Расчет сечения кабеля: расчет мощности и тока

Вы планируете заняться модернизацией электросети Или добавить новую электрическую линию в кухню для подключения новой плиты?

Неправильное определение сечения провода может вызвать перегрев, короткий замыкание или нецелесообразные затраты.

Проектирование с расчетами имеет важное значение, поскольку выход из строя… скрытой проводки Поддержка последовательного перехода связана с большими затратами. Поможем разобраться с нюансами расчётов, чтобы исключить сложности во время работы электрических сетей.

Чтобы не усложнять вам расчеты, мы отобрали простые формулы и способы вычислений, изложили информацию понятно, снабдив формулы комментариями. В статью также добавили фотографии и видео по теме, помогающие наглядно освоить суть рассматриваемого вопроса.

Расчет сечения по мощности потребителей

Главная задача проводов — подавать электроэнергию потребителям нужным объёмом. Так как суперпроводимость недоступна при стандартной работе, нужно учитывать сопротивление материала провода.

Расчет необходимого сечения проводников и кабелей Разработан на основе многолетнего опыта работы и ориентирован на потребности пользователей с разной мощностью.

Рассчитаем поначалу, применяя следующую формулу.

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

Где:

• P Общее энергопотребление всех подключенных к рассматриваемой линии устройств, выраженное в ваттах.
• P1, P2, PN Мощность первого, второго и каждого последующего потребителя выражается в Ваттах.

Вычислив значение по приведенной формуле, обратились к таблицам.

В таблице 1 следует выбрать нужное сечение.

Первый этап — вычисление реактивной и активной мощности.

Характеристики потребления мощности описаны в документации к технике. В руководствах по эксплуатации зачастую указывают активную и реактивную мощность устройства.

Активные устройства преобразуют всю получаемую электроэнергию (с учётом КПД) в полезную работу — механическую, тепловую или иную.

Лампы накаливания, обогреватели и электроплиты — примеры устройств с активной нагрузкой.

Для этих устройств мощность рассчитывается по току и напряжению следующим образом:

P = U * I,

Где:

• P – мощность в Вт;
• U – напряжение в В;
• I – сила тока в А.

Реактивные устройства могут хранить энергию от источника и потом отдавать её обратно. Такой процесс происходит из-за разности фаз между синусоидами силы тока и напряжения.

Электродвигатели, электронные устройства любых габаритов и функций, а также трансформаторы – все это относится к реактивным приборам.

Электрические сети устроены для передачи электрической энергии от источника к потребителю.

Потребитель с реактивной нагрузкой возвращает энергию, которая становится паразитным фактором, приводящим к нагреванию проводов и элементов системы.

Реактивная мощность изменяется в зависимости от угла сдвига фаз между синусоидальными волнами напряжения и тока.

Чтобы определить полную мощность, используют формулу:

P = Q / cosφ,

Где Q – реактивная мощность в ВАрах.

В паспортных данных устройства обычно указывают реактивную мощность и коэффициент мощности cosφ.

ПримерРеактивная мощность перфоратора указана как 1200 ВА, а коэффициент мощности — 0,7. Общая потребляемая мощность составит…

P = 1200/0,7 = 1714 Вт

При невозможности определения косинуса φ для подавляющего большинства бытовых электроприборов его можно считать равным 0,7.

Этап второй – нахождение коэффициентов одновременности и запаса.

K Безразмерный коэффициент одновременности указывает на максимальное количество подключенных к сети потребителей. В обычной ситуации не все устройства одновременно используют электричество.

Вместе телевизор и музыкальный центр работают редко. Обычно коэффициент К равен 0,8. При одновременном использовании всех приборов коэффициент К принимается равным 1.

J Бесконечный показатель резерва. Отражает формирование запаса по производительности для потенциальных пользователей.

Непрерывно развивается прогресс, ежегодно появляются новые удивительные и полезные электрические приборы. Предполагают, что к 2050 году рост потребления электроэнергии достигнет 84%. Обычно J принимают от 1,5 до 2,0.

Этап третий — расчет с помощью геометрии.

В электрических расчетах используют площадь сечения провода. ².

Не всегда просто правильно вычислить… сечение провода по диаметру проволоки проводника.

В данном случае существует простое геометрическое уравнение для проволоки круглой формы.

S = π*R² = π*D²/4, или наоборот

D = √(4*S / π)

Для проводников прямоугольного сечения:

S = h * m,

Где:

• S – площадь жилы в мм²;
• R – радиус жилы в мм;
• D – диаметр жилы в мм;
• h, m – ширина и высота соответственно в мм;
• π — число пи, равное 3,14.

При покупке многожильного провода, где один проводник собран из пучка круглой проволоки, расчет выполняется по следующей формуле:

S = N*D²/1,27,

Где N – число проволочек в жиле.

Провода с многожильными жилами обычно лучше проводят ток по сравнению с однородными проводами. Это связано с особенностью протекания тока по проводникам круглой формы.

Движение электрических зарядов одинаковой природы по проводнику образует электрический ток. Вследствие отталкивания одноименных зарядов концентрация их перемещается к поверхности проводника.

Многожильные провода отличаются гибкостью и прочностью. Монолитные — более экономичны и чаще используют при неподвижной установке.

Четвёртый этап — измерение сечения провода по мощности в реальных условиях.

ЗадачаОбщая мощность кухонных приборов равна 5000 Вт (в расчёте учтена мощность всех ректифирующих устройств). Все приборы подключены к однофазной сети с напряжением 220 В и получают питание от одной линии.

Решение:

Полагаем коэффициент одновременности K равным 0,8. Кухня – пространство постоянных инноваций, потому коэффициент запаса J равен 2,0. Общая расчетная мощность будет:

P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт

Определив расчетную мощность, выбираем ближайшее соответствующее значение в таблице 1.

Для однофазных сетей оптимальным вариантом сечения жилы считается медной проводник площадью 4 мм². ²Провод с медной жилой того же размера, что и с алюминиевой, — 6 мм. ².

Минимальный диаметр для одножильных проводов — 2,3 мм и 2,8 мм. При использовании многожильных вариантов, сечение каждой жилы складывается.

Расчет сечения по току

Расчет сечения кабелей и проводов по току и мощности даст более точные результаты. Такие вычисления покажут общее влияние различных факторов на проводники: тепловую нагрузку, марку проводов, тип прокладки, условия эксплуатации и др.

Рассчет выполняется поэтапно.

• выбор мощности всех потребителей;
• расчет токов, проходящих по проводнику;
• Подбор диаметра провода по справочным таблицам.

Для этого варианта расчета мощность потребителей по току с напряжением берётся без учёта поправочных коэффициентов, которые будут учтены при суммировании силы тока.

Шаг первый — вычисление силы тока с использованием формул.

Для тех, кто освежил знания по школьной физике, приведена основная формула в виде схематического изображения.

Рассмотрим взаимосвязь силы тока I, мощности P и линейного напряжения U.

I = P/U_л,

Где:

• I — cила тока, принимается в амперах;
• P — мощность в ваттах;
• U_л — линейное напряжение в вольтах.

Уровень линейного напряжения обычно определяется источником электроэнергии и может быть как одно-, так и трехфазным.

Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:

1. U_л = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
2. U_л = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.

Для бытовых электроприборов используют cosφ = 1, поэтому линейное напряжение можно записать как:

1. U_л = 220 В для однофазного напряжения.
2. U_л = 380 В для трехфазного напряжения.

Суммируем всё потребляемое ток по формуле.

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Где:

• I – суммарная сила тока в амперах;
• I1..IN – величина тока каждого потребителя выражается в амперах.
• K – коэффициент одновременности;
• J – коэффициент запаса.

Коэффициенты К и J такие же, как и при расчёте полной мощности.

Возможна ситуация, когда в трехфазной сети сила тока в разных фазных проводах различается.

Это случается при одновременном подключении к трехфазному кабелю однофазных и трехфазных потребителей, например, трехфазного станка и однофазного освещения.

Вопрос возникает естественным образом: как в подобных ситуациях определяют сечение многожильного провода? Ответ предельно прост — расчеты проводятся по самой нагруженной жиле.

Второй этап — подбор соответствующего сечения с помощью таблиц.

Правила эксплуатации электроустановок содержат таблицы для подбора сечения кабельной жилы.

Сопротивление металлических проводников возрастает при нагревании.

Если сопротивление превысит определенный уровень, процесс станет самоподдерживающимся: растёт сопротивление — повышается температура — возрастает сопротивление и так далее, пока проводник не перегорит или не произойдёт короткое замыкание.

В таблицах 3 и 4 представлено сечение проводников при разных токах и способах укладки.

Кабель имеет особенность: все его жилы, имеющие собственную изоляцию, сплетены в пучок и покрыты общей защитной оболочкой. статье.

Для таблиц, рассчитанных на постоянный ток, применяют коэффициенты.

• 0,68 если 5-6 жил;
• 0,63 если 7-9 жил;
• 0,6 если 10-12 жил.

Коэффициенты снижения используются для значений токов, указанных в колонке «открыто».

Не учитывается число нулевой и заземляющей жил.

Согласно нормам ПЭУ, сечение нулевой жилы должно быть не меньше половины сечения фазной жилы при расчете по допустимому постоянному току.

Следующие два ряда таблиц (5 и 6) демонстрируют зависимость допустимого долговременного тока при его прокладке в грунте.

Токовая нагрузка при открытой прокладке и при заделке в грунт отличается. В случае прокладки в трубах токовая нагрузка считается одинаковой.

Для создания временных сетей электроснабжения (переносков для частного использования) используется таблица 7.

При прокладке кабелей в земле помимо теплоотвода следует учитывать удельное сопротивление, показанное в таблице 8.

Расчет и выбор медных жил до 6 мм² или алюминиевых до 10 мм² ведется как для длительного тока.

Для крупных поперечных сечений можно использовать уменьшающий коэффициент.

0,875 * √Т_пв

где T_пв Коэффициент длительности включения по отношению к длине всего цикла.

Продолжительность включения не должна быть больше 4 минут, а цикла — 10.

При выборе кабеля для разводки электричества в деревянном доме особое внимание уделяют его огнестойкости.

Шаг третий — расчет сечения провода по току на примере.

Задача: рассчитать необходимое сечение медного кабеля для подключения:

• трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000 Вт;
• трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000 Вт;
• В доме установлено бытовой техники суммарной мощностью 25000 Вт.

Для подключения используют пятижильный кабель – три жилы для фаз, одна – для нуля и одна – для заземления. Кабель прокладывают под землёй.

Решение.

Шаг # 1. Вычисляем линейное напряжение при трёхфазной обвязке.

U_л = 220 * √3 = 380 В

Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат обладают реактивной мощностью, следовательно суммарная мощность техники и оборудования будет равна…

P_тех = 25000 / 0,7 = 35700 Вт

P_обор = 10000 / 0,7 = 14300 Вт

Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:

I_тех = 35700 / 220 = 162 А

Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:

I_обор = 14300 / 380 = 38 А

Шаг # 5Необходимый ток для подключения бытовой техники рассчитан с учетом одной фазы. Задача предполагает наличие трех фаз, поэтому ток можно разделить между фазами. В качестве упрощения допустим равномерное распределение тока.

I_тех = 162 / 3 = 54 А

Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:

I_ф = 38 + 54 = 92 А

Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника будут работать раздельно, с запасом в 1,5. После применения поправочных коэффициентов:

I_ф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А

Шаг # 8. В составе кабеля пять жил, но для расчета учитываются лишь три фазных жилы. По таблице 8 в столбце «трёхжильный кабель в земле» при токе 115 А сечение жилы равно 16 мм. ².

Шаг # 9В соответствии с таблицей 8, корректирующий коэффициент определяется по характеристике земли. Для нормально развитой земли коэффициент устанавливается равным 1.

Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Расчет по мощности без учета нюансов прокладки кабеля даст сечение жилы в 25 мм. ²Расчёт по силе тока более сложен, но может принести существенную экономию, особенно при использовании многожильных силовых кабелей.

Более подробно о связи напряжений и токов читайте. тут.

Расчет падения напряжения

Все проводники, за исключением сверхпроводников, обладают сопротивлением. Из-за этого при большой длине кабеля или провода наблюдается снижение напряжения.

Согласно нормам ПЭУ, сечение жилы кабеля должно выбираться так, чтобы падение напряжения не превышало 5 %.

Это прежде всего относится к проводам с малым сечением, рассчитанным на низкое напряжение.

Вычисление снижения напряжения производится следующим образом:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_пад = I * R,

U_% = (U_пад / U_лин) * 100,

Где:

• 2 Коэффициент, возникающий из-за непременного тока по двум проводам.
• R – сопротивление проводника, Ом;
• ρ — удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м;
• S – сечение проводника, мм²;
• U_пад – напряжение падения, В;
• U_% — падение напряжения по отношению к U_лин,%.

С помощью формул возможно произвести нужные расчеты.

Пример расчета переноски

ЗадачаОпределить падение напряжения на медном проводе с сечением одной жилы 1,5 мм². ²Для работы однофазного сварочного аппарата мощностью 7 кВт нужен провод длиной 20 метров.

Решение:

Шаг # 1. Определяем электрическое сопротивление медного провода по данным из таблицы 9.

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом

Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:

I = 7000 / 220 = 31.8 А

Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:

U_пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:

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

Для работы сварочного аппарата нужен толстый провод.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет сечения проводника по формулам:

Советы экспертов по выбору кабельно-проводниковых изделий:

Расчеты актуальны для медных и алюминиевых проводов, используемых в промышленности. Для остальных видов проводов необходим предварительный расчет полной теплоотдачи.

По данным рассчитают наибольший ток, который может течь по проводнику без излишнего нагрева.

По всем вопросам по расчету сечения кабеля или если хотите поделиться своим опытом, оставляйте комментарии под статьей.