branche calculée en watts.
- P1, P2, PN - puissance du premier consommateur, deuxième, nième, respectivement, en watts.
Ayant obtenu le résultat à la fin des calculs en utilisant la formule ci-dessus, ce fut au tour de se tourner vers les données tabulaires.
Nous devons maintenant choisir la section nécessaire dans le tableau 1.
Tableau 1 La section des fils est toujours nécessaire pour choisir le grand côté le plus proche (+)
Étape 1 - Calcul de la puissance réactive et active
Les capacités des consommateurs sont énumérées dans les documents relatifs à l'équipement. Habituellement, dans les passeports de l’équipement, la puissance active et la puissance réactive étaient indiquées.
Les appareils à charge active transforment toute l’énergie électrique reçue, en tenant compte de l’efficacité, en un travail utile: mécanique, thermique ou autre.
Les appareils à charge active comprennent les lampes à incandescence, les appareils de chauffage et les cuisinières électriques.
Pour de tels dispositifs, le calcul de la puissance en courant et en tension est:
P = U * I,
Où
- P - puissance en watts;
- U - tension en;
- Je - courant en A.
Les appareils avec un type de charge réactif peuvent accumuler de l'énergie à partir de la source, puis revenir. Un tel échange a lieu en raison du déplacement de la sinusoïde courant et tension sinusoïdale.
Au déphasage nul, la puissance P = U * I a toujours une valeur positive. Un tel graphe des phases de courant et de tension a des dispositifs avec un type de charge actif (I, i est le courant, U, u est la tension, π est le nombre pi, égal à 3,14)
Les appareils à puissance réactive comprennent les moteurs électriques, les appareils électroniques de toutes tailles et utilisations, les transformateurs.
Lorsqu'il y a un déphasage entre le courant sinusoïdal et la tension sinusoïdale, la puissance P = U * I peut être négative (I, i est le courant, U, u est la tension, π est le nombre pi, égal à 3,14). Un appareil à puissance réactive renvoie l'énergie stockée à la source
Les réseaux électriques sont construits de manière à pouvoir transmettre l'énergie électrique dans un sens, de la source à la charge.
Par conséquent, l'énergie renvoyée par le consommateur avec une charge réactive est parasite et est utilisée pour chauffer des conducteurs et d'autres composants.
La puissance réactive dépend de l'angle de déphasage entre les sinusoïdes tension et courant. L'angle de phase est exprimé en cos.
Pour trouver la pleine puissance, appliquez la formule:
P = Pp / cosφ,
Où Pp - puissance réactive en watts.
Habituellement, dans les données de passeport de l'appareil, on indique la puissance réactive et le cos.
Exemple: dans le passeport du perforateur indiqué une puissance réactive de 1200 W et cosφ = 0,7. Par conséquent, la consommation totale d'énergie sera égale à:
P = 1200 / 0.7 = 1714 W
Si le cos ne peut pas être trouvé, le cosφ peut être pris comme 0,7 pour la grande majorité des appareils ménagers.
Étape n ° 2 - recherche de taux de simultanéité et de marge
K - le coefficient de dimension simultanée sans dimension indique le nombre de consommateurs pouvant être connectés simultanément au réseau. Il arrive rarement que tous les appareils consomment simultanément de l'électricité.
L'exploitation simultanée d'une télévision et d'un centre musical est peu probable. D'après la pratique établie, K peut être pris égal à 0,8. Si vous prévoyez d’utiliser tous les consommateurs en même temps, vous devez prendre K égal à 1.
J - facteur de sécurité sans dimension. Il caractérise la création d'une réserve de marche pour les futurs consommateurs.
Les progrès ne sont pas immobiles, chaque année, inventaient tous les nouveaux appareils électriques étonnants et utiles. On prévoit que d'ici 2050, la consommation d'électricité augmentera de 84%. On suppose généralement que J est compris entre 1,5 et 2,0.
Étape n ° 3 - effectuer le calcul par la méthode géométrique
Dans tous les calculs électriques, la section du conducteur est prise - la section du noyau. Mesuré en mm2.
Il est souvent nécessaire d'apprendre à calculer correctement diamètre du fil fil conducteur.
Dans ce cas, il existe une formule géométrique simple pour un fil monolithique de section transversale circulaire:
S = π * R2 = π * D2/4ou vice versa
D = √ (4 * S / π)
Pour les conducteurs rectangulaires:
S = h * m,
Où
- S - zone centrale en mm2;
- R - rayon du noyau en mm;
- D - diamètre du noyau en mm;
- h, m - largeur et hauteur, respectivement, en mm;
- π - nombre pi, égal à 3,14.
Si vous acquérez un fil multiconducteur dans lequel un conducteur est constitué d’un ensemble de fils ronds torsadés, le calcul est effectué selon la formule suivante:
S = N * D2/1,27,
Où N - le nombre de fils dans la veine.
Les fils ayant tordu à partir de plusieurs fils d'une veine, en général, ont la meilleure conductivité, que monolithique. Ceci est dû aux particularités de la circulation du courant à travers un conducteur circulaire.
Le courant électrique est le mouvement de charges similaires le long d'un conducteur. Comme les charges se repoussent, la densité de distribution des charges est décalée à la surface du conducteur.
Un autre avantage des câbles toronnés est leur flexibilité et leur résistance mécanique. Les fils monolithiques sont moins chers et sont principalement utilisés pour une installation fixe.
Étape n ° 4 - calculer la section de puissance dans la pratique
Tâche: La puissance totale des consommateurs dans la cuisine est de 5000 W (ce qui signifie que la puissance de tous les consommateurs réactifs est recalculée). Tous les consommateurs sont connectés à un réseau monophasé de 220 V et sont alimentés par une branche.
Tableau 2 Si vous envisagez de connecter d'autres consommateurs à l'avenir, le tableau indique la puissance nécessaire des appareils ménagers courants (+).
La solution:
Le coefficient de simultanéité K est pris égal à 0,8. La cuisine est un lieu d’innovation constante, on ne sait jamais, le facteur de sécurité est J = 2.0. La puissance totale estimée sera:
P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW
En utilisant la valeur de la puissance estimée, nous cherchons la valeur la plus proche dans le tableau 1.
La valeur appropriée la plus proche de la section du conducteur pour un réseau monophasé est un conducteur en cuivre avec une section de 4 mm2. Même taille de fil avec âme en aluminium 6 mm2.
Pour un câblage à un conducteur, le diamètre minimum est de 2,3 mm et 2,8 mm, respectivement. Dans le cas de la version multicœur, la section de chaque conducteur est additionnée.
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Les cuisines sont généralement les plus puissantes consommatrices d’énergie et les appareils ménagers les moins «voraces».
Les salles de bains et les salles de bains combinées peuvent également disposer d'une quantité impressionnante d'équipements électriques.
En fonction de la puissance de l'unité technique, elle est alimentée par une ligne d'alimentation commune ou séparée. Les calculs sont effectués pour un groupe de prises, les consommateurs de lignes individuelles sont sélectionnés en fonction de la puissance
Sur le bloc de prises, alimenté par une seule ligne électrique, vous ne pouvez connecter que des appareils à faible puissance: mixeurs, sèche-cheveux, moulins à café, etc.
La connexion à une ligne d'alimentation séparée nécessite des micro-ondes, des plaques de cuisson et des fours électriques.
Le fonctionnement normal d’une machine à laver standard devrait être assuré par une ligne électrique séparée.
La pose obligatoire d'une branche d'alimentation séparée nécessite des réfrigérateurs et des cuisinières électriques
Dans les locaux hygiéniques, des lignes séparées sont installées pour le jacuzzi, des housses de bidet électroniques et des cabines de douche.
Pièce avec le nombre maximum d'électroménagers
Equipement technique des salles de bain et des salles de bain combinées
Connecter les gros consommateurs
Unité de prise pour équipement à faible puissance
La table de cuisson nécessite une connexion correcte.
Ligne électrique pour machine à laver
Lignes électriques séparées pour les réfrigérateurs
Puissants utilisateurs d'énergie dans les salles de bain et les salles de bain
Calcul de la section en cours
Les calculs de la section requise pour le courant et la puissance des câbles et des fils fourniront des résultats plus précis. Ces calculs permettent d’estimer l’effet global de divers facteurs sur les conducteurs, notamment la charge thermique, le type de fil, le type d’installation, les conditions de fonctionnement, etc.
L'ensemble du calcul est effectué au cours des étapes suivantes:
- choix de puissance de tous les consommateurs;
- calcul des courants traversant le conducteur;
- sélection d'une section appropriée en fonction des tableaux.
Pour cette version du calcul, la puissance des consommateurs de courant avec tension est prise en compte sans prendre en compte les facteurs de correction. Ils seront pris en compte lors de la synthèse du courant.
Étape 1 - Calcul de l'intensité du courant à l'aide de formules
Pour ceux qui ont oublié le cours de physique, nous proposons les formules de base sous forme de schéma graphique comme berceau visuel:
"Roue classique" montre clairement la relation entre les formules et l’interdépendance des caractéristiques du courant électrique (I - intensité du courant, P - puissance, U - tension, R - rayon du noyau)
Nous notons la dépendance de l'intensité du courant I sur la puissance P et la tension de ligne U:
I = p / ul,
Où
- Je - intensité actuelle, mesurée en ampères;
- P - puissance en watts;
- Ul - tension linéaire en volts.
La tension secteur dans le cas général dépend de la source d'alimentation, elle peut être monophasée ou triphasée.
La relation de tension linéaire et de phase:
- Ul = U * cosφ dans le cas d'une tension monophasée.
- Ul = U * √3 * cosφ dans le cas d'une tension triphasée.
Pour les consommateurs électriques domestiques, prenez cosφ = 1, afin de pouvoir réécrire la tension linéaire:
- Ul = 220 V pour tension monophasée.
- Ul = 380 V pour tension triphasée.
Ensuite, nous résumons tous les courants consommés selon la formule:
I = (I1 + I2 +... IN) * K * J,
Où
- Je - courant total en ampères;
- I1..IN - courant de chaque consommateur en ampères;
- K - coefficient de simultanéité;
- J - facteur de sécurité.
Les coefficients K et J ont les mêmes valeurs que celles utilisées dans le calcul de la puissance totale.
Il peut arriver qu'un courant de puissance inégale circule dans un réseau triphasé via des conducteurs de phase différents.
Cela se produit lorsque des consommateurs monophasés et triphasés sont connectés simultanément au câble triphasé. Par exemple, machine alimentée en triphasé et éclairage monophasé.
Une question naturelle se pose: comment, dans de tels cas, la section de fil de section transversale est calculée? La réponse est simple: les calculs sont effectués sur le noyau le plus chargé.
Étape n ° 2 - choisir la section appropriée par tableaux
Les règles de fonctionnement des installations électriques (PES) contiennent un certain nombre de tableaux permettant de sélectionner la section transversale souhaitée du noyau du câble.
La conductivité du conducteur dépend de la température. Pour les conducteurs métalliques à température croissante, la résistance augmente.
Lorsqu'un certain seuil est dépassé, le processus devient auto-supporté: plus la résistance est élevée, plus le plus la température est élevée, plus la résistance est élevée, etc. jusqu'à ce que le conducteur s'éteigne ou provoque un court-circuit fermeture
Les deux tableaux suivants (3 et 4) indiquent la section des conducteurs en fonction des courants et de la méthode d'installation.
Tableau 3 Tout d'abord, il est nécessaire de choisir le mode de pose des câbles, cela dépend de l'efficacité du refroidissement (+)
Le câble se distingue du fil par le fait qu'il comporte tous les conducteurs équipés de leur propre isolant, torsadés en faisceau et enfermés dans une gaine isolante commune. Plus de détails sur les différences et les types de produits de câbles sont écrits dans ce article.
Tableau 4 La méthode ouverte est indiquée pour toutes les valeurs de la section du conducteur, toutefois, dans la pratique, les sections inférieures à 3 mm2 ne sont pas disposées ouvertement pour des raisons de résistance mécanique (+)
Lors de l’utilisation des tableaux, les facteurs suivants sont appliqués au courant continu admissible:
- 0,68 si 5-6 ont vécu;
- 0,63 si 7 à 9 vivaient;
- 0.6 si 10-12 vivaient
Les facteurs de réduction sont appliqués aux valeurs des courants de la colonne "ouverte".
Les conducteurs de zéro et de terre ne sont pas inclus dans le nombre de conducteurs.
Selon les normes du PES, le choix de la section du conducteur zéro en fonction du courant continu admissible est effectué à au moins 50% du conducteur de phase.
Les deux tableaux suivants (5 et 6) montrent la dépendance du courant continu admissible lors de son installation dans le sol.
Tableau 5 En fonction du courant continu admissible pour les câbles en cuivre lors de la pose dans l'air ou au sol
La charge actuelle lors de la pose ouverte et lorsqu’elle est en retrait dans le sol, diffère. Ils sont pris égaux si la pose dans le sol est réalisée à l'aide de plateaux.
Tableau 6 En fonction du courant continu admissible pour les câbles en aluminium lors de la pose dans l'air ou au sol
Pour le dispositif de lignes d'alimentation temporaire (transportant, si pour un usage privé), le tableau suivant s'applique (7).
Tableau 7 Courant continu autorisé lors de l'utilisation de cordons de tuyau portables, de tuyaux de tuyau portables et de mines, de câbles anti-inondation, de câbles souples portables. Seul le conducteur en cuivre est utilisé.
Lors de la pose de câbles dans le sol, en plus des propriétés de dissipation de chaleur, la résistivité doit être prise en compte, comme indiqué dans le tableau suivant (8):
Tableau 8 Coefficient de correction en fonction du type et de la résistance spécifique du sol au courant continu admissible, lors du calcul de la section de câble (+)
Calcul et sélection de conducteurs en cuivre jusqu'à 6 mm2 ou aluminium jusqu'à 10 mm2 Il est conduit comme pour un courant continu.
Dans le cas de grandes sections, il est possible d'appliquer un facteur de réduction:
0,875 * √Тpv
où Tpv - le rapport entre la durée d'inclusion et la durée du cycle.
La durée de l'inclusion est prise à un taux ne dépassant pas 4 minutes. Dans ce cas, le cycle ne doit pas dépasser 10 minutes.
Lors du choix d'un câble de distribution d'électricité dans maison en bois Une attention particulière est portée à sa résistance au feu.
Étape n ° 3 - calcul de la section du conducteur par courant sur un exemple
Tâche: calculer la section requise câble de cuivre pour la connexion:
- 4000 W triphasé machine à bois;
- Poste de soudage triphasé 6000 W;
- appareils ménagers dans la maison avec une capacité totale de 25 000 watts;
La connexion se fera par un câble à cinq brins (conducteurs triphasés, un zéro et un à la terre), mis à la terre.
L'isolation du câble est calculée pour une valeur spécifique de la tension de fonctionnement. Il convient de noter que la tension de fonctionnement spécifiée par le fabricant pour son produit doit être supérieure à la tension de secteur.
La décision.
Étape # 1. Calculez la tension linéaire de la connexion triphasée:
Ul = 220 * √3 = 380 V
Étape n ° 2 Les appareils ménagers, la machine et la machine à souder ont une puissance réactive, la puissance des machines et des équipements sera donc:
Pceux = 25000 / 0,7 = 35700 W
Péquipement = 10 000 / 0,7 = 14 300 W
Étape 3. Courant requis pour connecter les appareils ménagers:
Jeceux = 35700/220 = 162 A
Étape # 4. Courant requis pour connecter l'équipement:
Jeéquipement = 14300/380 = 38 A
Étape 5. Le courant requis pour connecter les appareils ménagers est calculé au taux d'une phase. Selon l'état du problème, il y a trois phases. Par conséquent, le courant peut être distribué par phases. Pour plus de simplicité, supposons une distribution uniforme:
Jeceux = 162/3 = 54 A
Étape 6 Le courant attribuable à chaque phase:
Jef = 38 + 54 = 92 A
Étape # 7. L'équipement et les appareils ménagers ne fonctionneront pas en même temps, mais nous allons disposer d'un stock de 1,5. Après application des facteurs de correction:
Jef = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Étape 8 Bien que le câble ait 5 conducteurs, seuls les conducteurs triphasés sont pris en compte. D'après le tableau 8 de la colonne Câble à trois conducteurs dans le sol, nous constatons que le courant de 115 A correspond à la section transversale de l'âme de 16 mm2.
Étape # 9. Selon le tableau 8, nous appliquons le facteur de correction en fonction des caractéristiques du terrain. Pour un type de terrain normal, le coefficient est 1.
Étape # 10. Non obligatoire, nous calculons le diamètre du noyau:
D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm
Si le calcul a été effectué uniquement pour la puissance, sans tenir compte des caractéristiques de pose du câble, la section transversale de l'âme sera de 25 mm2. Le calcul de la force du courant est plus compliqué, mais il permet parfois d’économiser des sommes considérables, notamment en ce qui concerne les câbles électriques à conducteur
Sur la relation entre tension et courant peut être plus détaillé ici.
Calcul de chute de tension
Tout conducteur, à l'exception des supraconducteurs, présente une résistance. Par conséquent, avec une longueur de câble ou de fil suffisante, une chute de tension se produit.
Les normes PES exigent que la section du conducteur de câble soit telle que la chute de tension ne dépasse pas 5%.
Tableau 9 Résistance spécifique des conducteurs métalliques communs (+)
Tout d’abord, il s’agit de câbles basse tension de faible section.
Le calcul de la chute de tension est le suivant:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Upad = I * R,
U% = (Upad / Uling) * 100,
Où
- 2 - coefficient dû au fait que le courant passe obligatoirement par deux conducteurs;
- R - résistance du conducteur, ohm;
- ρ - résistivité du conducteur, Ohm * mm2/ m;
- S - section du conducteur, mm2;
- Upad - chute de tension, V;
- U% - chute de tension par rapport à Uling,%.
À l'aide de formules, vous pouvez effectuer indépendamment les calculs nécessaires.
Exemple de calcul de portage
Tâche: calculer la chute de tension pour un fil de cuivre avec une section de noyau unique de 1,5 mm2. Le fil est nécessaire pour connecter un appareil de soudage électrique monophasé d’une puissance totale de 7 kW. Longueur du fil 20 m.
Ceux qui souhaitent brancher une machine à souder domestique à la branche d’alimentation doivent tenir compte de la situation actuelle pour laquelle le câble utilisé est conçu. Il est possible que la puissance totale des périphériques en fonctionnement soit supérieure. La meilleure option consiste à connecter les consommateurs à des succursales individuelles.
Solution:
Étape # 1. Calculez la résistance du fil de cuivre en utilisant le tableau 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Étape n ° 2 Le courant traversant le conducteur:
I = 7000/220 = 31,8 A
Étape # 3. La chute de tension sur le fil:
Upad = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
Étape # 4. Calculez le pourcentage de chute de tension:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Conclusion: un conducteur de grande section est nécessaire pour connecter le poste de soudage.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Calcul de la section du conducteur selon les formules:
Recommandations d'experts sur le choix des produits de câble:
Les calculs ci-dessus sont valables pour les conducteurs en cuivre et en aluminium de qualité industrielle. Pour les autres types de conducteurs, le transfert de chaleur total est pré-calculé.
Sur la base de ces données, le courant maximal capable de traverser le conducteur est calculé sans provoquer de chauffage excessif.
Si vous avez des questions sur la méthode de calcul de la section de câble ou souhaitez partager votre expérience personnelle, veuillez laisser des commentaires sur cet article. Le bloc d'avis est situé ci-dessous.
