Kabeļa šķērsgriezuma aprēķināšana jaudas un strāvas gadījumā: formulas un piemēri

Vai jūs plānojat to darīt elektrotīkla modernizācija vai papildus izstiepiet elektrības līniju uz virtuvi, lai pievienotu jaunu elektrisko plīti? Tas būs noderīgs minimālais zināšanas par vadītāja šķērsgriezumu un šā parametra ietekmi uz jaudu un strāvas stiprumu.

Piekrītu, ka nepareiza kabeļa šķērsgriezuma aprēķināšana noved pie pārkaršanas un īssavienojuma vai nevajadzīgas izmaksas.

Ir ļoti svarīgi veikt aprēķinus projektēšanas stadijā, jo slēptās vadu atteice un turpmākā nomaiņa ir saistīta ar ievērojamām izmaksām. Mēs palīdzēsim Jums risināt aprēķinu sarežģītību, lai izvairītos no problēmām elektroenerģijas tīklu turpmākajā darbībā.

Lai netiktu apgrūtināti ar sarežģītiem aprēķiniem, mēs izvēlējāmies skaidras formulas un skaitļošanas iespējas, sniedzām informāciju pieejamā formā, sniedzot paskaidrojumus formulām. Tāpat rakstam tika pievienoti tematiskie fotoattēli un video materiāli, kas ļauj vizuāli izprast aplūkojamā jautājuma būtību.

Enerģijas patērētāju aprēķins

Vadītāju galvenais mērķis - elektroenerģijas piegāde patērētājiem nepieciešamajā daudzumā. Tā kā supravadītāji nav pieejami normālos ekspluatācijas apstākļos, ir jāņem vērā vadītāja materiāla pretestība.

Nepieciešamās iedaļas aprēķins vadi un kabeļi atkarībā no patērētāju kopīgās jaudas, pamatojoties uz ilgstošu ekspluatācijas pieredzi.

Mēs sākam vispārējo aprēķinu gaitu, vispirms veicot aprēķinus, izmantojot formulu:

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

Kur

• P - visu patērēto, kas pieslēgti aprēķinātajai filiālei, jauda vatos.
• P1, P2, PN - pirmā patērētāja jauda, ​​otrkārt, n-t, vatos.

Pēc rezultātu iegūšanas aprēķinu beigās, izmantojot iepriekš minēto formulu, bija pagrieziens uz tabulas datiem.

Tagad mums ir jāizvēlas vajadzīgā sadaļa 1. tabulā.

1. posms - reaktīvās un aktīvās jaudas aprēķins

Patērētāju iespējas ir uzskaitītas iekārtas dokumentos. Parasti iekārtas pasēs norāda aktīvo jaudu, kā arī reaktīvo jaudu.

Ierīces ar aktīvu slodzi pārveido visu saņemto elektroenerģiju, ņemot vērā efektivitāti, lietderīgā darbā: mehāniskā, termiskā vai cita veida darbībā.

Ierīces ar aktīvo slodzi ir kvēlspuldzes, sildītāji, elektriskās krāsnis.

Šādu ierīču jaudas un sprieguma jaudas aprēķins ir:

P = U * I,

Kur

• P - jauda vatos;
• U - spriegums;
• I - strāva A.

Ierīces ar reaktīvo slodzi var uzkrāt enerģiju no avota un pēc tam atgriezties. Šāda apmaiņa notiek sinusoidālās strāvas un sprieguma sinusoidu pārvietošanas dēļ.

Ierīces ar reaktīvo jaudu ir elektromotori, visu izmēru un mērķu elektroniskās ierīces, transformatori.

Elektriskie tīkli ir konstruēti tā, lai tie varētu ražot elektroenerģijas pārvades virzienu vienā virzienā no avota līdz slodzei.

Tāpēc patērētājam atgrieztā enerģija ar reaktīvo slodzi ir parazitāra un tiek izlietota siltuma vadiem un citiem komponentiem.

Reaktīvajai jaudai ir atkarība no fāzes nobīdes leņķa starp spriegumu un strāvas sinusoīdiem. Fāzes leņķis ir izteikts kā cosφ.

Lai atrastu pilnu jaudu, izmantojiet formulu:

P = P_p / cosφ,

Kur P_p - reaktīvā jauda vatos.

Parasti ierīces pases datos norāda reaktīvo jaudu un cosφ.

Piemērs: perforatora pasē norādīts reakcijas spēks 1200 W un cosφ = 0,7. Līdz ar to kopējais enerģijas patēriņš būs vienāds ar:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Ja cosφ nevar atrast, vairumam mājsaimniecības ierīču cosφ var uzskatīt par 0,7.

2. posms - meklēt vienlaicīguma un starpības koeficientus

K - vienlaicīguma vienādojuma koeficients parāda, cik daudz patērētāju var vienlaikus pieslēgties tīklam. Reti notiek, ka visas ierīces vienlaicīgi patērē elektrību.

Televīzijas un mūzikas centra vienlaicīga darbība ir maz ticama. No iedibinātās prakses K var būt līdzvērtīgs 0,8. Ja jūs plānojat izmantot visus patērētājus vienlaicīgi, K ir jāņem 1.

J - bezdimensiju drošības faktors. Tas raksturo jaudas rezerves izveidi nākotnes patērētājiem.

Progress nenotiek, katru gadu izgudroja visas jaunās pārsteidzošās un noderīgās elektroierīces. Paredzams, ka līdz 2050. gadam elektroenerģijas patēriņa pieaugums būs 84%. Parasti tiek pieņemts, ka J ir no 1,5 līdz 2,0.

3. solis - veiciet aprēķinu, izmantojot ģeometrisko metodi

Visos elektriskajos aprēķinos tiek ņemts vadītāja šķērsgriezuma laukums - kodols. Izmērīts mm².

Bieži ir nepieciešams uzzināt, kā pareizi aprēķināt stieples diametrs vadu vads.

Šādā gadījumā ir vienkārša ģeometriska formula apļveida šķērsgriezuma monolītajam vadam:

S = π * R² = π * D²/4vai otrādi

D = √ (4 * S / π)

Taisnstūra vadītājiem:

S = h * m,

Kur

• S - kodols, izteikts mm²;
• R - kodola rādiuss mm;
• D - serdes diametrs mm;
• h, m - attiecīgi platums un augstums mm;
• π - pi skaits, vienāds ar 3.14.

Ja iegādājaties daudzdzīslu vadu, kurā viens vadītājs sastāv no vītā apaļo vadu komplekta, tad aprēķins tiek veikts pēc formulas:

S = N * D²/1,27,

Kur N - vadu skaits vēnā.

Vadiem, kas savīti no vairākiem vēnas vadiem, parasti ir vislabākā vadītspēja, nekā monolīti. Tas ir saistīts ar strāvas plūsmas īpatnībām caur apaļu vadītāju.

Elektriskā strāva ir līdzīgu lādiņu kustība gar vadītāju. Līdzīgi lādiņi atvaira viens otru, tāpēc lādiņu sadalījuma blīvums tiek novirzīts uz vadītāja virsmu.

Vēl viena vilnas stiepļu priekšrocība ir to elastība un mehāniskā izturība. Monolītie vadi ir lētāki un tiek izmantoti galvenokārt stacionārai instalācijai.

4. posms - aprēķināt jaudas sadaļu praksē

Uzdevums: Patērētāju kopējā jauda virtuvē ir 5000 W (tas nozīmē, ka visu reaktīvo patērētāju jauda tiek pārrēķināta). Visi patērētāji ir pieslēgti vienfāzes tīklam 220 V un tiek darbināti no vienas filiāles.

Risinājums:

Vienlaicīguma K koeficients ir vienāds ar 0,8. Virtuve ir pastāvīgas inovācijas vieta, jūs nekad nezināt, drošības faktors ir J = 2,0. Kopējā paredzamā jauda būs:

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

Izmantojot aprēķinātās jaudas vērtību, mēs meklējam tuvāko vērtību 1. tabulā.

Vienas fāzes tīkla vadu šķērsgriezuma tuvākā piemērotā vērtība ir vara vads ar šķērsgriezumu 4 mm.². Tāda pati stieple ar alumīnija serdi 6 mm².

Vienu vadu vadiem minimālais diametrs ir attiecīgi 2,3 mm un 2,8 mm. Daudzkodolu versijas gadījumā atsevišķo vadītāju šķērsgriezums tiek summēts.

Pašreizējās iedaļas aprēķins

Nepieciešamo šķērsgriezumu aprēķins kabeļu un vadu strāvai un jaudai nodrošinās precīzākus rezultātus. Šādi aprēķini ļauj novērtēt dažādu faktoru kopējo ietekmi uz vadītājiem, ieskaitot siltuma slodzi, stiepļu veidu, iekārtas veidu, ekspluatācijas apstākļus utt.

Visu aprēķinu veic šādos posmos:

• visu patērētāju pilnvaras;
• caur strāvu, kas iet caur vadītāju, aprēķina;
• piemērota šķērsgriezuma izvēle atbilstoši tabulām.

Šai aprēķina versijai tiek izmantoti pašreizējie patērētāji ar spriegumu, neņemot vērā korekcijas koeficientus. Tie tiks ņemti vērā, summējot pašreizējo.

1. posms - pašreizējā stipruma aprēķināšana, izmantojot formulas

Tie, kuri ir aizmirsuši skolas fizikas kursu, piedāvājam pamatformulas grafiskās shēmas veidā kā vizuālo bērnu gultiņu:

Mēs pierakstām strāvas stipruma I atkarību no jaudas P un līnijas sprieguma U:

I = p / u_l,

Kur

• I - strāvas stiprums, ņemts ampēros;
• P - jauda vatos;
• U_l - lineārais spriegums voltos.

Līnijas spriegums vispārējā gadījumā ir atkarīgs no barošanas avota, tas var būt viena un trīs fāze.

Lineārās un fāzes sprieguma attiecība:

1. U_l = U * cosφ vienfāzes sprieguma gadījumā.
2. U_l = U * √3 * cosφ trīsfāžu sprieguma gadījumā.

Sadzīves elektroenerģijas patērētājiem ir cosφ = 1, tāpēc lineāro spriegumu var pārrakstīt:

1. U_l = 220 V vienfāzes spriegumam.
2. U_l = 380 V trīsfāžu spriegumam.

Turklāt mēs apkopojam visas patērētās strāvas saskaņā ar formulu:

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

Kur

• I - kopējā strāva ampēros;
• I1..IN - katra patērētāja strāva ampēros;
• K - vienlaicīguma koeficients;
• J - drošības faktors.

Koeficientiem K un J ir tādas pašas vērtības, kādas tika izmantotas, aprēķinot kopējo jaudu.

Var būt gadījums, kad nevienlīdzīgas jaudas strāva caur trīsfāžu tīklu caur dažādiem fāzes vadiem.

Tas notiek, ja vienfāzes un trīsfāžu patērētāji vienlaicīgi ir savienoti ar trīsfāžu kabeli. Piemēram, trīsfāžu mehānisms un vienfāzes apgaismojums.

Rodas dabisks jautājums: kā šādos gadījumos tiek aprēķināta šķērsgriezuma vadu daļa? Atbilde ir vienkārša - aprēķini tiek veikti uz visvairāk ielādēta kodola.

2. posms - atbilstošās sadaļas izvēle pa tabulām

Elektroiekārtu ekspluatācijas noteikumos (PES) ir vairākas tabulas, lai izvēlētos kabeļa kodola vēlamo šķērsgriezumu.

Vadītāja vadītspēja ir atkarīga no temperatūras. Metāliskiem vadītājiem ar paaugstinātu temperatūru palielinās pretestība.

Ja tiek pārsniegts noteikts slieksnis, process tiek automātiski atbalstīts: jo augstāka ir pretestība jo augstāka temperatūra, jo augstāka ir pretestība utt. līdz vadītājs sadeg, vai izraisa īsu slēgšanu

Turpmākajās divās tabulās (3 un 4) parādīts vadītāju šķērsgriezums atkarībā no strāvas un uzstādīšanas metodes.

Kabelis atšķiras no stieples tā, ka kabelim ir visi vadi, kas ir aprīkoti ar savu izolāciju, savīti saišķos un iekļauti kopējā izolācijas apvalkā. Plašāka informācija par kabeļu produktu atšķirībām un veidiem ir rakstīta šajā rakstā rakstu.

Izmantojot tabulas, pieļaujamai nepārtrauktai strāvai piemēro šādus faktorus:

• 0,68, ja dzīvo 5-6;
• 0,63, ja dzīvoja 7-9;
• 0,6, ja dzīvo 10-12

Samazināšanas koeficienti tiek piemēroti strāvu vērtībām no "atvērta" kolonnas.

Nulles un zemējuma vadi nav iekļauti vadu skaitā.

Saskaņā ar PES standartiem nulles vada šķērsgriezuma izvēle saskaņā ar pieļaujamo nepārtraukto strāvu tiek veidota kā vismaz 50% no fāzes vadītāja.

Turpmākajās divās tabulās (5 un 6) ir redzama pieļaujamās nepārtrauktās strāvas atkarība, to uzliekot zemē.

Strāvas slodze, atverot atveri un iegremdējot zemē, atšķiras. Tie tiek ņemti vienādi, ja ieklāšana zemē tiek veikta, izmantojot paplātes.

Pagaidu elektroapgādes līniju ierīcei (kas pārvadā, ja to izmanto privātām vajadzībām) piemēro šādu tabulu (7).

Ja kabeļus novieto zemē, papildus siltuma izkliedes īpašībām jāņem vērā arī rezistence, kā tas parādīts tabulā (8):

Varu vadu aprēķināšana un izvēle līdz 6 mm² vai alumīnija līdz 10 mm² To veic kā nepārtrauktu strāvu.

Lielu sadaļu gadījumā ir iespējams piemērot samazinājuma koeficientu:

0,875 * √Т_pv

kur T_pv - iekļaušanas ilguma attiecība pret cikla ilgumu.

Iekļaušanas ilgums tiek ņemts ar ātrumu, kas nepārsniedz 4 minūtes. Šajā gadījumā cikls nedrīkst pārsniegt 10 minūtes.

Izvēloties kabeli elektrības sadalei koka māja Īpaša uzmanība tiek pievērsta tās ugunsizturībai.

3. posms - vadītāja šķērsgriezuma aprēķins, izmantojot strāvu

Uzdevums: aprēķināt nepieciešamo sadaļu vara kabelis savienošanai:

• 4000 W trīsfāžu kokapstrādes mašīna;
• 6000 W trīsfāžu metināšanas iekārta;
• mājsaimniecības ierīces mājā ar kopējo jaudu 25 000 vatu;

Savienojums tiks izveidots ar piecu serdeņu kabeli (trīsfāžu vadi, viens nulle un viens zeme), kas atrodas zemē.

Lēmums.

1. solis. Aprēķiniet trīsfāžu savienojuma lineāro spriegumu:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2. solis. Sadzīves ierīcēm, mašīnām un metināšanas iekārtām ir reaktīvā jauda, ​​tāpēc mašīnu un iekārtu jauda būs:

P_tiem = 25000 / 0,7 = 35700 W

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

3. solis. Nepieciešamā strāva sadzīves tehnikas savienošanai:

I_tiem = 35700/220 = 162 A

4. solis. Pašreizējais aprīkojums, kas nepieciešams, lai savienotu iekārtas:

I_aprīkojumu = 14300/380 = 38 A

5. solis. Nepieciešamā strāva sadzīves tehnikas savienošanai tiek aprēķināta pēc vienas fāzes ātruma. Pēc problēmas stāvokļa ir trīs fāzes. Tāpēc strāvu var sadalīt fāzēs. Vienkāršības labad pieņemiet vienotu izplatīšanu:

I_tiem = 162/3 = 54 A

6. solis. Pašreizējā daļa, kas attiecināma uz katru posmu:

I_f = 38 + 54 = 92 A

7. solis. Iekārtas un sadzīves tehnika nedarbosies vienlaicīgi, bet mēs nodrošināsim 1.5. Pēc korekcijas koeficientu piemērošanas:

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

8. solis. Kaut arī kabelim ir 5 serdeņi, tiek ņemti vērā tikai trīs fāžu vadi. Saskaņā ar 8. tabulu trijstūra kabeļa kolonnā zemē mēs konstatējam, ka strāva 115 A atbilst serdes šķērsgriezumam 16 mm².

9. solis. Saskaņā ar 8. tabulu mēs izmantojam korekcijas koeficientu atkarībā no zemes īpašībām. Parastam zemes tipam koeficients ir 1.

10. solis. Nav obligāts, mēs aprēķinām kodola diametru:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Ja aprēķins tika veikts tikai jaudai, neņemot vērā kabeļu uzlikšanas īpašības, serdeņa šķērsgriezums būs 25 mm². Strāvas stipruma aprēķins ir sarežģītāks, bet dažreiz tas ietaupa ievērojamus naudas līdzekļus, it īpaši, ja runa ir par strāvas kabeļiem.

Par attiecību starp spriegumu un strāvu var būt detalizētāka šeit.

Sprieguma kritums

Jebkuram vadītājam, izņemot supravadītājus, ir pretestība. Tāpēc ar pietiekamu kabeļa vai stieples garumu rodas sprieguma kritums.

PES standarti nosaka, ka kabeļa vadu šķērsgriezumam jābūt tādam, lai sprieguma kritums nepārsniegtu 5%.

Pirmkārt, tas attiecas uz mazas sprieguma kabeļiem ar mazu daļu.

Sprieguma krituma aprēķins ir šāds:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_spilventiņu = I * R,

U_% = (U_spilventiņu / U_ling) * 100,

Kur

• 2 - koeficients, kas saistīts ar faktu, ka strāva vienmēr iziet cauri diviem vadītājiem;
• R - vadītāja pretestība;
• ρ - vadītāja pretestība, Ohm * mm²/ m;
• S - vadu sekcija, mm²;
• U_spilventiņu - sprieguma kritums, V;
• U_% - sprieguma kritums attiecībā pret U_ling,%.

Izmantojot formulas, jūs varat patstāvīgi veikt nepieciešamos aprēķinus.

Veikt aprēķinu piemēru

Uzdevums: aprēķināt vara stieples sprieguma kritumu, kura šķērsgriezums ir 1,5 mm². Vads ir nepieciešams, lai savienotu vienfāzes elektriskās metināšanas iekārtas ar kopējo jaudu 7 kW. Vadu garums 20 m.

Risinājums:

1. solis. Aprēķiniet vara stieples pretestību, izmantojot 9. tabulu:

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

2. solis. Strāvu, kas plūst caur vadītāju:

I = 7000/220 = 31,8 A

3. solis. Sprieguma kritums uz vadu:

U_spilventiņu = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

4. solis. Aprēķiniet sprieguma krituma procentu:

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

Secinājums: metināšanas iekārtas savienošanai ir nepieciešams vadītājs ar lielu šķērsgriezumu.

Secinājumi un noderīgs video par šo tēmu

Vadītāja šķērsgriezuma aprēķins pēc formulām:

Ekspertu ieteikumi par kabeļu izstrādājumu izvēli:

Iepriekš minētie aprēķini ir derīgi rūpnieciski ražotiem vara un alumīnija vadiem. Citu veidu vadītājiem pilnīga siltuma pārnešana ir iepriekš aprēķināta.

Pamatojoties uz šiem datiem, aprēķina maksimālo strāvu, kas var izplūst caur vadu, neradot pārmērīgu sildīšanu.

Ja jums ir kādi jautājumi par kabeļa daļas aprēķināšanas metodi vai vēlaties dalīties personiskajā pieredzē, lūdzu, atstājiet komentārus par šo rakstu. Pārskatu bloks atrodas zemāk.