Izračun kabla za moč in tok: formule in primeri

Ali nameravate nadgradnja električnega omrežja ali dodatno raztegnite električni vod v kuhinjo, da priključite novo električno peč? To bo koristno minimalno poznavanje preseka vodnika in vpliv tega parametra na moč in jakost toka.

Strinjate se, da napačen izračun preseka kabla vodi do pregrevanja in kratkega stika ali do nepotrebnih stroškov.

Zelo pomembno je, da izvedemo izračune v fazi projektiranja, saj je odpoved skritega ožičenja in kasnejša zamenjava povezana s pomembnimi stroški. Pomagali vam bomo pri obravnavanju zapletenosti izračunov, da bi se izognili težavam pri nadaljnjem delovanju električnih omrežij.

Da ne bi vas obremenjevali s kompleksnimi izračuni, smo izbrali jasne formule in računalniške možnosti, zagotovili informacije v dostopni obliki in podali pojasnila formul. Članku smo dodali tudi tematske fotografije in video materiale, ki omogočajo vizualno razumevanje bistva obravnavanega vprašanja.

Izračun preseka porabnikov energije

Glavni namen prevodnikov - dostava električne energije potrošnikom v zahtevani količini. Ker superprevodniki pri normalnih obratovalnih pogojih niso na voljo, je treba upoštevati upornost prevodnega materiala.

Izračun zahtevanega dela prevodniki in kabli odvisno od skupne moči potrošnikov, ki temelji na dolgoročnih obratovalnih izkušnjah.

Splošni potek izračunov začnemo tako, da najprej izvedemo izračune po formuli:

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

Kje?

• P - moč vseh odjemalcev, priključenih na izračunano podružnico v vatih.
• P1, P2, PN - moč prvega potrošnika, drugi, n-ti, v vatih.

Ko smo dobili rezultat na koncu izračunov z uporabo zgornje formule, smo se obrnili k tabelarnim podatkom.

Sedaj moramo izbrati potreben del v tabeli 1.

Stopnja # 1 - izračun reaktivne in aktivne moči

Zmogljivosti potrošnikov so navedene v dokumentih za opremo. Običajno je v potnih listih opreme navedena aktivna moč, skupaj z jalovo močjo.

Naprave z aktivno vrsto obremenitve pretvorijo vso pridobljeno električno energijo, upoštevajoč učinkovitost, v koristno delo: mehansko, toplotno ali drugo vrsto.

Naprave z aktivnim tovorom vključujejo žarnice, grelnike, električne peči.

Za takšne naprave je izračun moči po tok in napetost:

P = U * I,

Kje?

• P - moč v vatih;
• U - napetost v;
• I - tok v A.

Naprave z reaktivnim tipom bremena lahko nabirajo energijo iz vira in se nato vrnejo. Takšna izmenjava poteka zaradi premika sinusoidnega sinusoidnega toka in napetosti.

Naprave z jalovo močjo vključujejo elektromotorje, elektronske naprave vseh velikosti in namenov, transformatorje.

Električna omrežja so zgrajena tako, da lahko proizvajajo prenos električne energije v eni smeri od vira do tovora.

Zato je vrnjena energija potrošnika z jalovo obremenitvijo parazitska in se porabi za ogrevalne vodnike in druge komponente.

Reaktivna moč je odvisna od kota faznega premika med sinusoidi napetosti in toka. Fazni kot je izražen kot cosφ.

Za iskanje polne moči uporabite formulo:

P = P_str / cosφ,

Kje? P_str - jalova moč v vatih.

Običajno so v podatkih o potnih listih na napravi navedeni reaktivna moč in cosφ.

Primer: v potnem listu perforatorja je prikazana jalova moč 1200 W in cosφ = 0,7. Posledično bo skupna poraba energije enaka:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Če cosφ ni bilo mogoče najti, se lahko velika večina gospodinjskih aparatov upošteva kot 0,7.

Faza # 2 - iskanje sočasnosti in razmerij meja

K - brezrazsežni koeficient istočasnosti, ki prikazuje, koliko potrošnikov je mogoče istočasno priključiti na omrežje. Redko se zgodi, da vse naprave hkrati porabijo elektriko.

Hkratno delovanje televizije in glasbenega centra je malo verjetno. Iz uveljavljene prakse lahko K ​​vzamemo enako 0,8. Če nameravate uporabljati vse potrošnike hkrati, je treba K vzeti enako 1.

J - brezrazsežni varnostni faktor. Značilen je za oblikovanje rezerve moči za prihodnje potrošnike.

Napredek ne stoji mirno, vsako leto je izumil vse nove neverjetne in uporabne električne naprave. Pričakuje se, da bo do leta 2050 rast porabe električne energije znašala 84%. Običajno je J predpostavljeno, da je od 1,5 do 2,0.

Faza # 3 - izračunajte po geometrijski metodi

Pri vseh električnih izračunih se upošteva prečni prerez vodnika - osrednji del. Merjeno v mm².

Pogosto se je treba naučiti, kako pravilno izračunati premer žice žični vodnik.

V tem primeru obstaja preprosta geometrijska formula za monolitno žico krožnega prereza:

S = π * R² = π * D²/4ali obratno

D = √ (4 * S / π)

Za pravokotne vodnike:

S = h * m,

Kje?

• S - središče jedra v mm²;
• R - polmer jedra v mm;
• D - premer sredice v mm;
• h, m - širina in višina v mm;
• π - število pi, ki je enako 3,14.

Če pridobite večžično žico, v kateri je en vodnik sestavljen iz niza zvitih okroglih žic, se izračun izvede po formuli:

S = N * D²/1,27,

Kje? N - število žic v veni.

Žice, ki so zvite iz več žic v veni, v splošnem imajo najboljšo prevodnost, kot monolitne. To je posledica posebnosti toka skozi krožni vodnik.

Električni tok je gibanje podobnih nabojev vzdolž prevodnika. Podobno kot se stroški med seboj odbijajo, se gostota porazdelitve naboja premakne na površino prevodnika.

Druga prednost nasedlih žic je njihova fleksibilnost in mehanska odpornost. Monolitne žice so cenejše in se uporabljajo predvsem za fiksne instalacije.

Faza # 4 - v praksi izračunajte močnostni del

Naloga: Skupna moč porabnikov v kuhinji je 5000 W (kar pomeni, da se preračuna moč vseh reaktivnih porabnikov). Vsi porabniki so priključeni na enofazno omrežje 220 V in se napajajo iz ene veje.

Rešitev:

Koeficient istočasnosti K je enak 0,8. Kuhinja je mesto stalnih inovacij, nikoli ne veš, varnostni faktor je J = 2,0. Skupna ocenjena moč bo:

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

Z vrednostjo ocenjene moči iščemo najbližjo vrednost v tabeli 1.

Najbližja ustrezna vrednost prečnega prereza za enofazno omrežje je bakren vodnik s presekom 4 mm.². Enaka velikost žice z aluminijastim jedrom 6 mm².

Pri ožičenju z enim vodnikom je minimalni premer 2,3 mm oziroma 2,8 mm. V primeru večjedrne različice se sešteje prečni prerez posameznih vodnikov.

Izračun trenutnega dela

Izračuni potrebnega preseka za tok in moč kablov in žic zagotavljajo natančnejše rezultate. Taki izračuni omogočajo oceno celotnega učinka različnih dejavnikov na vodnike, vključno s toplotno obremenitvijo, vrsto žic, vrsto napeljave, delovnimi pogoji itd.

Celoten izračun se izvede v naslednjih fazah:

• izbiro moči vseh potrošnikov;
• izračun tokov, ki potekajo skozi vodnik;
• izbor ustreznega prereza v skladu s tabelami.

Pri tej različici izračuna je moč električnih odjemalcev z napetostjo sprejeta brez upoštevanja korekcijskih faktorjev. Upoštevali jih bomo pri seštevanju toka.

Stopnja # 1 - izračun trenutne moči z uporabo formul

Za tiste, ki so pozabili šolski tečaj fizike, nudimo osnovne formule v obliki grafične sheme kot vizualne jaslice:

Zapišemo odvisnost jakosti toka I od moči P in napetosti U:

I = p / u_l,

Kje?

• I - jakost toka, vzeta v amperih;
• P - moč v vatih;
• U_l - linearna napetost v voltih.

Linijska napetost v splošnem primeru je odvisna od napajalnega vira, lahko je enofazni in trifazni.

Razmerje med linearno in fazno napetostjo:

1. U_l = U * cosφ v primeru enofazne napetosti.
2. U_l = U * √3 * cosφ v primeru trifazne napetosti.

Za gospodinjske električne odjemalce vzemite cosφ = 1, tako da lahko linearno napetost napišete:

1. U_l = 220 V za enofazno napetost.
2. U_l = 380 V za trifazno napetost.

Nadalje povzemamo vse porabljene tokove po formuli:

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

Kje?

• I - skupni tok v amperih;
• I1..IN - tok vsakega potrošnika v amperih;
• K - koeficient istočasnosti;
• J - varnostni faktor.

Koeficienti K in J imata enake vrednosti kot pri izračunu skupne moči.

Lahko pride do primera, ko tok neenakomerne moči teče skozi trifazno omrežje skozi različne fazne vodnike.

To se zgodi, če so enofazni in trifazni odjemalci hkrati priključeni na trifazni kabel. Na primer napajalni trifazni stroj in enofazna razsvetljava.

Postavlja se naravno vprašanje: kako se v takih primerih izračuna prečni prerez žice? Odgovor je preprost - izračuni so narejeni na najbolj obremenjenem jedru.

Faza # 2 - izbira ustreznega razdelka po tabelah

V pravilih delovanja električnih instalacij (PES) so številne tabele za izbiro želenega preseka kabelskega jedra.

Prevodnost prevodnika je odvisna od temperature. Pri kovinskih vodnikih s povišanjem temperature se poveča upornost.

Ko je določen prag presežen, postane postopek samodejno podprt: višji je upor višja je temperatura, višja je upornost itd. dokler vodnik ne izgori ali povzroči kratkega stika zaprtje

Naslednji tabeli (3 in 4) prikazujeta prerez vodnikov, odvisno od tokov in načina vgradnje.

Kabel je drugačen od žice v tem, da so vsi vodniki, opremljeni z lastno izolacijo, nasedli v snopu in zaprti v skupni izolacijski ovoj. Več podrobnosti o razlikah in vrstah kabelskih izdelkov je zapisanih v tem dokumentu članku.

Pri uporabi tabel se za dovoljeni zvezni tok uporabljajo naslednji dejavniki:

• 0,68, če je živelo 5-6;
• 0,63, če je preživelo 7-9 let;
• 0,6, če je živelo 10-12

Faktorji zmanjšanja se uporabljajo za vrednosti tokov iz "odprtega" stolpca.

Ničelni in ozemljitveni vodniki niso vključeni v število prevodnikov.

V skladu s standardi PES je izbira prereza ničelnega vodnika glede na dovoljeni neprekinjen tok vsaj 50% faznega prevodnika.

Naslednji tabeli (5 in 6) prikazujeta odvisnost dopustnega stalnega toka pri polaganju v tla.

Tekoča obremenitev pri odpiranju in pri vgradnji v tla se razlikuje. Če se polaganje v zemljo izvede s pomočjo pladnjev, so enaki.

Za napravo začasnih napajalnih vodov (prenašanje, če je za zasebno uporabo) velja naslednja tabela (7).

Pri polaganju kablov v zemljo je treba poleg lastnosti odvajanja toplote upoštevati tudi upornost, kot je prikazano v naslednji tabeli (8): \ t

Izračun in izbor bakrenih vodnikov do 6 mm² ali aluminij do 10 mm² Izvaja se kot pri stalnem toku.

V primeru velikih odsekov je mogoče uporabiti faktor zmanjšanja:

0,875 * √Т_pv

kjer T_pv - razmerje med trajanjem vključitve in trajanjem cikla.

Trajanje vključitve se izvede v višini največ 4 minut. V tem primeru cikel ne sme presegati 10 minut.

Pri izbiri kabla za distribucijo električne energije v lesena hiša Posebna pozornost je posvečena požarni odpornosti.

Faza # 3 - izračun preseka vodnika s tokom na primeru

Naloga: izračunajte potreben del bakreni kabel za povezavo:

• 4000 W trifazni lesnoobdelovalni stroj;
• 6000 W trifazni varilni stroj;
• gospodinjski aparati v hiši s skupno zmogljivostjo 25.000 vatov;

Povezava bo izvedena s petžilnim kablom (trifazni vodniki, enim ničelnim in enim tlem), položenimi v zemljo.

Odločitev.

Korak # 1. Izračunajte linearno napetost trifazne povezave:

U_l = 220 * 3 = 380 V

2. korak. Gospodinjski aparati, stroji in varilni aparati imajo reaktivno moč, zato bo moč strojev in opreme:

P_teh = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_opreme = 10.000 / 0.7 = 14.300 W

Korak # 3. Tok, potreben za priključitev gospodinjskih aparatov:

I_teh = 35700/220 = 162 A

Korak # 4. Tok, potreben za priključitev opreme:

I_opreme = 14300/380 = 38 A

Korak # 5. Potreben tok za priključitev gospodinjskih aparatov se izračuna po stopnji ene faze. S pogojem problema obstajajo tri faze. Zato se lahko tok porazdeli v fazah. Zaradi poenostavitve predpostavimo enakomerno porazdelitev:

I_teh = 162/3 = 54 A

Korak # 6. Trenutni tok, ki ga je mogoče pripisati vsaki fazi:

I_f = 38 + 54 = 92 A

Korak # 7. Oprema in gospodinjski aparati ne bodo delovali hkrati, vendar bomo določili zalogo 1,5. Po uporabi korekcijskih faktorjev:

I_f = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 A

Korak # 8. Čeprav ima kabel 5 jeder, se upoštevajo samo trije fazni vodniki. V skladu s tabelo 8 v tritožilnem kablu v tleh ugotovimo, da tok 115 A ustreza preseku jedra 16 mm.².

Korak # 9. V skladu s tabelo 8 uporabimo korekcijski faktor glede na značilnosti zemljišča. Za normalno vrsto zemljišča je koeficient 1.

Korak # 10. Ni obvezno, izračunamo premer jedra:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Če je bil izračun narejen samo za moč, brez upoštevanja značilnosti polaganja kablov, bo presek jedra 25 mm². Izračun moči toka je bolj zapleten, vendar včasih prihrani veliko denarja, zlasti ko gre za nasedle električne kable.

Na razmerje med napetostjo in tokom lahko podrobneje tukaj.

Izračun padca napetosti

Vsak prevodnik, razen superprevodnikov, je odporen. Zato pri zadostni dolžini kabla ali žice pride do padca napetosti.

Standardi PES zahtevajo, da je prerez kabelskega vodnika takšen, da padec napetosti ne presega 5%.

Najprej gre za nizkonapetostne kable majhnega prereza.

Izračun padca napetosti je naslednji:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad / U_ling) * 100,

Kje?

• 2 - koeficient zaradi dejstva, da tok nujno teče skozi dva prevodnika;
• R - upornost prevodnika, Ohm;
• ρ - upornost prevodnika, Ohm * mm²/ m;
• S - prerezni del, mm²;
• U_pad - padec napetosti, V;
• U_% - padec napetosti glede na U_ling,%.

Z uporabo formul lahko samostojno opravite potrebne izračune.

Primer izračunavanja

Naloga: Izračunajte padec napetosti za bakreno žico s prečnim prerezom enega jedra 1,5 mm². Žica je potrebna za priključitev enofaznega električnega varilnega aparata s skupno močjo 7 kW. Dolžina žice 20 m.

Rešitev:

Korak # 1. Izračunajte upornost bakrene žice z uporabo tabele 9:

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

2. korak. Tok, ki teče skozi vodnik:

I = 7000/220 = 31,8 A

Korak # 3. Padec napetosti na žici:

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

Korak # 4. Izračunajte odstotek padca napetosti:

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

Zaključek: za povezavo varilnega stroja je potreben vodnik z velikim prerezom.

Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi

Izračun preseka vodnika po formulah:

Priporočila strokovnjakov za izbiro kabelskih izdelkov:

Zgornji izračuni veljajo za bakrene in aluminijaste vodnike industrijske kakovosti. Pri drugih vrstah prevodnikov je vnaprej izračunan celoten prenos toplote.

Na podlagi teh podatkov se izračuna maksimalni tok, ki lahko teče skozi vodnik, ne da bi povzročil prekomerno segrevanje.

Če imate kakršna koli vprašanja o načinu izračuna kabla ali imate željo po izmenjavi osebnih izkušenj, pustite komentar na ta članek. Blok za preglede se nahaja spodaj.