Kabelio skerspjūvio apskaičiavimas galios ir srovės atžvilgiu: formulės ir pavyzdžiai

Ar ketinate daryti elektros tinklo atnaujinimas ar papildomai prailginti elektros liniją prie virtuvės, kad prijungtumėte naują elektrinę viryklę? Tai bus naudinga minimali informacija apie laidininko skerspjūvį ir šio parametro poveikį galios ir srovės stiprumui.

Sutikite, kad netinkamas kabelio skerspjūvio apskaičiavimas sukelia perkaitimą ir trumpąjį jungimą arba nereikalingas išlaidas.

Labai svarbu atlikti skaičiavimus projektavimo etape, nes paslėptų laidų gedimas ir vėlesnis keitimas yra susiję su didelėmis sąnaudomis. Mes padėsime jums išspręsti skaičiavimų sudėtingumą, kad išvengtume problemų, susijusių su tolesniu elektros tinklų veikimu.

Siekdami neužkrauti jums sudėtingų skaičiavimų, mes paėmėme aiškias formules ir skaičiavimo galimybes, pateikiame informaciją prieinamoje formoje, pateikiant paaiškinimus formulėms. Be to, į straipsnį buvo pridėtos teminės nuotraukos ir vaizdo medžiagos, leidžiančios vizualiai suprasti svarstomo klausimo esmę.

Energijos vartotojų skerspjūvio apskaičiavimas

Pagrindinis laidininkų tikslas - elektros energijos tiekimas vartotojams reikiamu kiekiu. Kadangi superlaidininkai nėra prieinami įprastomis eksploatavimo sąlygomis, turime atsižvelgti į laidininko medžiagos atsparumą.

Reikalingo sekcijos apskaičiavimas laidininkai ir kabeliai priklausomai nuo bendros vartotojų galios, grindžiamos ilgalaike veiklos patirtimi.

Pradėjome bendrą skaičiavimo kursą, pirmiausia atlikdami skaičiavimus pagal formulę:

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

Kur

• P - visų vartotojų, prijungtų prie apskaičiuoto filialo, galia vatais.
• P1, P2, PN - pirmojo vartotojo galia, antra, atitinkamai n-oji, vatais.

Pasibaigus skaičiavimų rezultatui, naudojant aukščiau pateiktą formulę, buvo pasuktas kreiptis į lentelės duomenis.

Dabar turime pasirinkti reikiamą skyrių 1 lentelėje.

1 etapas - reaktyviosios ir aktyviosios galios apskaičiavimas

Vartotojų pajėgumai išvardyti įrangos dokumentuose. Paprastai įrangos pasuose nurodoma aktyvi galia kartu su reaktyvia galia.

Įrenginiai su aktyvia apkrova paverčia visą gautą elektros energiją, atsižvelgiant į efektyvumą, į naudingą darbą: mechaninę, šiluminę ar kitą jos rūšį.

Įrenginiai su aktyvia apkrova - tai kaitinamosios lempos, šildytuvai, elektrinės viryklės.

Tokiems prietaisams galios ir įtampos apskaičiavimas yra:

P = U * I,

Kur

• P - galia vatais;
• U - įtampa;
• I - srovė A.

Prietaisai su reaktyviosios apkrovos tipu gali kaupti energiją iš šaltinio ir tada sugrįžti. Toks keitimas vyksta dėl sinusoidinės srovės ir įtampos sinusoidų poslinkio.

Įrenginiai su reaktyvia galia apima elektrinius variklius, visų dydžių ir paskirties elektroninius prietaisus, transformatorius.

Elektriniai tinklai yra sukonstruoti taip, kad jie galėtų gaminti elektros energiją viena kryptimi nuo šaltinio iki krovinio.

Todėl vartotojo reaktyviosios apkrovos grąžinama energija yra parazitinė ir naudojama šildymo laidams ir kitiems komponentams.

Reaktyvioji galia priklauso nuo fazės poslinkio kampo tarp įtampos ir srovės sinusoidų. Fazės kampas išreiškiamas cosφ.

Jei norite rasti visą galią, naudokite formulę:

P = P_p / cosφ,

Kur P_p - reaktyvioji galia vatais.

Paprastai prietaiso paso duomenys rodo reaktyviąją galią ir cosφ.

Pavyzdys: perforatoriaus pase nurodyta, kad reaktyvioji galia yra 1200 W ir cosφ = 0,7. Todėl bendras energijos suvartojimas bus lygus:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Jei cosφ nerastas, daugumai buitinių prietaisų cosφ galima laikyti 0,7.

2 etapas - ieškoti vienalaikio ir maržos santykio

K - dimensijos vienalaikio koeficiento koeficientas rodo, kiek vartotojų vienu metu galima prijungti prie tinklo. Retai pasitaiko, kad visi prietaisai vienu metu suvartoja elektros energiją.

Televizijos ir muzikos centro veikimas vienu metu yra mažai tikėtinas. Pagal nusistovėjusią praktiką K gali būti lygus 0,8. Jei planuojate naudoti visus vartotojus tuo pačiu metu, K turėtų būti lygus 1.

J - dimensijos saugos koeficientas. Jis apibūdina galios rezervo sukūrimą būsimiems vartotojams.

Pažanga neužtikrina, kasmet išrado visus naujus nuostabius ir naudingus elektros prietaisus. Tikimasi, kad iki 2050 m. Elektros energijos vartojimo augimas bus 84%. Paprastai J laikoma nuo 1,5 iki 2,0.

# 3 etapas - atlikite skaičiavimus pagal geometrinį metodą

Visuose elektros skaičiavimuose imamas laidininko skerspjūvio plotas - pagrindinė dalis. Išmatuota mm².

Dažnai reikia išmokti teisingai apskaičiuoti vielos skersmuo vielos laidininkas.

Tokiu atveju yra paprasta geometrinė formulė, skirta apvalaus skerspjūvio monolitinei vielai:

S = π * R² = π * D²/4arba atvirkščiai

D = √ (4 * S / π)

Stačiakampiams laidininkams:

S = h * m,

Kur

• S - šerdies plotas mm²;
• R - šerdies spindulys mm;
• D - šerdies skersmuo mm;
• h, m - plotis ir aukštis atitinkamai mm;
• π - pi skaičius, lygus 3.14.

Jei įsigysite daugiasakį laidą, kuriame vienas laidininkas susideda iš susuktų apvalių laidų, tada skaičiavimas atliekamas pagal formulę:

S = N * D²/1,27,

Kur N - laidų skaičius venoje.

Laidai, susukti iš kelių venų laidų, paprastai yra geriausio laidumo, nei monolitiniai. Taip yra dėl srovės srauto per apskrito laidininko ypatumus.

Elektros srovė yra panašių įkrovimų judėjimas laidininku. Panašūs įkrovimai vienas kitą atstumia, todėl įkrovos pasiskirstymo tankis perkeliamas į laidininko paviršių.

Kitas pririšamų laidų privalumas yra jų lankstumas ir mechaninis atsparumas. Monolitiniai laidai yra pigesni ir dažniausiai naudojami stacionariam montavimui.

# 4 etapas - apskaičiuoti galios dalį praktikoje

Užduotis: Bendra vartotojų galia virtuvėje yra 5000 W (tai reiškia, kad visų reaktyvių vartotojų galia perskaičiuojama). Visi vartotojai yra prijungti prie vienfazio 220 V tinklo ir yra maitinami iš vieno filialo.

Sprendimas:

Vienalaikio K koeficientas yra lygus 0,8. Virtuvė yra nuolatinių naujovių vieta, niekada nežinote, saugos koeficientas yra J = 2,0. Bendra numatoma galia bus:

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

Naudojant apskaičiuotos galios vertę, ieškome artimiausios vertės 1 lentelėje.

Artimiausia tinkama vienfazio tinklo laido skerspjūvio vertė yra vario laidininkas, kurio skerspjūvis yra 4 mm.². Tokio pat dydžio viela su aliuminio šerdimi 6 mm².

Vienvandeniams laidams minimalus skersmuo yra atitinkamai 2,3 mm ir 2,8 mm. Daugiafunkcinės versijos atveju atskirų laidininkų skerspjūvis yra suminis.

Dabartinės sekcijos apskaičiavimas

Skaičiuojant reikalingą kabelių ir laidų srovės ir galios skerspjūvį, bus gauti tikslesni rezultatai. Tokie skaičiavimai leidžia įvertinti bendrą įvairių veiksnių poveikį laidininkams, įskaitant šiluminę apkrovą, laidų tipą, įrenginio tipą, eksploatavimo sąlygas ir kt.

Visas skaičiavimas atliekamas vykdant šiuos etapus:

• visų vartotojų galios pasirinkimas;
• srovių, einančių per laidininką, apskaičiavimas;
• tinkamo skerspjūvio parinkimas pagal lenteles.

Dėl šios skaičiavimo versijos esamų vartotojų įtampos galia neatsižvelgiama į korekcijos koeficientus. Į juos bus atsižvelgta apibendrinant srovę.

# 1 etapas - srovės stiprumo apskaičiavimas naudojant formules

Tiems, kurie pamiršo mokyklos fizikos kursą, siūlome pagrindines formules kaip grafinę schemą kaip vaizdinę lovelę:

Užrašome galios P ​​priklausomybę nuo galios P ​​ir linijos įtampos U:

I = p / u_l,

Kur

• I - srovės stiprumas, imamas amperais;
• P - galia vatais;
• U_l - tiesinė įtampa voltais.

Linijos įtampa bendroje byloje priklauso nuo maitinimo šaltinio, ji gali būti vienos ir trijų fazių.

Linijinės ir fazinės įtampos santykis:

1. U_l = U * cosφ vienos fazės įtampos atveju.
2. U_l = U * √3 * cosφ trifazės įtampos atveju.

Buitiniams elektros vartotojams vartoti cosφ = 1, todėl linijinę įtampą galima perrašyti:

1. U_l = 220 V vienos fazės įtampai.
2. U_l = 380 V trijų fazių įtampai.

Toliau apibendriname visas suvartotas sroves pagal formulę:

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

Kur

• I - bendra srovė amperais;
• I1..IN - kiekvieno vartotojo srovė amperais;
• K - lygiavertiškumo koeficientas;
• J - saugos veiksnys.

K ir J koeficientai turi tas pačias vertes, kurios buvo naudojamos apskaičiuojant bendrą galią.

Gali būti atvejis, kai nevienodos galios srovė per trifazį tinklą teka per skirtingus fazės laidininkus.

Taip atsitinka, kai vienfaziai ir trifaziai vartotojai yra prijungti prie trifazio kabelio vienu metu. Pavyzdžiui, trifazis variklis ir vienfazis apšvietimas.

Kyla natūralus klausimas: kaip tokiais atvejais apskaičiuojamas skerspjūvio laidas? Atsakymas yra paprastas - skaičiavimai atliekami ant labiausiai pakrautos šerdies.

2 etapas - pasirinkus atitinkamą skyrių pagal lenteles

Elektros įrenginių eksploatavimo taisyklėse (PES) pateikiamos kelios lentelės, skirtos pasirinkti pageidaujamą kabelio šerdies skerspjūvį.

Laidininko laidumas priklauso nuo temperatūros. Metaliniams laidininkams, kurių temperatūra didėja, padidėja atsparumas.

Kai viršijama tam tikra riba, procesas automatiškai palaikomas: kuo didesnis pasipriešinimas, kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis atsparumas ir tt kol laidininkas nudegs arba sukelia trumpą uždarymo

Toliau pateiktose dviejose lentelėse (3 ir 4) pavaizduota laidininkų skerspjūvis, priklausomai nuo srovių ir montavimo būdo.

Kabelis skiriasi nuo laido tuo, kad kabelis turi visus laidininkus, turinčius savo izoliaciją, susukti į ryšulį ir uždėti į bendrą izoliacinį apvalkalą. Daugiau informacijos apie kabelių gaminių skirtumus ir tipus yra parašyta straipsnį.

Naudojant lenteles, leistinoms nuolatinėms srovėms taikomi šie veiksniai:

• 0,68, jei gyveno 5-6;
• 0,63, jei gyveno 7-9;
• 0,6, jei gyveno 10-12

Sumažinimo koeficientai taikomi srovių reikšmėms iš „atviro“ stulpelio.

Nulinio ir įžeminimo laidininkai nėra įtraukti į laidininkų skaičių.

Pagal PES standartus, nulinio laidininko skerspjūvio pasirinkimas pagal leistiną nepertraukiamą srovę atliekamas kaip mažiausiai 50% fazinio laidininko.

Toliau pateiktose dviejose lentelėse (5 ir 6) parodoma leistinos nuolatinės srovės priklausomybė nuo to, kad ji yra žemės.

Srovės apkrova, kai atidaryta ir įdėta į žemę, skiriasi. Jos yra lygios, jei klojimas žemėje atliekamas naudojant padėklus.

Laikinųjų maitinimo linijų įrenginys (nešiojamas, jei naudojamas asmeniniam naudojimui) taikoma toliau pateikta lentelė (7).

Kai kabeliai padedami žemėje, be šilumos išsklaidymo savybių reikia atsižvelgti į varžą, kaip parodyta šioje lentelėje (8):

Varinių laidininkų skaičiavimas ir pasirinkimas iki 6 mm² arba aliuminio iki 10 mm² atliekamas kaip nuolatinės srovės.

Didelių sekcijų atveju galima taikyti sumažinimo koeficientą:

0,875 * √Т_pv

kur T_pv - įtraukimo trukmės ir ciklo trukmės santykis.

Įtraukimo trukmė neviršija 4 minučių. Tokiu atveju ciklas neturi viršyti 10 minučių.

Renkantis elektros skirstymo kabelį medinis namas Ypatingas dėmesys skiriamas jo atsparumui ugniai.

# 3 etapas - laido skerspjūvio skaičiavimas pagal srovę

Užduotis: apskaičiuoti reikiamą skyrių vario kabelis prijungimui:

• 4000 W trifazio medienos apdirbimo mašina;
• 6000 W trifazio suvirinimo aparatas;
• namų apyvokos prietaisai, kurių bendra talpa yra 25 000 vatų;

Sujungimas bus atliekamas penkių gyslų kabeliu (trys fazės laidininkai, vienas nulis ir vienas žemės paviršius), sumontuoti į žemę.

Sprendimas.

# 1 žingsnis. Apskaičiuokite trifazės jungties tiesinę įtampą:

U_l = 220 * √3 = 380 V

# 2 žingsnis. Buitinė technika, mašinų ir suvirinimo aparatas turi reaktyviąją galią, todėl mašinų ir įrangos galia bus:

P_tuos = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_įranga = 10 000 / 0,7 = 14,300 W

# 3 žingsnis. Srovė, reikalinga buitiniams prietaisams prijungti:

I_tuos = 35700/220 = 162 A

# 4 žingsnis. Esama įranga, reikalinga įrangai prijungti:

I_įranga = 14300/380 = 38 A

# 5 žingsnis. Reikiama srovė, skirta sujungti buitinius prietaisus, apskaičiuojama pagal vienos fazės greitį. Pagal problemos sąlygą yra trys etapai. Todėl srovė gali būti paskirstyta fazėse. Siekiant paprastumo, prisiimkite vienodą paskirstymą:

I_tuos = 162/3 = 54 A

# 6 žingsnis. Dabartinis kiekvieno etapo priskyrimas:

I_f = 38 + 54 = 92 A

7 žingsnis. Įrenginiai ir buitiniai prietaisai neveiks tuo pačiu metu, tačiau mes nustatysime 1,5 atsargų. Taikant pataisos koeficientus:

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

8 žingsnis. Nors kabelis turi 5 šerdis, atsižvelgiama tik į tris fazių laidus. Pagal stulpelio 3 stulpelio kabelio 8 lentelę žemėje matome, kad srovė 115 A atitinka šerdies skerspjūvį 16 mm².

# 9 žingsnis. Pagal 8 lentelę, mes naudojame korekcijos koeficientą, priklausomai nuo žemės savybių. Normaliam žemės tipui koeficientas yra 1.

# 10 žingsnis. Ne privaloma, apskaičiuojame pagrindinį skersmenį:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jei skaičiavimas buvo atliktas tik galingumui, neatsižvelgiant į kabelių klojimo ypatybes, šerdies skerspjūvis bus 25 mm². Srovės stiprumo apskaičiavimas yra sudėtingesnis, tačiau kartais taupo daug pinigų, ypač kai tai susiję su priverstiniais kabeliais.

Dėl įtampos ir srovės santykio gali būti išsamesnė čia.

Įtampos kritimo skaičiavimas

Bet kuris laidininkas, išskyrus superlaidininkus, turi atsparumą. Todėl esant pakankamam kabelio ar laido ilgiui, atsiranda įtampos kritimas.

ESP standartai reikalauja, kad kabelio laido skerspjūvis būtų toks, kad įtampos kritimas būtų ne didesnis kaip 5%.

Pirmiausia tai susiję su mažos įtampos kabeliais.

Įtampos kritimo apskaičiavimas yra toks:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_padas = I * R,

U_% = (U_padas / U_ling) * 100,

Kur

• 2 - koeficientas dėl to, kad srovė teka būtinai per du laidininkus;
• R - laidininko atsparumas, omas;
• ρ - laidininko atsparumas, Ohm * mm²/ m;
• S - laido sekcija, mm²;
• U_padas - įtampos kritimas, V;
• U_% - įtampos kritimas, palyginti su U_ling,%.

Naudodami formules galite savarankiškai atlikti būtinus skaičiavimus.

Atlikite skaičiavimo pavyzdį

Užduotis: apskaičiuoti varinės vielos įtampos kritimą, kurio skerspjūvis yra 1,5 mm². Viela reikalinga vienfazio elektrinio suvirinimo aparato, kurio bendra galia yra 7 kW, prijungimui. Vielos ilgis 20 m.

Sprendimas:

# 1 žingsnis. Apskaičiuokite varinės vielos atsparumą, naudojant 9 lentelę:

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

# 2 žingsnis. Srovė, tekanti per laidininką:

I = 7000/220 = 31,8 A

# 3 žingsnis. Įtampos sumažėjimas ant vielos:

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

# 4 žingsnis. Apskaičiuokite įtampos kritimo procentą:

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

Išvada: suvirinimo aparato prijungimui reikia didelės skerspjūvio laidininko.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas tema

Laidininko skerspjūvio apskaičiavimas pagal formules:

Ekspertų rekomendacijos dėl kabelių gaminių parinkimo:

Pirmiau pateikti skaičiavimai galioja vario ir aliuminio laidininkams. Kitų tipų laidams iš anksto apskaičiuojamas visas šilumos perdavimas.

Remiantis šiais duomenimis, didžiausia srovė, galinti tekėti per laidininką, apskaičiuojama nesukeliant per didelio kaitinimo.

Jei turite kokių nors klausimų apie kabelio sekcijos apskaičiavimo būdą arba norite dalytis asmenine patirtimi, palikite komentarus apie šį straipsnį. Toliau pateikiamas atsiliepimų blokas.