Calculul secțiunii cablurilor pentru curent și curent: formule și exemple

Plănuiți să faceți asta alimentarea rețelei electrice sau în plus, întindeți linia de alimentare la bucătărie pentru a conecta o nouă sobă electrică? Aceasta va fi o cunoaștere minimă utilă a secțiunii conductorului și efectul acestui parametru asupra puterii și puterii de curent.

Sunt de acord că calculul incorect al secțiunii cablurilor conduce la supraîncălzire și la scurtcircuit sau la costuri inutile.

Este foarte important să se efectueze calcule la etapa de proiectare, deoarece eșecul cablurilor ascunse și înlocuirea ulterioară sunt asociate cu costuri semnificative. Vă vom ajuta să vă ocupați de complexitatea calculelor, pentru a evita problemele legate de funcționarea în continuare a rețelelor electrice.

Pentru a nu vă împovărați cu calcule complexe, am preluat formule clare și opțiuni computaționale, furnizând informații într-o formă accesibilă, oferind explicații pentru formule. De asemenea, au fost adăugate fotografii și materiale video tematice, care permit înțelegerea vizuală a esenței problemei examinate.

Calcularea secțiunii transversale a consumatorilor de energie electrică

Scopul principal al conductorilor - livrarea energiei electrice către consumatori în cantitatea necesară. Deoarece supraconductorii nu sunt disponibili în condiții normale de funcționare, este necesar să se ia în considerare rezistența materialului conductorului.

Calcularea secțiunii necesare conductoare și cabluri în funcție de puterea totală a consumatorilor pe baza experienței de operare pe termen lung.

Începem cursul general al calculelor prin efectuarea de calcule în primul rând folosind formula:

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

în cazul în care:

• P - puterea tuturor consumatorilor conectați la ramura calculată în Watts.
• P1, P2, PN - puterea primului consumator, respectiv a doua, n, respectiv, în wați.

După ce a obținut rezultatul la sfârșitul calculelor utilizând formula de mai sus, a fost rândul să se întoarcă la datele tabulare.

Acum trebuie să alegem secțiunea necesară în tabelul 1.

Etapa nr. 1 - calculul puterii reactive și active

Capacitățile consumatorilor sunt enumerate în documentele pentru echipament. De obicei, în pașapoartele echipamentului indicată puterea activă, alături de puterea reactivă.

Dispozitivele cu un tip de sarcină activă transformă toată energia electrică primită, ținând cont de eficiență, într-o muncă utilă: mecanică, termică sau alt fel de energie.

Dispozitivele cu sarcină activă includ lămpile cu incandescență, încălzitoarele, sobele electrice.

Pentru astfel de dispozitive, calculul puterii la curent și tensiune este:

P = U * I,

în cazul în care:

• P - puterea în wați;
• U - tensiune în;
• eu - curent în A.

Dispozitivele cu un tip de încărcare reactivă pot acumula energie din sursă și apoi se pot întoarce. O astfel de schimbare are loc datorită deplasării sinusoidului de curent sinusoidal și tensiunii sinusoidale.

Dispozitivele cu putere reactivă includ motoare electrice, dispozitive electronice de toate mărimile și scopuri, transformatoare.

Rețelele electrice sunt construite astfel încât să poată produce transmisie de energie electrică într-o direcție de la sursă la sarcină.

Prin urmare, energia returnată a consumatorului cu sarcină reactivă este parazitară și este folosită pentru conductele de încălzire și alte componente.

Puterea reactivă are o dependență de unghiul de deplasare a fazelor între sinusoidele de tensiune și curent. Unghiul de fază este exprimat în termeni de cosφ.

Pentru a găsi puterea completă, aplicați formula:

P = P_r / cosφ,

unde P_r - puterea reactivă în wați.

De obicei, în datele pașaportului de pe dispozitiv se indică puterea reactivă și cosφ.

exemplu: în pașaportul perforatorului indicată puterea reactivă de 1200 W și cosφ = 0,7. În consecință, consumul total de energie va fi egal cu:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Dacă cosφ nu a putut fi găsit, pentru marea majoritate a aparatelor de uz casnic, cosφ poate fi luat ca 0,7.

Etapa # 2 - căutarea simultaneității și raporturilor de marjă

K - coeficientul de dimensiuni simultane, arată câte consumatori pot fi simultan conectați la rețea. Se întâmplă rar că toate dispozitivele consumă simultan energie electrică.

Operarea simultană a unui televizor și a unui centru de muzică este puțin probabilă. Din practica stabilită, K poate fi considerată egală cu 0,8. Dacă intenționați să utilizați toți consumatorii în același timp, K ar trebui să fie egal cu 1.

J - factor de siguranță fără dimensiuni. Caracterizează crearea unei rezerve de putere pentru viitorii consumatori.

Progresul nu se oprește, în fiecare an au inventat toate noile aparate electrice uimitoare și utile. Se preconizează că până în 2050 creșterea consumului de energie electrică va fi de 84%. De obicei, J se presupune că este de la 1,5 la 2,0.

Etapa # 3 - efectuați calculul prin metoda geometrică

În toate calculele electrice, se ia secțiunea transversală a conductorului - secțiunea de bază. Măsurat în mm².

Este adesea necesar să învățați cum să calculați corect diametrul firului conductor de sârmă.

În acest caz, există o formulă geometrică simplă pentru un fir monolit cu secțiune circulară:

S = π * R² = π * D²/4sau invers

D = √ (4 * S / π)

Pentru conductoare rectangulare:

S = h * m,

în cazul în care:

• S - zona de bază în mm²;
• R - raza miezului în mm;
• D - diametrul miezului în mm;
• h, m - lățimea și respectiv înălțimea, în mm;
• π - numărul pi, egal cu 3,14.

Dacă achiziționați un cablu multicore, în care un conductor constă dintr-un set de fire rotunde răsucite, atunci calculul se efectuează conform formulei:

S = N * D²/1,27,

unde N - numărul firelor din vena.

Firele care au răsucite din mai multe fire ale unei vene, în general, au cea mai bună conductivitate decât monolitica. Acest lucru se datorează particularităților fluxului de curent printr-un conductor circular.

Curentul electric este mișcarea unor încărcături asemănătoare de-a lungul unui conductor. Deoarece încărcăturile se resping reciproc, densitatea distribuției de sarcină este deplasată la suprafața conductorului.

Un alt avantaj al sârmelor de împletit este flexibilitatea și rezistența lor mecanică. Firele monolitice sunt mai ieftine și sunt utilizate în principal pentru montarea fixă.

Etapa 4 - calculați în practică secțiunea de putere

sarcină: Puterea totală a consumatorilor din bucătărie este de 5000 W (ceea ce înseamnă că puterea tuturor consumatorilor reactivi este recalculată). Toți consumatorii sunt conectați la o rețea monofazată de 220 V și sunt alimentați de la o ramură.

decizie:

Coeficientul de simultaneitate K este egal cu 0,8. Bucătăria este un loc de inovare constantă, nu știți niciodată, factorul de siguranță este J = 2.0. Puterea totală estimată va fi:

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

Folosind valoarea puterii estimate, căutăm cea mai apropiată valoare din tabelul 1.

Cea mai apropiată valoare adecvată a secțiunii transversale a conductorului pentru o rețea monofazată este un conductor de cupru cu o secțiune transversală de 4 mm². Aceeași mărime a firului cu miez de aluminiu de 6 mm².

Pentru cablarea cu un singur conductor, diametrul minim este de 2,3 mm și, respectiv, de 2,8 mm. În cazul versiunii multicore, se însumează secțiunea transversală a conductorilor individuali.

Calcularea secțiunii actuale

Calculele secțiunii transversale cerute pentru curentul și puterea cablurilor și cablurilor vor oferi rezultate mai precise. Astfel de calcule permit estimarea efectului global al diferiților factori asupra conductorilor, incluzând sarcina termică, tipul firelor, tipul instalației, condițiile de funcționare etc.

Întregul calcul se efectuează în următoarele etape:

• puterea de alegere a tuturor consumatorilor;
• calcularea curenților care trec prin conductor;
• selectarea unei secțiuni adecvate conform tabelelor.

Pentru această versiune a calculului, puterea consumatorilor curenți cu tensiune este luată fără a lua în considerare factorii de corecție. Acestea vor fi luate în considerare la însumarea curentului.

Etapa # 1 - calcularea puterii curente folosind formule

Pentru cei care au uitat cursul de fizică al școlii, oferim formulele de bază sub formă de schemă grafică ca un patut vizual:

Se notează dependența puterii I actuale de puterea P și tensiunea de linie U:

I = p / u_L,

în cazul în care:

• eu - puterea curentului, luată în amperi;
• P - puterea în wați;
• U_L - tensiune liniară în volți.

Tensiunea liniei în cazul general depinde de sursa de alimentare, poate fi una și trei faze.

Relația de tensiune liniară și de fază:

1. U_L = U * cosφ în cazul tensiunii monofazate.
2. U_L = U * √3 * cosφ în cazul tensiunii trifazate.

Pentru consumatorii casnici, luați cosφ = 1, astfel încât tensiunea liniară să poată fi rescrisă:

1. U_L = 220 V pentru tensiune monofazată.
2. U_L = 380 V pentru tensiune de trei faze.

Mai jos rezumăm toți curenții consumați conform formulei:

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

în cazul în care:

• eu - curent total în amperi;
• I1..IN - curentul fiecărui consumator în amperi;
• K - coeficientul de simultaneitate;
• J - factor de siguranță.

Coeficienții K și J au aceleași valori care au fost utilizate la calcularea puterii totale.

Este posibil să existe un caz în care un curent de energie inegală trece printr-o rețea trifazată prin diferiți conductori de fază.

Acest lucru se întâmplă atunci când consumatorii monofazați și trifazici sunt conectați simultan la cablul trifazat. De exemplu, mașinile cu alimentare trifazată și iluminatul monofazat.

Se pune o întrebare naturală: cum se calculează în astfel de cazuri secțiunea transversală? Răspunsul este simplu - calculele se fac pe cel mai încărcat nucleu.

Etapa # 2 - alegerea secțiunii corespunzătoare de tabele

În regulile de funcționare ale instalațiilor electrice (PES) există un număr de tabele pentru selectarea secțiunii dorite a miezului cablurilor.

Conductivitatea conductorului depinde de temperatură. Pentru conductorii metalici cu creșterea temperaturii crește rezistența.

Atunci când se depășește un anumit prag, procesul devine automat suportat: cu cât rezistența este mai mare, cu cât este mai mare temperatura, cu atât este mai mare rezistența etc. până când conductorul arde sau provoacă un scurtcircuit circuiting.

Următoarele două tabele (3 și 4) prezintă secțiunea transversală a conductorilor în funcție de curenți și de metoda de instalare.

Cablul diferă de fir prin faptul că cablul are toate conductoarele, dotate cu izolație proprie, răsucite într-un fascicul și închise într-o teacă izolatoare obișnuită. Mai multe detalii despre diferențele și tipurile de produse prin cablu sunt scrise aici articol.

Atunci când se utilizează tabele, se aplică următorii factori la curentul continuu admis:

• 0,68 dacă au trăit 5-6;
• 0,63 dacă a trăit 7-9;
• 0,6 dacă a trăit 10-12 ani

Factorii de reducere se aplică valorilor curenților din coloana "deschisă".

Conductoarele zero și conductorii de împământare nu sunt incluse în numărul conductorilor.

Conform standardelor PES, alegerea secțiunii transversale a conductorului zero conform curentului continuu admis este realizată ca cel puțin 50% din conductorul de fază.

Următoarele două tabele (5 și 6) prezintă dependența curentului continuu admis la montarea acestuia în sol.

Sarcina curenta atunci cand se deschide si cand este introdusa in pamant difera. Ele sunt egale dacă așezarea în sol este efectuată cu ajutorul tăvilor.

Pentru dispozitivul liniilor de alimentare cu energie temporară (transport, dacă este destinat uzului personal), se aplică următorul tabel (7).

La montarea cablurilor în sol, în plus față de proprietățile de disipare a căldurii, trebuie să se țină cont de rezistivitate, așa cum se reflectă în tabelul următor (8):

Calcularea și selectarea conductorilor de cupru de până la 6 mm² sau aluminiu până la 10 mm² Se efectuează ca și pentru un curent continuu.

În cazul secțiunilor mari, este posibil să se aplice un factor de reducere:

0,875 * √Т_ns

unde T_ns - raportul dintre durata includerii și durata ciclului.

Durata includerii este luată la o rată de maxim 4 minute. În acest caz, ciclul nu trebuie să depășească 10 minute.

Când alegeți un cablu pentru distribuirea energiei electrice în casa din lemn O atenție deosebită este acordată rezistenței sale la foc.

Etapa # 3 - calculul secțiunii conductorului cu curentul pe un exemplu

sarcină: calculați secțiunea necesară cablu de cupru pentru conectare:

• Mașină de prelucrare a lemnului în 4 faze;
• Masina de sudat cu trei faze de 6000 W;
• aparate de uz casnic în casă cu o capacitate totală de 25.000 wați;

Conexiunea se va face printr-un cablu cu cinci fire (conductori trifazici, un zero și un pământ), așezați în sol.

Decizia.

Pasul # 1. Calculați tensiunea liniară a conexiunii trifazice:

U_L = 220 * √3 = 380 V

Pasul 2. Aparatele de uz casnic, mașinile și aparatele de sudură au putere reactivă, astfel încât puterea mașinilor și a echipamentelor va fi:

P_aceia = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_EQUI = 10.000 / 0.7 = 14.300 W

Pasul 3. Curentul necesar pentru a conecta aparatele de uz casnic:

eu_aceia = 35700/220 = 162 A

Pasul # 4. Curentul necesar pentru conectarea echipamentului:

eu_EQUI = 14300/380 = 38 A

Pasul # 5. Curentul necesar pentru conectarea aparatelor de uz casnic este calculat la o rată de fază. Prin condiția problemei există trei faze. Prin urmare, curentul poate fi distribuit în faze. Pentru simplitate, presupune o distribuție uniformă:

eu_aceia = 162/3 = 54 A

Pasul # 6. Curentul atribuit fiecărei faze:

eu_f = 38 + 54 = 92 A

Pasul # 7. Echipamentele și aparatele de uz casnic nu vor funcționa în același timp, dar vom stabili un stoc de 1,5. După aplicarea factorilor de corecție:

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

Pasul # 8. Deși cablul are 5 nuclee, sunt luați în considerare numai conductorii cu trei faze. Conform tabelului 8 din coloana cu trei fire de coloană din sol, constatăm că curentul de 115 A corespunde secțiunii transversale a miezului de 16 mm².

Pasul # 9. Conform tabelului 8, aplicăm factorul de corecție în funcție de caracteristicile terenului. Pentru un tip normal de teren, coeficientul este 1.

Pasul # 10. Nu este obligatorie, calculăm diametrul miezului:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

În cazul în care calculul a fost efectuat doar pentru putere, fără a ține seama de caracteristicile poziționării cablurilor, secțiunea transversală a miezului va fi de 25 mm². Calculul puterii curentului este mult mai complicat, dar uneori economiseste bani considerabili, mai ales atunci cand vine vorba de cabluri de putere blocate.

Despre relația dintre tensiune și curent poate fi mai detaliat aici.

Calcularea picăturilor de tensiune

Orice conductor, cu excepția supraconductorilor, are rezistență. Prin urmare, cu o lungime suficientă a cablului sau a firului, apare o scădere a tensiunii.

Standardele PES cer ca secțiunea transversală a conductorului să fie astfel încât scăderea de tensiune să nu fie mai mare de 5%.

În primul rând, se referă la cabluri de joasă tensiune din secțiuni mici.

Calculul căderii de tensiune este după cum urmează:

R = 2 * (p * L) / S,

U_tampon = I * R,

U_% = (U._tampon / U_{mihalț de mare}) * 100,

în cazul în care:

• 2 - coeficient datorită faptului că curentul curge în mod necesar prin intermediul a doi conductori;
• R - rezistența conductorilor, Ohm;
• ρ - rezistivitatea conductorului, Ohm * mm²/ m;
• S - secțiunea conductorului, mm²;
• U_tampon - cădere de tensiune, V;
• U_% - scădere de tensiune în raport cu U_{mihalț de mare},%.

Cu ajutorul formulelor, puteți efectua independent calculele necesare.

Executați un exemplu de calcul

sarcină: calculați căderea de tensiune pentru firul de cupru cu o secțiune transversală a unui singur miez de 1,5 mm². Sârma este necesară pentru a conecta un aparat de sudura electrică monofazat cu o putere totală de 7 kW. Lungimea sârmei 20 m.

soluţie:

Pasul # 1. Calculați rezistența sârmei de cupru utilizând tabelul 9:

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

Pasul 2. Curentul care trece prin conductor:

I = 7000/220 = 31,8 A

Pasul 3. Căderea de tensiune pe fir:

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

Pasul # 4. Calculați procentajul de cădere de tensiune:

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

Concluzie: Pentru conectarea mașinii de sudat este necesar un conductor cu o secțiune transversală mare.

Concluzii și video util pe această temă

Calcularea secțiunii conductorului conform formulelor:

Recomandări ale experților privind selecția produselor prin cablu:

Calculele de mai sus sunt valabile pentru conductorii de cupru și aluminiu industriali. Pentru alte tipuri de conductori, transferul total de căldură este pre-calculat.

Pe baza acestor date, curentul maxim capabil să curgă prin conductor este calculat fără a cauza încălzire excesivă.

Dacă aveți întrebări cu privire la metoda de calcul a secțiunii de cablu sau aveți dorința de a împărtăși experiența personală, vă rugăm să lăsați comentarii la acest articol. Blocul pentru recenzii este situat mai jos.