Výpočet prierezu kábla pre výkon a prúd: vzorce a príklady

Plánujete to urobiť upgrade siete alebo dodatočne natiahnite elektrické vedenie do kuchyne a pripojte nový elektrický sporák? Toto bude užitočná minimálna znalosť prierezu vodiča a vplyv tohto parametra na silu a silu prúdu.

Dohodnite sa, že nesprávny výpočet prierezu kábla vedie k prehriatiu a skratu alebo k zbytočným nákladom.

Je veľmi dôležité vykonávať výpočty vo fáze návrhu, pretože porucha skrytého vedenia a následná výmena sú spojené s významnými nákladmi. Pomôžeme Vám vysporiadať sa so zložitosťou výpočtov, aby sme sa vyhli problémom pri ďalšej prevádzke elektrických sietí.

Aby sme vás nezaťažovali komplexnými výpočtami, vybrali sme jasné vzorce a výpočtové možnosti, poskytli informácie v prístupnej forme a poskytli vysvetlenia vzorcov. K článku boli pridané aj tematické fotografie a video materiály, ktoré umožnili vizuálne pochopiť podstatu posudzovaného problému.

Výpočet prierezu spotrebičov

Hlavným účelom vodičov - dodávka elektrickej energie spotrebiteľom v požadovanom množstve. Pretože supravodiče nie sú k dispozícii za normálnych prevádzkových podmienok, je potrebné vziať do úvahy odolnosť materiálu vodiča.

Výpočet požadovanej časti vodiče a káble v závislosti od celkového výkonu spotrebiteľov na základe dlhodobých prevádzkových skúseností.

Všeobecný priebeh výpočtov začíname vykonaním výpočtov pomocou vzorca:

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

kde:

• P - výkon všetkých odberateľov pripojených k vypočítanej vetve vo wattoch.
• P1, P2, PN - výkon prvého spotrebiteľa, druhý, n-tý, vo wattoch.

Po získaní výsledku na konci výpočtov s použitím vyššie uvedeného vzorca sa obrátil na tabuľkové údaje.

Teraz si musíme vybrať potrebnú časť v tabuľke 1.

Stupeň # 1 - výpočet reaktívneho a aktívneho výkonu

Kapacity spotrebiteľov sú uvedené v dokumentoch k zariadeniu. Zvyčajne sa v pasoch zariadenia uvádza aktívny výkon spolu s jalovým výkonom.

Zariadenia s aktívnym typom záťaže transformujú všetku prijatú elektrickú energiu, berúc do úvahy efektívnosť, na užitočnú prácu: mechanickú, tepelnú alebo inú.

Zariadenia s aktívnym zaťažením zahŕňajú žiarovky, ohrievače, elektrické sporáky.

Pre takéto zariadenia je výpočet výkonu prúdom a napätím:

P = U * I,

kde:

• P - výkon vo wattoch;
• U - napätie v;
• ja - prúd v A.

Zariadenia s reaktívnym typom zaťaženia môžu akumulovať energiu zo zdroja a potom sa vracať. K takejto výmene dochádza v dôsledku posunu sínusoidného prúdu a napäťového sínusoidu.

Zariadenia s jalovým výkonom zahŕňajú elektromotory, elektronické zariadenia všetkých veľkostí a účelov, transformátory.

Elektrické siete sú konštruované takým spôsobom, že môžu produkovať prenos elektrickej energie v jednom smere od zdroja k záťaži.

Vrátená energia spotrebiteľa s reaktívnym zaťažením je preto parazitická a je použitá na vykurovanie vodičov a iných komponentov.

Reaktívny výkon má závislosť od uhla fázového posunu medzi napätím a prúdovými sinusoidmi. Fázový uhol je vyjadrený ako cosφ.

Ak chcete nájsť plný výkon, použite vzorec:

P = P_r / cosφ,

kde P_r - jalový výkon vo wattoch.

Zvyčajne sa v pasových údajoch na zariadení zobrazoval jalový výkon a cosφ.

príklad: v pase perforátora sa uvádza jalový výkon 1200 W a cosφ = 0,7. Celková spotreba energie sa teda rovná:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Ak sa cosφ nedá nájsť, pre väčšinu domácich spotrebičov sa cosφ môže považovať za 0,7.

Fáza č. 2 - hľadanie simultánnosti a pomeru marže

K - bezrozmerný súčiniteľ simultánnosti ukazuje, koľko spotrebičov môže byť súčasne pripojených k sieti. Zriedkavo sa stáva, že všetky zariadenia súčasne spotrebúvajú elektrickú energiu.

Súčasná prevádzka televízie a hudobného centra je nepravdepodobná. Zo zavedenej praxe sa K môže rovnať 0,8. Ak plánujete súčasne používať všetkých spotrebiteľov, K by sa malo brať ako 1.

J - bezrozmerný bezpečnostný faktor. Charakterizuje vytvorenie rezervy energie pre budúcich spotrebiteľov.

Pokrok nestojí v pokoji, každý rok vynašiel všetky nové úžasné a užitočné elektrické spotrebiče. Očakáva sa, že do roku 2050 bude rast spotreby elektriny 84%. Obyčajne sa predpokladá, že J je od 1,5 do 2,0.

Stupeň # 3 - vykoná výpočet geometrickou metódou

Pri všetkých elektrických výpočtoch sa berie do úvahy prierezová plocha vodiča - jadrová časť. Merané v mm².

Často je potrebné naučiť sa správne vypočítať priemer drôtu vodič.

V tomto prípade existuje jednoduchý geometrický vzorec pre monolitický drôt kruhového prierezu:

S = π * R² = π * D²/4alebo naopak

D = √ (4 * S / π)

Pre pravouhlé vodiče:

S = h * m,

kde:

• S - plocha jadra v mm²;
• R - polomer jadra v mm;
• D - priemer jadra v mm;
• h, m - šírka a výška v mm;
• π - číslo pi, rovné 3,14.

Ak získate viacžilový vodič, v ktorom sa jeden vodič skladá zo sady krútených kruhových drôtov, potom sa výpočet vykonáva podľa vzorca:

S = N * D²/1,27,

kde N - počet vodičov v žile.

Drôty, ktoré sú skrútené z niekoľkých drôtov žily, vo všeobecnosti majú najlepšiu vodivosť než monolitické. Je to kvôli zvláštnostiam prúdenia prúdu cez kruhový vodič.

Elektrický prúd je pohyb podobných nábojov pozdĺž vodiča. Podobne sa náboje navzájom odpudzujú, preto je hustota rozloženia náboja posunutá na povrch vodiča.

Ďalšou výhodou laniek je ich pružnosť a mechanická odolnosť. Monolitické drôty sú lacnejšie a používajú sa hlavne na pevnú inštaláciu.

Stupeň # 4 - výpočet výkonu v praxi

úloha: Celkový výkon spotrebiteľov v kuchyni je 5000 W (čo znamená, že sa prepočítava výkon všetkých reaktívnych spotrebiteľov). Všetci spotrebitelia sú pripojení k jednofázovej sieti 220 V a sú napájaní z jednej vetvy.

rozhodnutie:

Koeficient simultánnosti K je rovný 0,8. Kuchyňa je miestom neustálej inovácie, nikdy neviete, bezpečnostným faktorom je J = 2,0. Celkový odhadovaný výkon bude:

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

Pomocou hodnoty odhadovaného výkonu hľadáme najbližšiu hodnotu v tabuľke 1.

Najbližšou vhodnou hodnotou prierezu vodiča pre jednofázovú sieť je medený vodič s prierezom 4 mm.². Rovnaký rozmer drôtu s hliníkovým jadrom 6 mm².

Pre jednovodičové vedenie je minimálny priemer 2,3 mm a 2,8 mm. V prípade viacžilového prevedenia sa prierez jednotlivých vodičov sčíta.

Výpočet aktuálneho úseku

Výpočty požadovaného prierezu prúdu a výkonu káblov a vodičov poskytnú presnejšie výsledky. Takéto výpočty umožňujú odhadnúť celkový vplyv rôznych faktorov na vodiče, vrátane tepelného zaťaženia, typu vodičov, typu inštalácie, prevádzkových podmienok atď.

Celý výpočet sa vykonáva v priebehu nasledujúcich fáz:

• výber všetkých spotrebiteľov;
• výpočet prúdov prechádzajúcich vodičom;
• výber vhodného prierezu podľa tabuliek.

Pre túto verziu výpočtu sa berie do úvahy výkon prúdových spotrebičov s napätím bez zohľadnenia korekčných faktorov. Budú zohľadnené pri sčítaní prúdu.

Stupeň # 1 - výpočet prúdovej sily pomocou vzorcov

Pre tých, ktorí zabudli na kurz fyziky, ponúkame základné vzorce vo forme grafickej schémy ako vizuálnej postieľky:

Zaznamenávame závislosť intenzity prúdu I na výkone P a sieťovom napätí U:

I = p / u_l,

kde:

• ja - prúdová intenzita v ampéroch;
• P - výkon vo wattoch;
• U_l - lineárne napätie vo voltoch.

Sieťové napätie vo všeobecnom prípade závisí od zdroja napájania, môže byť jednofázové a trojfázové.

Vzťah lineárneho a fázového napätia:

1. U_l = U * cosφ v prípade jednofázového napätia.
2. U_l = U * √3 * cosφ v prípade trojfázového napätia.

Pre domácich elektrických spotrebičov vezmite cosφ = 1, takže lineárne napätie môže byť prepísané:

1. U_l = 220 V pre jednofázové napätie.
2. U_l = 380 V pre trojfázové napätie.

Ďalej sumarizujeme všetky spotrebované prúdy podľa vzorca:

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

kde:

• ja - celkový prúd v ampéroch;
• I1..IN - prúd každého spotrebiteľa v ampéroch;
• K - koeficient simultánnosti;
• J - faktor bezpečnosti.

Koeficienty K a J majú rovnaké hodnoty, ktoré boli použité pri výpočte celkového výkonu.

Môže nastať prípad, keď prúd nerovnakého výkonu preteká trojfázovou sieťou cez rôzne fázové vodiče.

To sa stáva, keď sú jednofázové a trojfázové spotrebiče pripojené k trojfázovému káblu súčasne. Napríklad poháňaný trojfázový stroj a jednofázové osvetlenie.

Vyvstáva prirodzená otázka: ako sa v takýchto prípadoch vypočíta prierezový prierez vodiča? Odpoveď je jednoduchá - výpočty sa vykonávajú na najviac zaťaženom jadre.

Stupeň # 2 - výber príslušnej časti tabuľkami

V pravidlách prevádzky elektrických zariadení (PES) je niekoľko tabuliek na výber požadovaného prierezu káblového jadra.

Vodivosť vodiča závisí od teploty. Pre kovové vodiče so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odpor.

Keď sa prekročí určitá prahová hodnota, proces sa automaticky podporí: čím vyšší je odpor čím vyššia je teplota, tým vyšší je odpor, atď. kým vodič nevyhorí alebo nespôsobí krátke skratom.

Nasledujúce dve tabuľky (3 a 4) zobrazujú prierez vodičov v závislosti od prúdov a spôsobu inštalácie.

Kábel sa líši od kábla tým, že kábel všetkých vodičov, ktorý je vybavený vlastnou izoláciou, je uviaznutý vo zväzku a uzavretý v spoločnom izolačnom plášti. Ďalšie podrobnosti o rozdieloch a typoch káblových produktov sú uvedené v tomto dokumente článok.

Pri použití tabuliek sa na prípustný trvalý prúd aplikujú nasledujúce faktory:

• 0,68, ak žil 5-6;
• 0,63, ak žil 7-9;
• 0,6 ak 10-12 žil

Redukčné faktory sa aplikujú na hodnoty prúdov z "otvoreného" stĺpca.

V počte vodičov nie sú zahrnuté nulové a uzemňovacie vodiče.

Podľa noriem PES sa voľba prierezu nulového vodiča podľa prípustného nepretržitého prúdu vykoná ako najmenej 50% fázového vodiča.

Nasledujúce dve tabuľky (5 a 6) ukazujú závislosť prípustného nepretržitého prúdu pri jeho ukladaní do zeme.

Prúdové zaťaženie pri otvorení a pri zapustení do zeme sa líši. Ak sú pokládky v zemi vykonávané pomocou podnosov, berú sa za rovnocenné.

Pre zariadenie dočasných napájacích vedení (na privátne použitie) platí nasledujúca tabuľka (7).

Pri pokládke káblov do zeme sa okrem vlastností odvádzajúcich teplo musí brať do úvahy aj odpor, ako sa uvádza v nasledujúcej tabuľke (8):

Výpočet a výber medených vodičov do 6 mm² alebo hliník do 10 mm² Vykonáva sa ako pri nepretržitom prúde.

V prípade veľkých úsekov je možné uplatniť redukčný faktor:

0,875 *_ns

kde T_ns - pomer trvania zaradenia k dobe trvania cyklu.

Trvanie inklúzie sa uskutočňuje rýchlosťou maximálne 4 minúty. V tomto prípade by cyklus nemal presiahnuť 10 minút.

Pri výbere kábla na distribúciu elektrickej energie v drevený dom Osobitná pozornosť je venovaná jeho požiarnej odolnosti.

Stupeň 3 - výpočet prierezu vodiča prúdom na príklade

úloha: vypočítať požadovanú časť medený kábel pre pripojenie:

• 4000 W trojfázový drevoobrábací stroj;
• 6000 W trojfázový zvárací stroj;
• domáce spotrebiče v dome s celkovou kapacitou 25 000 wattov;

Spojenie bude tvorené päťžilovým káblom (trojfázové vodiče, jeden nulový a jeden uzemnený), uložené v zemi.

Rozhodnutie.

Krok č. Vypočítajte lineárne napätie trojfázového spojenia:

U_l = 220 * 3 = 380 V

Krok č. Domáce spotrebiče, stroje a zváracie stroje majú jalový výkon, takže výkon strojov a zariadení bude:

P_ty = 25000 / 0,7 = 35700 W

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

Krok č. Prúd potrebný na pripojenie domácich spotrebičov:

ja_ty = 35700/220 = 162 A

Krok č. Prúd potrebný na pripojenie zariadenia:

ja_equi = 14300/380 = 38 A

Krok č. Požadovaný prúd na pripojenie domácich spotrebičov sa vypočíta rýchlosťou jednej fázy. Podmienkou problému sú tri fázy. Preto môže byť prúd rozdelený do fáz. Pre jednoduchosť predpokladajte rovnomerné rozdelenie:

ja_ty = 162/3 = 54 A

Krok č. Prúd, ktorý možno priradiť ku každej fáze:

ja_F = 38 + 54 = 92 A

Krok č. Zariadenia a domáce spotrebiče nebudú fungovať súčasne, ale stanovíme zásoby 1,5. Po použití korekčných faktorov:

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

Krok č. Aj keď má kábel 5 jadier, berú sa do úvahy iba trojfázové vodiče. Podľa tabuľky 8 v stĺpcovom trojžilovom kábli v zemi zistíme, že prúd 115 A zodpovedá prierezu jadra 16 mm².

Krok č. Podľa tabuľky 8 aplikujeme korekčný faktor v závislosti od vlastností pozemku. Pre normálny typ pôdy je koeficient 1.

Krok č. Nie je povinné, vypočítame priemer jadra:

D = √ (4 x 16 / 3,14) = 4,5 mm

Ak bol výpočet vykonaný len pre výkon, bez zohľadnenia vlastností kladenia káblov, prierez jadra bude 25 mm². Výpočet sily prúdu je zložitejší, ale niekedy šetrí značné peniaze, najmä pokiaľ ide o uviaznuté napájacie káble.

Vzťah medzi napätím a prúdom môže byť podrobnejší tu.

Výpočet poklesu napätia

Akýkoľvek vodič, okrem supravodičov, má odpor. Preto s dostatočnou dĺžkou kábla alebo kábla dôjde k poklesu napätia.

Normy PES vyžadujú, aby bol prierez káblového vodiča taký, aby pokles napätia nebol väčší ako 5%.

Predovšetkým ide o nízkonapäťové káble malej časti.

Výpočet poklesu napätia je nasledovný: \ t

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

U_podložka = I * R,

U_% = (U_podložka / U_ling) * 100,

kde:

• 2 - koeficient vzhľadom na skutočnosť, že prúd prúdi nevyhnutne cez dva vodiče;
• R - odpor vodiča, Ohm;
• ρ - odpor vodiča, Ohm * mm²/ m;
• S - prierez vodiča, mm²;
• U_podložka - pokles napätia, V;
• U_% - pokles napätia vo vzťahu k U_ling,%.

Pomocou vzorcov môžete nezávisle vykonať potrebné výpočty.

Príklad výpočtu

úloha: vypočítajte pokles napätia pre medený drôt s prierezom jedného jadra 1,5 mm². Drôt je potrebný na pripojenie jednofázového elektrického zváracieho prístroja s celkovým výkonom 7 kW. Dĺžka drôtu 20 m.

riešenie:

Krok č. Vypočítajte odpor medeného drôtu pomocou tabuľky 9:

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

Krok č. Prúd prúdiaci cez vodič:

I = 7000/220 = 31,8 A

Krok č. Pokles napätia na vodiči:

U_podložka = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Krok č. Vypočítajte percento poklesu napätia:

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

Záver: na pripojenie zváracieho stroja je potrebný vodič s veľkým prierezom.

Závery a užitočné video na túto tému

Výpočet prierezu vodiča podľa vzorcov:

Odporúčania odborníkov na výber káblových produktov:

Vyššie uvedené výpočty platia pre priemyslové medené a hliníkové vodiče. Pre iné typy vodičov je vopred vypočítaný plný prenos tepla.

Na základe týchto údajov sa vypočíta maximálny prúd schopný prúdiť cez vodič bez toho, aby spôsobil nadmerné zahrievanie.

Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa spôsobu výpočtu káblovej sekcie alebo máte záujem zdieľať osobné skúsenosti, zanechajte prosím pripomienky k tomuto článku. Blok pre recenzie sa nachádza nižšie.