Obliczanie przekroju kabla dla mocy i prądu: wzory i przykłady

Planujesz to zrobić modernizacja sieci energetycznej lub dodatkowo rozciągnij linię energetyczną do kuchni, aby podłączyć nową kuchenkę elektryczną? Będzie to przydatna minimalna wiedza na temat przekroju przewodu i wpływu tego parametru na moc i natężenie prądu.

Zgadzam się, że nieprawidłowe obliczenie przekroju kabla prowadzi do przegrzania i zwarcia lub do niepotrzebnych kosztów.

Bardzo ważne jest przeprowadzenie obliczeń na etapie projektowania, ponieważ awaria ukrytego okablowania i późniejsza wymiana wiąże się ze znacznymi kosztami. Pomożemy Ci poradzić sobie z zawiłościami obliczeń, aby uniknąć problemów w dalszej eksploatacji sieci elektrycznych.

Aby nie obciążać cię skomplikowanymi obliczeniami, wybraliśmy jasne formuły i opcje obliczeniowe, przekazaliśmy informacje w przystępnej formie, podając wyjaśnienia formuł. Do artykułu dodano także zdjęcia tematyczne i materiały wideo, co pozwoliło na wizualne zrozumienie istoty rozważanego zagadnienia.

Obliczanie przekroju odbiorników mocy

Głównym celem przewodów - dostawa energii elektrycznej do odbiorców w wymaganej ilości. Ponieważ nadprzewodniki nie są dostępne w normalnych warunkach pracy, konieczne jest uwzględnienie rezystancji materiału przewodnika.

Obliczanie wymaganej sekcji przewody i kable w zależności od całkowitej mocy konsumentów w oparciu o długoterminowe doświadczenia eksploatacyjne.

Ogólny przebieg obliczeń rozpoczynamy od wykonania obliczeń według wzoru:

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

Gdzie

• P - moc wszystkich odbiorników podłączonych do obliczonej gałęzi w watach.
• P1, P2, PN - moc pierwszego konsumenta, odpowiednio drugi, n-ty, w watach.

Po uzyskaniu wyniku na końcu obliczeń przy użyciu powyższego wzoru przyszła kolej na dane tabelaryczne.

Teraz musimy wybrać konieczną sekcję w tabeli 1.

Etap # 1 - obliczanie mocy biernej i czynnej

Pojemności konsumentów są wymienione w dokumentach urządzenia. Zwykle w paszportach sprzętu wskazywano moc czynną wraz z mocą bierną.

Urządzenia z aktywnym rodzajem obciążenia przekształcają całą otrzymaną energię elektryczną, biorąc pod uwagę wydajność, w użyteczną pracę: mechaniczną, termiczną lub inną.

Do urządzeń z aktywnym obciążeniem należą żarówki, grzejniki, piece elektryczne.

Dla takich urządzeń obliczanie mocy przez prąd i napięcie wynosi:

P = U * I,

Gdzie

• P - moc w watach;
• U - napięcie w;
• Ja - prąd w A.

Urządzenia z obciążeniem reaktywnym mogą gromadzić energię ze źródła, a następnie powracać. Taka wymiana następuje z powodu przemieszczenia sinusoidy prądu i napięcia sinusoidy.

Urządzenia z mocą bierną obejmują silniki elektryczne, urządzenia elektroniczne wszystkich rozmiarów i celów, transformatory.

Sieci elektryczne są skonstruowane w taki sposób, że mogą wytwarzać przesył energii elektrycznej w jednym kierunku od źródła do obciążenia.

Dlatego też energia zwrotna odbiorcy z obciążeniem biernym jest pasożytnicza i jest zużywana na przewody grzejne i inne elementy.

Moc bierna ma zależność od kąta przesunięcia fazowego między sinusoidami napięcia i prądu. Kąt fazowy wyrażony jest w cosφ.

Aby znaleźć pełną moc, zastosuj formułę:

P = P_str / cosφ,

Gdzie P_str - moc bierna w watach.

Zazwyczaj w danych paszportowych na urządzeniu wskazano moc bierną i cosφ.

Przykład: w paszporcie perforatora wskazano moc bierną 1200 W i cosφ = 0,7. W związku z tym całkowite zużycie energii będzie równe:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Jeśli nie można znaleźć cosφ, dla większości urządzeń gospodarstwa domowego cosφ można przyjąć jako 0,7.

Etap 2 - poszukiwanie równoczesności i wskaźników marży

K - bezwymiarowy współczynnik równoczesności, pokazuje, ilu konsumentów można jednocześnie podłączyć do sieci. Rzadko zdarza się, że wszystkie urządzenia jednocześnie zużywają energię elektryczną.

Jednoczesne działanie telewizora i centrum muzycznego jest mało prawdopodobne. Z przyjętej praktyki można przyjąć K równą 0,8. Jeśli planujesz używać wszystkich konsumentów w tym samym czasie, K powinno być równe 1.

J - bezwymiarowy współczynnik bezpieczeństwa. Charakteryzuje tworzenie rezerwy mocy dla przyszłych konsumentów.

Postęp nie stoi w miejscu, co roku wymyślono wszystkie nowe, niesamowite i użyteczne urządzenia elektryczne. Oczekuje się, że do 2050 r. Wzrost zużycia energii elektrycznej wyniesie 84%. Zwykle przyjmuje się, że J wynosi od 1,5 do 2,0.

Etap 3 - wykonaj obliczenia metodą geometryczną

We wszystkich obliczeniach elektrycznych przyjmuje się pole przekroju poprzecznego przewodnika - sekcja rdzeniowa. Zmierzone w mm².

Często konieczne jest nauczenie się prawidłowego obliczania średnica drutu przewód drutowy.

W tym przypadku istnieje prosty wzór geometryczny dla monolitycznego drutu o okrągłym przekroju poprzecznym:

S = π * R² = π * D²/4lub odwrotnie

D = √ (4 * S / π)

W przypadku przewodów prostokątnych:

S = h * m,

Gdzie

• S - powierzchnia rdzenia w mm²;
• R - promień rdzenia w mm;
• D - średnica rdzenia w mm;
• h, m - odpowiednio szerokość i wysokość w mm;
• π - liczba pi, równa 3,14.

W przypadku nabycia drutu wielordzeniowego, w którym jeden przewodnik składa się z zestawu skręconych okrągłych drutów, obliczenia wykonuje się według wzoru:

S = N * D²/1,27,

Gdzie N - liczba przewodów w żyle.

Druty skręcone z kilku drutów żyły, w ogólnym przypadku mają najlepszą przewodność niż monolityczne. Wynika to ze specyfiki przepływu prądu przez przewodnik kołowy.

Prąd elektryczny to ruch podobnych ładunków wzdłuż przewodnika. Podobne ładunki odpychają się wzajemnie, dlatego gęstość rozkładu ładunku jest przesunięta na powierzchnię przewodnika.

Kolejną zaletą linek jest ich elastyczność i odporność mechaniczna. Monolityczne druty są tańsze i są używane głównie do montażu stacjonarnego.

Etap 4 - w praktyce oblicz sekcję mocy

Zadanie: Całkowita moc konsumentów w kuchni wynosi 5000 W (co oznacza, że ​​moc wszystkich odbiorników reaktywnych jest ponownie obliczana). Wszyscy odbiorcy są podłączeni do sieci jednofazowej 220 V i są zasilani z jednego oddziału.

Rozwiązanie:

Współczynnik równoczesności K przyjmuje się równy 0,8. Kuchnia jest miejscem ciągłych innowacji, nigdy nie wiadomo, współczynnik bezpieczeństwa wynosi J = 2,0. Całkowita szacowana moc będzie:

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

Korzystając z wartości szacowanej mocy, szukamy najbliższej wartości w tabeli 1.

Najbliższą odpowiednią wartością przekroju przewodu dla sieci jednofazowej jest przewód miedziany o przekroju 4 mm². Ten sam rozmiar drutu z rdzeniem aluminiowym 6 mm².

W przypadku przewodów jednożyłowych minimalna średnica wynosi odpowiednio 2,3 mm i 2,8 mm. W przypadku wersji wielordzeniowej przekrój poszczególnych przewodów jest sumowany.

Obliczanie bieżącej sekcji

Obliczenia wymaganego przekroju dla prądu i mocy kabli i przewodów zapewnią dokładniejsze wyniki. Takie obliczenia umożliwiają oszacowanie ogólnego wpływu różnych czynników na przewodniki, w tym obciążenia termicznego, rodzaju przewodów, rodzaju instalacji, warunków pracy itp.

Cała kalkulacja jest przeprowadzana w trakcie następujących etapów:

• wybór mocy wszystkich konsumentów;
• obliczanie prądów przepływających przez przewodnik;
• wybór odpowiedniego przekroju zgodnie z tabelami.

W tej wersji obliczeń moc odbiorników prądu z napięciem pobierana jest bez uwzględniania współczynników korekcyjnych. Będą one brane pod uwagę przy sumowaniu prądu.

Etap # 1 - obliczanie aktualnej siły przy użyciu wzorów

Dla tych, którzy zapomnieli o szkolnym kursie fizyki, oferujemy podstawowe formuły w formie schematu graficznego jako wizualne łóżeczko:

Zapisujemy zależność aktualnej siły I od mocy P i napięcia linii U:

I = p / u_l,

Gdzie

• Ja - aktualna siła, przyjmowana w amperach;
• P - moc w watach;
• U_l - napięcie liniowe w woltach.

Napięcie sieciowe w ogólnym przypadku zależy od źródła zasilania, może być jedno- i trójfazowe.

Związek napięcia liniowego i fazowego:

1. U_l = U * cosφ w przypadku napięcia jednofazowego.
2. U_l = U * √3 * cosφ w przypadku napięcia trójfazowego.

W przypadku domowych odbiorców elektrycznych przyjmuje się cosφ = 1, więc napięcie liniowe można przepisać:

1. U_l = 220 V dla napięcia jednofazowego.
2. U_l = 380 V dla napięcia trójfazowego.

Dalej podsumowujemy wszystkie zużyte prądy zgodnie ze wzorem:

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

Gdzie

• Ja - całkowity prąd w amperach;
• I1..IN - prąd każdego odbiornika w amperach;
• K - współczynnik jednoczesności;
• J - współczynnik bezpieczeństwa.

Współczynniki K i J mają te same wartości, które zostały użyte do obliczenia całkowitej mocy.

Może się zdarzyć, że prąd o nierównej mocy przepłynie przez sieć trójfazową przez różne przewody fazowe.

Dzieje się tak, gdy odbiorniki jednofazowe i trójfazowe są jednocześnie podłączone do kabla trójfazowego. Na przykład zasilana maszyna trójfazowa i oświetlenie jednofazowe.

Pojawia się naturalne pytanie: w jaki sposób oblicza się przekrój poprzeczny drutu? Odpowiedź jest prosta - obliczenia wykonywane są na najbardziej obciążonym rdzeniu.

Etap 2 - wybranie odpowiedniej sekcji według tabel

W zasadach działania instalacji elektrycznych (PES) znajduje się szereg tabel do wyboru pożądanego przekroju rdzenia kabla.

Przewodność przewodnika zależy od temperatury. W przypadku przewodników metalicznych ze wzrostem temperatury zwiększa się opór.

Po przekroczeniu pewnego progu proces staje się automatycznie obsługiwany: im wyższy opór, tym większy im wyższa temperatura, tym wyższa odporność, itp. dopóki przewodnik nie wypali się lub nie spowoduje zwarcia zamknięcie

Poniższe dwie tabele (3 i 4) pokazują przekrój przewodów w zależności od prądów i metody instalacji.

Kabel różni się od przewodu tym, że wszystkie przewody, wyposażone w własną izolację, są splecione w wiązkę i zamknięte we wspólnej osłonie izolacyjnej. Więcej szczegółów na temat różnic i typów produktów kablowych jest w tym napisane artykuł.

Podczas korzystania z tabel następujące dopuszczalne czynniki są stosowane do dopuszczalnego prądu ciągłego:

• 0,68 jeśli żył 5-6;
• 0,63, jeśli mieszka 7-9;
• 0,6 jeśli mieszkał 10-12

Współczynniki redukcji są stosowane do wartości prądów z kolumny „otwartej”.

Przewody zerowe i uziemiające nie są wliczone w liczbę przewodów.

Zgodnie ze standardami PES, wybór przekroju przewodu zerowego zgodnie z dopuszczalnym prądem ciągłym jest dokonywany jako co najmniej 50% przewodu fazowego.

Poniższe dwie tabele (5 i 6) pokazują zależność dopuszczalnego prądu ciągłego podczas układania go w ziemi.

Obciążenie prądowe przy rozłożeniu i wpuszczeniu w ziemię różni się. Są one traktowane tak samo, jeśli układanie w ziemi odbywa się za pomocą tac.

W przypadku urządzenia tymczasowych linii zasilających (do przenoszenia, jeśli do użytku prywatnego) obowiązuje poniższa tabela (7).

Podczas układania kabli w ziemi, oprócz właściwości rozpraszania ciepła, należy uwzględnić rezystywność, co odzwierciedla poniższa tabela (8):

Obliczanie i dobór przewodów miedzianych do 6 mm² lub aluminium do 10 mm² Prowadzony jest tak, jak w przypadku prądu ciągłego.

W przypadku dużych sekcji możliwe jest zastosowanie współczynnika redukcji:

0,875 * √Т_pv

gdzie T_pv - stosunek czasu trwania włączenia do czasu trwania cyklu.

Czas włączenia jest brany z szybkością nie większą niż 4 minuty. W takim przypadku cykl nie powinien przekraczać 10 minut.

Przy wyborze kabla do dystrybucji energii elektrycznej drewniany dom Szczególną uwagę zwraca się na jego odporność ogniową.

Etap # 3 - obliczenie przekroju przewodu według prądu na przykładzie

Zadanie: oblicz wymaganą sekcję kabel miedziany do podłączenia:

• Trójfazowa maszyna do obróbki drewna 4000 W;
• Spawarka trójfazowa 6000 W;
• sprzęt gospodarstwa domowego w domu o łącznej pojemności 25 000 watów;

Połączenie zostanie wykonane za pomocą pięciordzeniowego kabla (trzy przewody fazowe, jeden zero i jeden uziemienie), ułożonego w ziemi.

Decyzja.

Krok # 1. Oblicz napięcie liniowe połączenia trójfazowego:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Krok # 2. Urządzenia gospodarstwa domowego, maszyny i urządzenia spawalnicze mają moc bierną, więc moc maszyn i urządzeń będzie:

P_te = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_sprzęt = 10 000 / 0,7 = 14,300 W

Krok # 3. Prąd wymagany do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego:

Ja_te = 35700/220 = 162 A

Krok # 4. Aktualny wymagany do podłączenia sprzętu:

Ja_sprzęt = 14300/380 = 38 A

Krok # 5. Wymagany prąd do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego jest obliczany w tempie jednej fazy. Ze względu na stan problemu występują trzy fazy. Dlatego prąd może być rozłożony w fazach. Dla uproszczenia zakładamy równomierny rozkład:

Ja_te = 162/3 = 54 A

Krok # 6. Prąd przypisany do każdej fazy:

Ja_f = 38 + 54 = 92 A

Krok # 7. Sprzęt i sprzęt gospodarstwa domowego nie będą działać w tym samym czasie, ale zapas zapasów wyniesie 1,5. Po zastosowaniu współczynników korekcyjnych:

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

Krok # 8. Chociaż kabel ma 5 rdzeni, brane są pod uwagę tylko przewody trójfazowe. Zgodnie z tabelą 8 w trójżyłowym kablu kolumny w gruncie stwierdzamy, że prąd 115 A odpowiada przekrojowi rdzenia 16 mm².

Krok # 9. Zgodnie z tabelą 8 stosujemy współczynnik korygujący w zależności od charakterystyki terenu. Dla normalnego typu ziemi współczynnik wynosi 1.

Krok # 10. Nieobowiązkowe, obliczamy średnicę rdzenia:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Jeśli obliczenia zostały wykonane wyłącznie dla mocy, bez uwzględnienia cech układania kabli, przekrój rdzenia wyniesie 25 mm². Obliczenie siły prądu jest bardziej skomplikowane, ale czasami oszczędza znaczne pieniądze, zwłaszcza jeśli chodzi o kable zasilające.

W zależności od napięcia i prądu może być bardziej szczegółowe tutaj.

Obliczanie spadku napięcia

Każdy przewodnik, z wyjątkiem nadprzewodników, ma opór. Dlatego przy wystarczającej długości kabla lub drutu występuje spadek napięcia.

Standardy PES wymagają, aby przekrój przewodu kabla był taki, aby spadek napięcia nie był większy niż 5%.

Przede wszystkim dotyczy kabli niskiego napięcia o małym przekroju.

Obliczenie spadku napięcia jest następujące:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad / U_ling) * 100,

Gdzie

• 2 - współczynnik ze względu na fakt, że prąd płynie koniecznie przez dwa przewodniki;
• R - rezystancja przewodów, Ohm;
• ρ - rezystywność przewodu, Ohm * mm²/ m;
• S - przekrój przewodu, mm²;
• U_pad - spadek napięcia, V;
• U_% - spadek napięcia względem U_ling,%.

Używając formuł, możesz samodzielnie wykonać niezbędne obliczenia.

Weź przykład obliczeń

Zadanie: oblicz spadek napięcia dla drutu miedzianego o przekroju pojedynczego rdzenia 1,5 mm². Przewód potrzebny jest do podłączenia jednofazowego elektrycznego urządzenia spawalniczego o łącznej mocy 7 kW. Długość drutu 20 m.

Rozwiązanie:

Krok # 1. Oblicz rezystancję drutu miedzianego, używając tabeli 9:

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

Krok # 2. Prąd płynący przez przewodnik:

I = 7000/220 = 31,8 A

Krok # 3. Spadek napięcia na przewodzie:

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

Krok # 4. Oblicz procent spadku napięcia:

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

Wniosek: do podłączenia spawarki wymagany jest przewodnik o dużym przekroju.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Obliczanie przekroju przewodu według wzorów:

Zalecenia ekspertów dotyczące wyboru produktów kablowych:

Powyższe obliczenia dotyczą przewodów miedzianych i aluminiowych klasy przemysłowej. W przypadku innych typów przewodów wstępnie obliczany jest pełny transfer ciepła.

Na podstawie tych danych obliczany jest maksymalny prąd, który może przepływać przez przewodnik, nie powodując nadmiernego ogrzewania.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące metody obliczania sekcji kablowej lub chcesz podzielić się osobistymi doświadczeniami, zostaw komentarze na temat tego artykułu. Blok recenzji znajduje się poniżej.