Cálculo da seção transversal do cabo para potência e corrente: fórmulas e exemplos

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Você está planejando fazer atualização da grade de energia ou adicionalmente esticar a linha de energia para a cozinha para conectar um novo fogão elétrico? Este será um conhecimento mínimo útil da seção transversal do condutor e o efeito desse parâmetro na potência e força atual.

Concorda que o cálculo incorreto da seção transversal do cabo leva a superaquecimento e curto-circuito ou a custos desnecessários.

É muito importante realizar cálculos na fase de projeto, uma vez que a falha da fiação oculta e a substituição subsequente estão associadas a custos significativos. Nós vamos ajudá-lo a lidar com os meandros dos cálculos, para evitar problemas no funcionamento das redes elétricas.

Para não sobrecarregar você com cálculos complexos, selecionamos fórmulas claras e opções computacionais, fornecendo informações de forma acessível, fornecendo explicações para as fórmulas. Além disso, fotos temáticas e materiais de vídeo foram adicionados ao artigo, permitindo entender visualmente a essência da questão em consideração.

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Conteúdo do artigo:

  • Cálculo dos consumidores de energia
    • Estágio # 1 - cálculo de potência reativa e ativa
    • Etapa 2 - busca por taxas de simultaneidade e margem
    • Etapa 3 - realizar o cálculo pelo método geométrico
    • Etapa 4 - calcular a seção de energia na prática
  • Cálculo da seção atual
    • Estágio 1 - cálculo da força atual usando fórmulas
    • Estágio # 2 - escolhendo a seção apropriada por tabelas
    • Estágio # 3 - cálculo da seção transversal do condutor por corrente em um exemplo
  • Cálculo de queda de tensão
  • Exemplo de cálculo de transporte
  • Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

Cálculo dos consumidores de energia

O objetivo principal dos condutores - a entrega de energia elétrica para os consumidores na quantidade necessária. Como os supercondutores não estão disponíveis sob condições operacionais normais, é necessário levar em conta a resistência do material condutor.

Cálculo da seção exigida condutores e cabos dependendo do poder total dos consumidores com base na experiência operacional de longo prazo.

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Diferentes tipos de cabo para o dispositivo de fiação

A seção transversal do cabo é um dos valores básicos na seleção de um dispositivo de fiação.

Espessura diferente nos condutores para uso doméstico

A seção transversal determina qual corrente de energia é capaz de conduzir o cabo sem sobreaquecimento devido ao excesso de energia

O número de vivido em diferentes marcas de cabo

A base do cabo é um condutor de cobre de fio único ou de fio múltiplo, que em seção transversal pode ser redondo, triangular ou retangular

Opções de cabos encalhados

Se houver mais de duas veias no condutor, elas são mais frequentemente torcidas. A seção transversal nominal dos produtos multicore é a soma das seções transversais de todas as veias existentes

Diferentes tipos de cabo para o dispositivo de fiação

Diferentes tipos de cabo para o dispositivo de fiação

Espessura diferente nos condutores para uso doméstico

Espessura diferente nos condutores para uso doméstico

O número de vivido em diferentes marcas de cabo

O número de vivido em diferentes marcas de cabo

Opções de cabos encalhados

Opções de cabos encalhados

Começamos o curso geral dos cálculos realizando cálculos pela primeira vez usando a fórmula:

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

Onde

  • P - poder de todos os consumidores conectados à filial calculada em Watts.
  • P1, P2, PN - potência do primeiro consumidor, segundo, n-ésimo, respectivamente, em watts.

Tendo obtido o resultado no final dos cálculos usando a fórmula acima, foi a vez de virar para os dados tabulares.

Agora temos que escolher a seção necessária na tabela 1.

Tabela de poder

Tabela 1 A seção transversal dos fios é sempre necessária para escolher o lado grande mais próximo (+)

Estágio # 1 - cálculo de potência reativa e ativa

As capacidades dos consumidores estão listadas nos documentos do equipamento. Geralmente nos passaportes do equipamento indicava potência ativa, junto com potência reativa.

Dispositivos com um tipo ativo de carga transformam toda a energia elétrica recebida, levando em conta a eficiência, em trabalho útil: mecânico, térmico ou outro tipo de carga.

Dispositivos com carga ativa incluem lâmpadas incandescentes, aquecedores, fogões elétricos.

Para tais dispositivos, o cálculo de energia por corrente e tensão é:

P = U * I,

Onde

  • P - potência em watts;
  • U - tensão em;
  • Eu - corrente em A.

Dispositivos com um tipo de carga reativa podem acumular energia da fonte e retornar. Tal troca ocorre devido ao deslocamento da corrente sinusoidal e tensão sinusoidal.

Gráfico de mudança de fase zero

No deslocamento de fase zero, a potência P = U * I sempre tem um valor positivo. Esse gráfico das fases de corrente e tensão tem dispositivos com um tipo ativo de carga (I, i é a corrente, U, u é a tensão, π é o número pi, igual a 3,14)

Dispositivos com potência reativa incluem motores elétricos, dispositivos eletrônicos de todos os tamanhos e propósitos, transformadores.

Gráfico de deslocamento de fase de corrente e tensão

Quando há um deslocamento de fase entre uma sinusoid de corrente e uma sinusoid de voltagem, a potência P = U * I pode ser negativa (I, i é a corrente, U, u é a voltagem, π é o número pi, igual a 3,14). Um dispositivo com potência reativa retorna a energia armazenada de volta à fonte

As redes elétricas são construídas de tal forma que podem produzir transmissão de energia elétrica em uma direção a partir da fonte até a carga.

Portanto, a energia retornada do consumidor com carga reativa é parasita e é gasta em condutores de aquecimento e outros componentes.

A potência reativa depende do ângulo de deslocamento da fase entre sinusóides de tensão e corrente. O ângulo de fase é expresso em termos de cosφ.

Para encontrar o poder total, aplique a fórmula:

P = Pp / cosφ,

Onde Pp - potência reativa em watts.

Normalmente, os dados do passaporte no dispositivo indicaram potência reativa e cosφ.

Exemplo: no passaporte do perfurador indicado potência reativa de 1200 W e cosφ = 0,7. Consequentemente, o consumo total de energia será igual a:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Se cosφ não puder ser encontrado, para a grande maioria dos eletrodomésticos, o cosφ pode ser tomado como 0,7.

Etapa 2 - busca por taxas de simultaneidade e margem

K - o coeficiente adimensional de simultaneidade, mostra quantos consumidores podem ser conectados simultaneamente à rede. Raramente acontece que todos os dispositivos consumam eletricidade simultaneamente.

O funcionamento simultâneo de uma televisão e de um centro de música é improvável. Da prática estabelecida, K pode ser tomado igual a 0.8. Se você planeja usar todos os consumidores ao mesmo tempo, K deve ser igual a 1.

J - fator de segurança adimensional. Caracteriza a criação de uma reserva de energia para futuros consumidores.

O progresso não pára, todos os anos inventou todos os novos aparelhos elétricos surpreendentes e úteis. Espera-se que até 2050 o crescimento do consumo de eletricidade seja de 84%. Normalmente, supõe-se que J seja de 1.5 a 2.0.

Etapa 3 - realizar o cálculo pelo método geométrico

Em todos os cálculos elétricos, a área da seção transversal do condutor é tomada - a seção do núcleo. Medido em mm2.

Muitas vezes é necessário aprender a calcular corretamente diâmetro do fio condutor de fio.

Neste caso, existe uma fórmula geométrica simples para um fio monolítico de seção transversal circular:

S = π * R2 = π * D2/4ou vice-versa

D = √ (4 * S / π)

Para condutores retangulares:

S = h * m,

Onde

  • S - área central em mm2;
  • R - raio do núcleo em mm;
  • D - diâmetro do núcleo em mm;
  • h, m - largura e altura, respectivamente, em mm;
  • π - número pi, igual a 3,14.

Se você adquirir um fio multicore, no qual um condutor consiste de um conjunto de fios redondos trançados, o cálculo é realizado de acordo com a fórmula:

S = N * D2/1,27,

Onde N - o número de fios na veia.

Os fios que se torceram de vários fios de uma veia, no caso geral têm a melhor condutividade, do que monolítico. Isto é devido às peculiaridades do fluxo de corrente através de um condutor circular.

Corrente elétrica é o movimento de cargas semelhantes ao longo de um condutor. Como cargas se repelem, portanto, a densidade de distribuição de carga é deslocada para a superfície do condutor.

Outra vantagem dos fios trançados é sua flexibilidade e resistência mecânica. Fios monolíticos são mais baratos e são usados ​​principalmente para instalação fixa.

Etapa 4 - calcular a seção de energia na prática

Tarefa: O poder total dos consumidores na cozinha é de 5000 W (o que significa que o poder de todos os consumidores reativos é recalculado). Todos os consumidores estão conectados a uma rede monofásica de 220 V e são alimentados por uma ramificação.

Mesa do consumidor

Tabela 2 Se você está planejando no futuro conectar consumidores adicionais, a tabela mostra o poder necessário de eletrodomésticos comuns (+)

Solução:

O coeficiente de simultaneidade K é igual a 0.8. A cozinha é um lugar de constante inovação, você nunca sabe, o fator de segurança é J = 2.0. A potência total estimada será:

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

Usando o valor da potência estimada, procuramos o valor mais próximo na tabela 1.

O valor adequado mais próximo da seção transversal do condutor para uma rede monofásica é um condutor de cobre com seção transversal de 4 mm2. O mesmo tamanho de fio com núcleo de alumínio de 6 mm2.

Para fiação de condutor único, o diâmetro mínimo é de 2,3 mm e 2,8 mm, respectivamente. No caso da versão multicore, a seção transversal dos condutores individuais é somada.

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Sala com o número máximo de eletrodomésticos

As cozinhas geralmente têm os consumidores de energia mais poderosos e eletrodomésticos menos "vorazes".

Equipamento técnico de banheiros e banheiros combinados

Banheiros e banheiros combinados também podem ter uma quantidade impressionante de equipamentos elétricos.

Conectando consumidores de alta potência

Dependendo da potência da unidade técnica, ela é alimentada por uma linha de energia comum ou separada. Os cálculos são feitos para um grupo de soquetes, para os consumidores de linhas individuais são selecionados de acordo com o poder

Tomada para equipamento de baixa potência

Para o bloco de soquete, alimentado por uma linha de energia, você pode conectar apenas dispositivos de baixa potência: misturadores, secadores de cabelo, moedores de café, etc.

A placa requer conexão adequada.

Conectar a uma linha de energia separada requer microondas, fogão e fornos elétricos.

Linha de alimentação para máquina de lavar roupa

A operação normal de uma lavadora padrão deve ser fornecida por uma linha de energia separada.

Linhas de energia separadas para refrigeradores

A colocação obrigatória de um ramo de energia separado requer refrigeradores e fogões elétricos

Usuários de energia poderosos em banheiros e banheiros

Nas instalações de higiene, são colocadas linhas separadas para o jacuzzi, coberturas de bidé electrónico, cabinas de duche.

Sala com o número máximo de eletrodomésticos

Sala com o número máximo de eletrodomésticos

Equipamento técnico de banheiros e banheiros combinados

Equipamento técnico de banheiros e banheiros combinados

Conectando consumidores de alta potência

Conectando consumidores de alta potência

Tomada para equipamento de baixa potência

Tomada para equipamento de baixa potência

A placa requer conexão adequada.

A placa requer conexão adequada.

Linha de alimentação para máquina de lavar roupa

Linha de alimentação para máquina de lavar roupa

Linhas de energia separadas para refrigeradores

Linhas de energia separadas para refrigeradores

Usuários de energia poderosos em banheiros e banheiros

Usuários de energia poderosos em banheiros e banheiros

Cálculo da seção atual

Cálculos da seção transversal necessária para corrente e potência de cabos e fios fornecerão resultados mais precisos. Tais cálculos permitem estimar o efeito global de vários fatores nos condutores, incluindo a carga térmica, o tipo de fios, o tipo de instalação, as condições de operação, etc.

Todo o cálculo é realizado no decorrer das seguintes etapas:

  • escolha de energia de todos os consumidores;
  • cálculo das correntes que passam pelo condutor;
  • selecção de uma secção transversal adequada de acordo com as tabelas.

Para esta versão do cálculo, a potência dos consumidores atuais com tensão é tomada sem levar em conta os fatores de correção. Eles serão levados em conta ao somar a corrente.

Estágio 1 - cálculo da força atual usando fórmulas

Para aqueles que esqueceram o curso de física da escola, oferecemos as fórmulas básicas na forma de um esquema gráfico como um presépio visual:

Características da curva de comunicação da corrente elétrica

"Roda Clássica" demonstra claramente a relação das fórmulas ea interdependência das características da corrente elétrica (I - força atual, P - potência, U - tensão, R - raio do núcleo)

Anotamos a dependência da força atual I da potência P e da tensão de linha U:

Eu = p / ul,

Onde

  • Eu - força atual, em amperes;
  • P - potência em watts;
  • Ul - tensão linear em volts.

A tensão da linha no caso geral depende da fonte de alimentação, pode ser monofásica e trifásica.

A relação de tensão linear e de fase:

  1. Ul = U * cosφ no caso de tensão monofásica.
  2. Ul = U * √3 * cosφ no caso de tensão trifásica.

Para consumidores domésticos, considere cosφ = 1, então a tensão linear pode ser reescrita:

  1. Ul = 220 V para tensão monofásica.
  2. Ul = 380 V para tensão trifásica.

Além disso, resumimos todas as correntes consumidas de acordo com a fórmula:

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

Onde

  • Eu - corrente total em amperes;
  • I1..IN - corrente de cada consumidor em amperes;
  • K - coeficiente de simultaneidade;
  • J - fator de segurança.

Os coeficientes K e J possuem os mesmos valores usados ​​no cálculo da potência total.

Pode haver um caso em que uma corrente de energia desigual flui através de uma rede trifásica através de diferentes condutores de fase.

Isso acontece quando consumidores monofásicos e trifásicos são conectados ao cabo trifásico simultaneamente. Por exemplo, máquina trifásica alimentada e iluminação monofásica.

Surge uma questão natural: como, em tais casos, é calculada a seção transversal do fio? A resposta é simples - os cálculos são feitos no núcleo mais carregado.

Estágio # 2 - escolhendo a seção apropriada por tabelas

Nas regras de operação de instalações elétricas (PES) existem várias tabelas para selecionar a seção transversal desejada do núcleo do cabo.

A condutividade do condutor depende da temperatura. Para condutores metálicos com aumento de temperatura aumenta a resistência.

Quando um certo limite é excedido, o processo torna-se auto-suportado: quanto maior a resistência, quanto maior a temperatura, maior a resistência, etc. até que o condutor queime ou cause um curto fechamento

As duas tabelas seguintes (3 e 4) mostram a seção transversal dos condutores dependendo das correntes e do método de instalação.

Tabela

Tabela 3 Em primeiro lugar, é necessário escolher a maneira de colocar os fios, depende de quão eficientemente o resfriamento ocorre (+)

O cabo é diferente do cabo em que o cabo todos os condutores, equipados com o seu próprio isolamento, são trançados em um pacote e fechado em uma bainha isolante comum. Mais detalhes sobre as diferenças e tipos de produtos de cabo são escritos neste article.

Tabela

Tabela 4 O método aberto é indicado para todos os valores da seção transversal do condutor, no entanto, na prática, seções abaixo de 3 mm2 não são dispostas abertamente por razões de resistência mecânica (+)

Ao usar tabelas, os seguintes fatores são aplicados à corrente contínua permissível:

  • 0,68 se 5-6 viveu;
  • 0,63 se 7-9 viveu;
  • 0,6 se 10-12 viviam

Fatores de redução são aplicados aos valores das correntes da coluna "aberta".

Os condutores de zero e aterramento não estão incluídos no número de condutores.

De acordo com os padrões do PES, a escolha da seção transversal do condutor zero de acordo com a corrente contínua permissível é feita como pelo menos 50% do condutor de fase.

As duas tabelas seguintes (5 e 6) mostram a dependência da corrente contínua permissível ao colocá-la no solo.

A tabela de seleção da seção transversal de fios e cabos

Tabela 5 Dependendo da corrente contínua permissível para cabos de cobre ao colocar no ar ou no solo

A carga atual ao colocar aberto e quando recessed na terra difere. Eles são tomados iguais se colocar no chão é realizado usando bandejas.

Mesa para arames de alumínio

Tabela 6 Dependendo da corrente contínua permissível para cabos de alumínio ao colocar no ar ou no solo

Para o dispositivo de linhas de fornecimento temporário de energia (transporte, se para uso privado), aplica-se a seguinte tabela (7).

Tabela

Tabela 7 Corrente contínua permissível ao usar cabos de mangueira portáteis, mangueiras e cabos de mina portáteis, cabos de inundação, fios portáteis flexíveis. Apenas o condutor de cobre é usado.

Ao colocar cabos no solo além das propriedades de dissipação de calor, a resistividade deve ser levada em consideração, conforme refletido na tabela a seguir (8):

Tabela

Tabela 8 Coeficiente de correção em função do tipo e resistência específica do solo à corrente contínua admissível, no cálculo da seção transversal do cabo (+)

Cálculo e seleção de condutores de cobre até 6 mm2 ou alumínio até 10 mm2 É conduzido como para uma corrente contínua.

No caso de grandes seções, é possível aplicar um fator de redução:

0,875 * √Тpv

onde Tpv - o rácio entre a duração da inclusão e a duração do ciclo.

A duração da inclusão é tomada a uma taxa não superior a 4 minutos. Neste caso, o ciclo não deve exceder 10 minutos.

Ao escolher um cabo para distribuir eletricidade em casa de madeira É dada especial atenção à sua resistência ao fogo.

Estágio # 3 - cálculo da seção transversal do condutor por corrente em um exemplo

Tarefa: calcular a seção necessária cabo de cobre para conexão:

  • Máquina de tratamento de madeira trifásica de 4000 W;
  • Máquina de solda trifásica de 6000 W;
  • eletrodomésticos na casa com uma capacidade total de 25.000 watts;

A conexão será feita por um cabo de cinco núcleos (três condutores de fase, um zero e um terra), colocados no solo.

Como escolher o cabo certo

O isolamento do cabo é calculado para um valor específico da tensão de operação. Deve-se observar que a voltagem de operação especificada pelo fabricante para seu produto deve ser maior que a voltagem da linha.

A decisão.

Etapa 1 Calcule a tensão linear da conexão trifásica:

Ul = 220 * √3 = 380 V

Etapa 2 Eletrodomésticos, máquinas e máquinas de solda têm potência reativa, então o poder das máquinas e equipamentos será:

Paqueles = 25000 / 0,7 = 35700 W

Pequipamentos = 10.000 / 0,7 = 14.300 W

Etapa 3. Corrente necessária para conectar eletrodomésticos:

Euaqueles = 35700/220 = 162 A

Etapa 4. Corrente necessária para conectar equipamentos:

Euequipamentos = 14300/380 = 38 A

Etapa 5. A corrente necessária para conectar eletrodomésticos é calculada pela taxa de uma fase. Pela condição do problema existem três fases. Portanto, a corrente pode ser distribuída em fases. Por simplicidade, assuma uma distribuição uniforme:

Euaqueles = 162/3 = 54 A

Etapa 6 A corrente atribuível a cada fase:

Euf = 38 + 54 = 92 A

Etapa 7 Equipamentos e eletrodomésticos não funcionarão ao mesmo tempo, mas vamos estabelecer um estoque de 1,5. Depois de aplicar os fatores de correção:

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

Etapa 8 Embora o cabo tenha 5 núcleos, apenas três condutores de fase são levados em conta. De acordo com a tabela 8 no cabo de três núcleos coluna no chão, descobrimos que a corrente de 115 A corresponde à seção transversal do núcleo de 16 mm2.

Etapa 9. De acordo com a tabela 8, aplicamos o fator de correção dependendo das características da terra. Para um tipo normal de terra, o coeficiente é 1.

Etapa 10. Não é obrigatório, calculamos o diâmetro do núcleo:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Se o cálculo foi feito apenas para energia, sem levar em conta as características de colocação de cabos, a seção transversal do núcleo será de 25 mm2. O cálculo da força da corrente é mais complicado, mas às vezes economiza um dinheiro considerável, especialmente quando se trata de cabos de força encalhados.

Na relação entre tensão e corrente pode ser mais detalhado aqui.

Cálculo de queda de tensão

Qualquer condutor, exceto supercondutores, tem resistência. Portanto, com cabo ou comprimento de fio suficiente, ocorre uma queda de tensão.

Os padrões PES exigem que a seção transversal do condutor do cabo seja tal que a queda de tensão não seja superior a 5%.

Resistividade

Tabela 9 Resistência específica de condutores metálicos comuns (+)

Em primeiro lugar concerne cabos de baixa voltagem de pequena seção.

O cálculo da queda de tensão é o seguinte:

R = 2 * (ρ * L) / S,

Ualmofada = I * R,

U% = (Ualmofada / Umentindo) * 100,

Onde

  • 2 - coeficiente devido ao fato de que a corrente flui necessariamente através de dois condutores;
  • R - resistência do condutor, Ohm;
  • ρ - resistividade do condutor, Ohm * mm2/ m;
  • S - seção do condutor, mm2;
  • Ualmofada - queda de tensão, V;
  • U% - queda de tensão em relação a Umentindo,%.

Usando fórmulas, você pode realizar independentemente os cálculos necessários.

Exemplo de cálculo de transporte

Tarefa: calcular a queda de tensão para o fio de cobre com uma seção transversal de um único núcleo de 1,5 mm2. O fio é necessário para conectar um aparelho de solda elétrica monofásico com uma potência total de 7 kW. Comprimento do fio 20 m.

Diagrama de conexão da máquina de solda

Aqueles que desejarem conectar uma máquina de solda doméstica ao ramal da fonte de alimentação devem levar em conta a situação atual para a qual o cabo usado foi projetado. É possível que a potência total dos dispositivos de trabalho seja maior. A melhor opção é conectar os consumidores a filiais individuais.

Solução:

Etapa 1 Calcule a resistência do fio de cobre, usando a tabela 9:

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

Etapa 2 A corrente que flui através do condutor:

I = 7000/220 = 31,8 A

Etapa 3 A queda de tensão no fio:

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

Etapa # 4. Calcule a porcentagem de queda de tensão:

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

Conclusão: um condutor com uma grande seção transversal é necessário para conectar a máquina de solda.

Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

Cálculo da seção transversal do condutor de acordo com as fórmulas:

Recomendações de especialistas na seleção de produtos de cabo:

Os cálculos acima são válidos para condutores de cobre e alumínio de nível industrial. Para outros tipos de condutores, a transferência total de calor é pré-calculada.

Com base nestes dados, a corrente máxima capaz de fluir através do condutor é calculada sem causar aquecimento excessivo.

Se você tiver alguma dúvida sobre o método de cálculo da seção de cabo ou tiver o desejo de compartilhar sua experiência pessoal, deixe comentários sobre este artigo. O bloco de comentários está localizado abaixo.

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