Beräkning av kabel tvärsnitt för ström och ström: formler och exempel

Planerar du att göra kraftnätuppgradering eller dessutom sträcka kraftledningen till köket för att ansluta en ny elspis? Detta kommer att vara användbart minsta kunskap om ledartvärsnittet och effekten av denna parameter på ström- och strömstyrkan.

Godkänn att felaktig beräkning av kabelns tvärsnitt leder till överhettning och kortslutning eller till onödiga kostnader.

Det är mycket viktigt att utföra beräkningar i konstruktionsstadiet, eftersom felet i de dolda kablarna och det efterföljande utbytet är förknippat med betydande kostnader. Vi hjälper dig att hantera beräkningarna, för att undvika problem vid vidare drift av elnät.

För att inte belasta dig med komplexa beräkningar klarade vi upp tydliga formler och beräkningsalternativ, tillhandahöll information i en tillgänglig form och gav förklaringar till formlerna. Även tematiska bilder och videomaterial fogades till artikeln, vilket möjliggjorde visuellt att förstå kärnan i det aktuella problemet.

Beräkning av strömförbrukarna

Huvudsyftet med ledare - leverans av elektrisk energi till konsumenter i den erforderliga kvantiteten. Eftersom superledare inte är tillgängliga under normala driftsförhållanden är det nödvändigt att ta hänsyn till ledningsmaterialets resistans.

Beräkning av erforderlig sektion ledare och kablar beroende på konsumenternas totala makt baserat på lång erfarenhet.

Vi börjar den allmänna kursen av beräkningar genom att först utföra beräkningar med hjälp av formeln:

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

där:

• P - Effekt av alla konsumenter kopplade till den beräknade grenen i Watts.
• Pl, P2, PN - Den första konsumentens kraft, andra, n-th respektive i watt.

Efter att ha erhållit resultatet i slutet av beräkningarna med hjälp av ovanstående formel var det vridet att vända sig till tabelldata.

Nu måste vi välja den nödvändiga sektionen i tabell 1.

Steg # 1 - Beräkning av reaktiv och aktiv effekt

Förbrukarnas kapacitet anges i dokumenten för utrustningen. Vanligtvis anges i passet på utrustningen aktiv kraft tillsammans med reaktiv kraft.

Enheter med en aktiv typ av last omvandlar all mottagen elektrisk energi, med hänsyn till effektiviteten, till ett användbart arbete: mekanisk, termisk eller en annan typ av det.

Apparater med aktiv last inkluderar glödlampor, värmare, elektriska spisar.

För sådana anordningar är beräkningen av ström med ström och spänning:

P = U * I,

där:

• P - kraft i watt
• U - spänning i;
• jag - nuvarande i A.

Enheter med en reaktiv typ av last kan ackumulera energi från källan och återvända sedan. En sådan utbyte sker på grund av förskjutningen av sinusformad ström och spännings sinusoid.

Apparater med reaktiv effekt inkluderar elmotorer, elektroniska apparater av alla storlekar och ändamål, transformatorer.

Elektriska nät är konstruerade på ett sådant sätt att de kan producera elektrisk kraftöverföring i en riktning från källan till lasten.

Därför är den återvände energin hos konsumenten med reaktiv belastning parasitisk och spenderas på värmeledare och andra komponenter.

Reaktiv effekt har ett beroende av vinkeln på fasförskjutningen mellan spänning och ström sinusoider. Fasvinkeln uttrycks i termer av cosφ.

För att hitta full effekt, använd formeln:

P = P_r / cosφ,

var P_r - Reaktiv effekt i watt.

Vanligtvis anges i passdatan på enheten reaktiv effekt och cosφ.

exempel: I passet på perforatorn anges reaktiv effekt på 1200 W och cosφ = 0,7. Följaktligen är den totala effektförbrukningen lika med:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Om cosφ inte kunde hittas, för de flesta hushållsapparater kan cosφ tas som 0,7.

Steg # 2 - Sök efter simultans och marginalförhållanden

K - Den dimensionslösa koefficienten för samtidighet, visar hur många konsumenter som kan anslutas samtidigt till nätverket. Det händer sällan att alla enheter samtidigt förbrukar el.

Samtidigt drift av en tv och ett musikcenter är osannolikt. Från den etablerade praxisen kan K tas lika med 0,8. Om du planerar att använda alla konsumenter samtidigt måste K tas lika med 1.

J - dimensionell säkerhetsfaktor Det kännetecknar skapandet av en energireserve för framtida konsumenter.

Framsteg står inte stilla, uppfann varje år alla nya fantastiska och användbara elektriska apparater. Det förväntas att tillväxten av elförbrukning år 2050 kommer att vara 84%. Vanligtvis antas J att vara från 1,5 till 2,0.

Steg # 3 - Utför beräkningen med den geometriska metoden

I alla elektriska beräkningar tas ledarens tvärsnittsarea - kärndelen. Mätt i mm².

Det är ofta nödvändigt att lära sig att räkna ut korrekt tråddiameter ledare.

I detta fall finns en enkel geometrisk formel för en monolitisk tråd med cirkulär tvärsnitt:

S = π * R² = π * D²/4eller vice versa

D = √ (4 * S / π)

För rektangulära ledare:

S = h * m,

där:

• S - kärnområde i mm²;
• R - kärnradie i mm
• D - kärndiameter i mm
• h, m - Bredd respektive höjd i mm;
• π - pi-tal, lika med 3,14.

Om du köper en multicore-kabel, i vilken en ledare består av en uppsättning snodda rundade ledningar, utförs beräkningen enligt följande formel:

S = N * D²/1,27,

var N - antalet ledningar i venen

Trådarna har vridits från flera trådar i en ven, har i allmänhet den bästa ledningsförmågan, än monolitisk. Detta beror på de särdrag av strömmen av strömmen genom en cirkulär ledare.

Elektrisk ström är rörelsen för liknande laddningar längs en ledare. Liksom laddningar avstöter varandra, förskjuts därför laddningsfördelningsdensiteten till ledarens yta.

En annan fördel med strängade trådar är deras flexibilitet och mekaniska motstånd. Monolitiska kablar är billigare och används huvudsakligen för fast installation.

Steg 4 - Beräkna strömavsnittet i praktiken

uppgift: Den totala effekten av konsumenterna i köket är 5000 W (vilket innebär att kraften hos alla reaktiva konsumenter omräknas). Alla konsumenter är anslutna till ett enfaset nätverk av 220 V och drivs från en gren.

beslutet:

Koefficienten för samtidighet K är lika med 0,8. Köket är en plats för konstant innovation, du vet aldrig, säkerhetsfaktorn är J = 2.0. Den totala uppskattade effekten kommer att vara:

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

Med värdet av den uppskattade effekten letar vi efter det närmaste värdet i tabell 1.

Det närmaste lämpliga värdet av ledartvärdet för ett enfasigt nätverk är en kopparledare med ett tvärsnitt av 4 mm². Samma storlek av tråd med aluminiumkärna 6 mm².

För ledning med en ledare är minsta diameter 2,3 mm respektive 2,8 mm. När det gäller multicore-versionen summeras de enskilda ledarnas tvärsnitt.

Beräkning av nuvarande avsnitt

Beräkningar av det önskade tvärsnittet för ström och ström av kablar och ledningar kommer att ge mer exakta resultat. Sådana beräkningar gör det möjligt att uppskatta den totala effekten av olika faktorer på ledarna, inklusive termisk belastning, typen av ledningar, typ av installation, driftsförhållanden etc.

Hela beräkningen utförs under följande steg:

• kraftval av alla konsumenter
• beräkning av strömmar som passerar genom ledaren;
• val av lämpligt tvärsnitt enligt tabellerna.

För denna version av beräkningen tas strömmen av nuvarande konsumenter med spänning utan beaktande av korrigeringsfaktorerna. De kommer att beaktas vid summering av strömmen.

Steg # 1 - beräkning av strömstyrka med formler

För de som har glömt fysikens skolkurs erbjuder vi de grundläggande formlerna i form av ett grafiskt system som en visuell spjälsäng:

Vi skriver ned beroendet av den nuvarande styrkan jag på kraften P och linjespänningen U:

I = p / u_l,

där:

• jag - Nuvarande styrka, tagen i ampere;
• P - kraft i watt
• U_l - linjär spänning i volt.

Linjespänning i allmänhet beror på strömkällan, det kan vara en- och trefas.

Relationen mellan linjär och fasspänning:

1. U_l = U * cosφ i fallet med enfasspänning.
2. U_l = U * √3 * cosφ i fallet med trefasspänning.

För hushållens elektriska konsumenter tar cosφ = 1, så den linjära spänningen kan skrivas om:

1. U_l = 220 V för enfasspänning.
2. U_l = 380 V för trefasspänning.

Vidare sammanfattar vi alla förbrukade strömmar enligt formeln:

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

där:

• jag - Total ström i ampere
• I1..IN - Nuvarande för varje konsument i ampere
• K - samtidighetskoefficient
• J - säkerhetsfaktor

Koefficienterna K och J har samma värden som använts vid beräkningen av den totala effekten.

Det kan finnas ett fall då en ström av ojämn effekt strömmar genom ett trefas-nätverk genom olika fasledare.

Detta händer när enfas- och trefasekunder ansluts till trefaskabeln samtidigt. Till exempel strömförsörjd trefas maskin och enfasbelysning.

En naturlig fråga uppstår: hur är tvärsnittstrådsektionen i sådana fall beräknade? Svaret är enkelt - beräkningar görs på den mest laddade kärnan.

Steg # 2 - Välj lämplig sektion genom tabeller

I driftsreglerna för elektriska installationer (PES) finns ett antal tabeller för val av önskat tvärsnitt av kabelkärnan.

Ledarens ledningsförmåga beror på temperaturen. För metallledare med ökande temperatur ökar motståndet.

När ett visst tröskelvärde överskrids, blir processen automatiskt stödd: ju högre resistans, den Ju högre temperaturen desto högre motstånd, etc. tills ledaren brinner ut eller orsakar en kortslutning lutningar.

Följande två tabeller (3 och 4) visar ledarens tvärsnitt beroende på strömmen och installationsmetoden.

Kabeln skiljer sig från ledningen genom att kabeln har alla ledare, utrustade med egen isolering, snodd i en bunt och innesluten i en gemensam isoleringsmantel. Mer detaljer om skillnaderna och typerna av kabelprodukter skrivs här Artikel.

Vid användning av tabeller tillämpas följande faktorer på den tillåtna kontinuerliga strömmen:

• 0,68 om 5-6 levde;
• 0,63 om 7-9 levde;
• 0,6 om 10-12 bodde

Reduktionsfaktorer appliceras på strömmen från strömmarna från "öppna" kolumnen.

Noll- och jordningsledare ingår ej i antalet ledare.

Enligt standarderna för PES är valet av nollledarens tvärsnitt enligt den tillåtna kontinuerliga strömmen gjord som minst 50% av fasledaren.

Följande två tabeller (5 och 6) visar beroendet av den tillåtna kontinuerliga strömmen när den läggs i marken.

Aktuell belastning när den läggs öppen och när den förs in i marken skiljer sig åt. De tas lika om att läggning i marken utförs med hjälp av brickor.

För enheten av tillfälliga strömförsörjningslinjer (bärande, för privat bruk) gäller följande tabell (7).

Vid läggning av kablar i marken, förutom värmeavledningsegenskaperna, måste resistivitet beaktas, vilket återspeglas i följande tabell (8):

Beräkning och val av kopparledare upp till 6 mm² eller aluminium upp till 10 mm² Det genomförs som för en kontinuerlig ström.

Vid stora sektioner är det möjligt att tillämpa en reduktionsfaktor:

0,875 * √Т_ns

var T_ns - förhållandet mellan varaktigheten för upptagningen under cykelns varaktighet

Innehållets längd tas i högst 4 minuter. I detta fall bör cykeln inte överstiga 10 minuter.

När du väljer en kabel för distribution av el i trähus Särskild uppmärksamhet ägnas åt brandmotståndet.

Steg # 3 - Beräkning av ledartvärsnittet med ström på ett exempel

uppgift: Beräkna den önskade sektionen kopparkabel för anslutning:

• 4000 W trefas träbearbetning maskin;
• 6000 W trefas svetsmaskin;
• hushållsapparater i huset med en total kapacitet på 25.000 watt;

Anslutningen kommer att göras av en femkärnig kabel (trefasledare, en noll och en jord), som ligger i marken.

Beslutet.

Steg # 1. Beräkna den linjära spänningen för trefasanslutningen:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Steg # 2. Hushållsmaskiner, maskin- och svetsmaskiner har reaktiv effekt, så kraften i maskiner och utrustning kommer att vara:

P_{de som} = 25000 / 0,7 = 35700 W

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

Steg # 3. Ström som krävs för att ansluta hushållsapparater:

jag_{de som} = 35700/220 = 162 A

Steg # 4. Ström som krävs för att ansluta utrustning:

jag_Equi = 14300/380 = 38 A

Steg # 5. Den nödvändiga strömmen för att ansluta hushållsapparater beräknas med en fas. Med problemet är det tre faser. Därför kan strömmen fördelas i faser. För enkelhet, anta en enhetlig fördelning:

jag_{de som} = 162/3 = 54 A

Steg # 6. Nuvarande hänförlig till varje fas:

jag_f = 38 + 54 = 92 A

Steg # 7. Utrustning och hushållsapparater fungerar inte samtidigt, men vi lägger ner ett lager på 1,5. Efter tillämpning av korrigeringsfaktorerna:

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

Steg # 8. Även om kabeln har 5 kärnor beaktas endast tre fasledare. Enligt tabell 8 i kolonnens trekärniga kabel i marken finner vi att strömmen på 115 A motsvarar korsets 16 mm tvärsnitt².

Steg # 9. I tabell 8 tillämpar vi korrigeringsfaktorn beroende på landets egenskaper. För en normal typ av mark är koefficienten 1.

Steg # 10. Ej obligatoriskt, vi beräknar kärndiametern:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Om beräkningen endast gjordes för effekt, utan att ta hänsyn till kablets egenskaper, kommer korsets tvärsnitt att vara 25 mm². Beräkningen av strömstyrkan i strömmen är mer komplicerad, men det sparar ibland stora pengar, särskilt när det gäller strängkablar.

På förhållandet mellan spänning och ström kan det vara mer detaljerat här.

Spänningsfall beräkning

Varje ledare, utom superledare, har motstånd. Därför uppstår en spänningsfall med tillräcklig kabel eller ledningslängd.

PES-standarder kräver att kabelledarens tvärsnitt är sådant att spänningsfallet inte överstiger 5%.

För det första handlar det om lågspänningskablar av liten sektion.

Beräkningen av spänningsfallet är följande:

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

U_dyna = I * R,

U_% = (U_dyna / U_ling) * 100,

där:

• 2 - koefficient på grund av att strömmen nödvändigtvis strömmar genom två ledare
• R - Ledarresistans, Ohm;
• ρ - Ledarens resistans, Ohm * mm²/ m;
• S - Ledarsektion mm²;
• U_dyna - spänningsfall, V;
• U_% - Spänningsfall i förhållande till U_ling,%.

Med hjälp av formler kan du självständigt utföra de nödvändiga beräkningarna.

Bär beräkningsexempel

uppgift: Beräkna spänningsfallet för koppartråd med ett tvärsnitt av en enda kärna på 1,5 mm². Kabeln behövs för att ansluta en enfas elektrisk svetsapparat med en total effekt på 7 kW. Ledningslängd 20 m.

lösning:

Steg # 1. Beräkna koppartrådets motstånd, med hjälp av tabell 9:

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

Steg # 2. Strömmen strömmar genom ledaren:

I = 7000/220 = 31,8 A

Steg # 3. Spänningsfallet på ledningen:

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

Steg # 4. Beräkna procent av spänningsfall:

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

Slutsats: En ledare med stor tvärsnitt krävs för att ansluta svetsmaskinen.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Beräkning av ledartvärsnitt enligt formlerna:

Rekommendationer från experter om val av kabelprodukter:

Ovanstående beräkningar gäller för industritekta koppar- och aluminiumledare. För andra typer av ledare beräknas fullständig värmeöverföring.

På grundval av dessa data beräknas den maximala strömmen som kan strömma genom ledaren utan att orsaka överdriven uppvärmning.

Om du har några frågor om metoden för beräkning av kabelavsnittet eller vill ha del av personlig erfarenhet, vänligen lämna kommentarer på den här artikeln. Blocket för recensioner finns nedan.