Планирате ли да обновите електрическата мрежа или допълнително да удължите електропровода до кухнята, за да свържете нова електрическа печка? Тук са полезни минимални знания за напречното сечение на проводника и ефекта на този параметър върху мощността и ампеража.
Съгласете се, че неправилното изчисляване на напречното сечение на кабела води до прегряване и късо съединение или до неоправдани разходи.
Много е важно да извършите изчисления на етапа на проектиране, тъй като отказът от скрито окабеляване и последващата подмяна е изпълнен със значителни разходи. Ние ще ви помогнем да се справите с тънкостите на изчисленията, за да избегнете проблеми с по-нататъшната работа на електрическата мрежа.
За да не ви натоварваме със сложни изчисления, подбрахме разбираеми формули и опции за изчисление, предоставихме информация в достъпна форма, предоставяйки формулите с обяснения. Също така към статията бяха добавени тематични снимки и видео материали, които позволяват ясно да се разбере същността на разглеждания въпрос.
Изчисляване на напречното сечение според капацитета на потребителите
Основната цел на проводниците е доставянето на електрическа енергия до потребителите в необходимото количество. Тъй като свръхпроводниците не са налични при нормални работни условия, трябва да се вземе предвид съпротивлението на материала на проводника.
Изчисляването на необходимото напречно сечение на проводниците и кабелите в зависимост от общата мощност на потребителите се основава на дългосрочен експлоатационен опит.
Галерия с изображения
Снимка от
Различни видове кабели за кабелно устройство
Различни дебелини за проводници за битова употреба
Брой ядра в различни марки кабели
Опции за многожилен кабел
Започваме общия процес на изчисление, като първо извършваме изчисленията по формулата:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Където:
- P - мощността на всички потребители, свързани с изчисления клон във Ват.
- P1, P2, PN - мощност на първия потребител, съответно на втория, n-ти, във ватове.
След като получихме резултата в края на изчисленията съгласно горната формула, беше време да се обърнем към данните от таблицата.
Сега трябва да изберете необходимия раздел в съответствие с таблица 1.
Таблица 1. Сечението на проводниците трябва винаги да бъде избрано в най-близката по-голяма страна (+)
Етап №1 - изчисляване на реактивната и активната мощност
Капацитетите на потребителите са посочени в документите за оборудването. Обикновено сертификатите за оборудване посочват активната мощност заедно с реактивната мощност.
Устройствата с активен тип натоварване превръщат цялата получена електрическа енергия, като се отчита ефективността, в полезна работа: механична, термична или друга форма.
Устройствата с активно натоварване включват лампи с нажежаема жичка, нагреватели, електрически печки.
За такива устройства изчисляването на мощността за ток и напрежение има формата:
P = U * I,
Където:
- P - мощност във ватове;
- U - напрежение във V;
- аз - сила на тока в А.
Устройствата с реактивен тип товар са в състояние да акумулират енергия от източника и след това да го връщат. Такъв обмен се случва поради изместването на синусоидалния ток и синусоидалното напрежение.
При нулево изместване на фазата мощността P = U * I винаги има положителна стойност. Такава графика на фазите на тока и напрежението е налична за устройства с активен тип натоварване (I, i е силата на тока, U, u е напрежението, π е числото pi, равно на 3,14)
Устройствата с реактивна мощност включват електродвигатели, електронни устройства с всякакъв размер и предназначение и трансформатори.
Когато има фазово изместване между синусоидалния ток и синусоидалното напрежение, мощността P = U * I може да бъде отрицателна (I, i е токът, U, u е напрежението, π е числото pi, равно на 3.14). Устройството с реактивна мощност връща съхранената енергия обратно към източника
Електрическите мрежи са изградени по такъв начин, че могат да предават електрическа енергия в една посока от източника към товара.
Следователно връщаната енергия на потребителя с реактивен товар е паразитна и се изразходва за отоплителни проводници и други компоненти.
Реактивната мощност зависи от фазовия ъгъл между синусоидите на напрежението и тока. Фазовият ъгъл се изразява като cosφ.
За да намерите пълната мощност, използвайте формулата:
P = Q / cosφ,
Където Q - реактивна мощност в VA.
Обикновено паспортните данни на устройството показват реактивна мощност и cosφ.
пример: в паспорта перфораторът показва реактивна мощност 1200 VAR и cosφ = 0.7. Следователно, общата консумация на енергия ще бъде равна на:
P = 1200 / 0.7 = 1714 W
Ако cosφ не може да бъде намерен, за по-голямата част от домакинските електрически уреди cosφ може да се приеме равен на 0,7.
Етап №2 - търсенето на коефициентите на едновременност и марж
K - безразмерният коефициент на едновременност показва колко потребители могат едновременно да бъдат включени в мрежата. Рядко се случва всички устройства едновременно да консумират електричество.
Едновременното функциониране на телевизионния и музикалния център е малко вероятно. От установената практика K може да се приеме равен на 0,8. Ако планирате да използвате всички потребители едновременно, K трябва да се приеме равен на 1.
J - безразмерен коефициент на безопасност Той характеризира създаването на резерв за мощност за бъдещите потребители.
Напредъкът не стои неподвижно, всяка година се измислят нови и изненадващи нови и полезни електрически уреди. До 2050 г. се очаква ръстът на потреблението на електроенергия да достигне 84%. Обикновено J се приема, че е от 1,5 до 2,0.
Етап №3 - извършване на геометрично изчисление
При всички електрически изчисления се взема площта на напречното сечение на проводника - основното сечение. Измерва се в мм2.
Често е необходимо да се научите как правилно да изчислите напречното сечение на проводник според диаметъра на проводника.
В този случай има проста геометрична формула за монолитна кръгла тел:
S = π * R2 = π * D2/4или обратно
D = √ (4 * S / π)
За проводници с правоъгълно сечение:
S = h * m,
Където:
- С - площ на сърцевината в мм2;
- R - радиус на сърцевината в мм;
- д - диаметър на сърцевината в мм;
- ч, м - ширина и височина, съответно, в мм;
- π Числото пи е равно на 3,14.
Ако закупите многожилен проводник, в който един проводник се състои от много усукани проводници с кръгло сечение, тогава изчислението се извършва по формулата:
S = N * D2/1,27,
Където н - броят на проводниците във вената.
Проводниците, усукани от няколко проводници, като цяло имат по-добра проводимост от монолитните. Това се дължи на особеностите на тока, протичащ през кръгов проводник.
Електрическият ток е движението на едни и същи заряди по проводника. Зарядите със същото име се отблъскват, следователно плътността на разпределение на заряда се измества към повърхността на проводника.
Друго предимство на многожилните проводници е тяхната гъвкавост и механична устойчивост. Монолитните проводници са по-евтини и се използват главно за фиксиран монтаж.
Етап №4 - изчислете силовия участък на практика
задача: общата мощност на потребителите в кухнята е 5000 вата (което означава, че се преразказва мощността на всички реактивни потребители). Всички потребители са свързани към еднофазна 220 V мрежа и имат захранване от един клон.
Таблица 2. Ако планирате да свържете допълнителни потребители в бъдеще, таблицата показва необходимия капацитет на обикновените домакински уреди (+)
решение:
Коефициентът на едновременност K се приема, че е равен на 0,8. Кухнята е място на постоянни иновации, няма значение, коефициент на безопасност J = 2.0. Общият прогнозен капацитет ще бъде:
P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Използвайки стойността на проектната мощност, търсим най-близката стойност в таблица 1.
Най-близкото подходящо напречно сечение на проводника за еднофазна мрежа е меден проводник с напречно сечение от 4 мм2, Подобен размер на проводника с алуминиева сърцевина 6 мм2.
За едножилни проводници минималният диаметър ще бъде съответно 2,3 мм и 2,8 мм. В случай на многоядрен вариант, напречното сечение на отделните ядра се добавя.
Галерия с изображения
Снимка от
Стая с максимален брой домакински уреди
Техническо оборудване на бани и комбинирани бани
Свързване на консуматори на енергия
Блок изход за оборудване с ниска мощност
Плота изисква правилна връзка
Електрическа линия за пералня
Отделни клонове за захранване за хладилници
Мощни консуматори на енергия в бани и бани
Изчисляване на текущото напречно сечение
Изчисленията на необходимото напречно сечение за ток и мощност на кабели и проводници ще представят по-точни резултати. Такива изчисления позволяват да се оцени общото въздействие на различни фактори върху проводниците, включително термично натоварване, клас на проводника, вид на полагане, условия на работа и др.
Цялото изчисление се извършва по време на следните стъпки:
- избор на мощност на всички потребители;
- изчисляване на токове, преминаващи през проводника;
- избор на подходящо напречно сечение според таблиците.
За тази версия на изчислението се взема текущата мощност на потребителите с напрежение, без да се вземат предвид корекционните фактори. Те ще бъдат взети под внимание при сумиране на текущата сила.
Етап №1 - изчисляване на силата на тока по формулите
За тези, които са забравили училищния курс по физика, предлагаме основните формули под формата на графична диаграма като визуален махлен лист:
"Класическото колело" демонстрира взаимосвързаността на формулите и взаимозависимостта на характеристиките на електрическия ток (I - сила на тока, P - мощност, U - напрежение, R - основен радиус)
Нека напишем зависимостта на силата на тока I от мощността P и линейното напрежение U:
I = P / Uл,
Където:
- аз - сила на тока, взета в ампери;
- P - мощност във ватове;
- Uл - линейно напрежение във волта.
Линейното напрежение в общия случай зависи от източника на захранване, то е едно- и трифазно.
Връзката на линейното и фазовото напрежение:
- Uл = U * cosφ в случай на еднофазно напрежение.
- Uл = U * √3 * cosφ в случай на трифазно напрежение.
За домакински електрически консуматори се приема cosφ = 1, така че линейното напрежение може да бъде пренаписано:
- Uл = 220 V за еднофазно напрежение.
- Uл = 380 V за трифазно напрежение.
След това обобщаваме всички токове, консумирани по формулата:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Където:
- аз - обща сила на тока в ампери;
- I1..IN - сила на тока на всеки потребител в ампери;
- K - коефициент на едновременност;
- J - коефициент на безопасност
Коефициентите K и J имат същите стойности, използвани при изчисляване на общата мощност.
Възможно е да има случай, когато в трифазна мрежа ток с неравномерна сила преминава през различни фазови проводници.
Това се случва, когато еднофазни консуматори и трифазни консуматори са свързани към трифазен кабел едновременно. Например, захранва се трифазна машина и еднофазно осветление.
Възниква естествен въпрос: как в тези случаи се изчислява напречното сечение на жица? Отговорът е прост - изчисленията се правят за най-зареденото ядро.
Етап №2 - избор на подходящ участък според таблиците
В правилата за експлоатация на електрически инсталации (PES) са дадени редица таблици за избор на необходимата секция на жилото на кабела.
Проводимостта на проводника зависи от температурата. За металните проводници съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата.
Ако определен праг е надвишен, процесът става самоподдържащ се: колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-висока е температурата, толкова по-високо е съпротивлението и т.н. докато проводникът изгори или не причини късо съединение.
Следващите две таблици (3 и 4) показват напречното сечение на проводниците в зависимост от токовете и метода на монтаж.
Таблица 3. Първо, трябва да изберете метода на полагане на проводниците, зависи от това колко ефективно се извършва охлаждането (+)
Кабелът се различава от проводника по това, че всички проводници със собствена изолация върху кабела са усукани в сноп и затворени в обща изолационна обвивка. Повече подробности за разликите и видовете кабелни продукти са написани в тази статия.
Таблица 4Отворен метод е показан за всички стойности на напречното сечение на проводниците, но на практика сеченията под 3 mm2 не се полагат открито поради механична якост (+)
При използване на таблици към допустимия непрекъснат ток се прилагат следните фактори:
- 0,68, ако са живели 5-6;
- 0,63, ако са живели 7-9;
- 0,6, ако са живели 10-12.
Намаляващите коефициенти се прилагат към текущите стойности от колоната „отворена“.
Нулевите и заземяващи проводници не са включени в броя на проводниците.
Съгласно стандартите на PES, изборът на напречното сечение на нулевата сърцевина за допустимия непрекъснат ток се прави най-малко 50% от фазовото ядро.
Следващите две таблици (5 и 6) показват зависимостта на допустимия непрекъснат ток при полагането му в земята.
Таблица 5. Допустими зависимости от постоянен ток за медни кабели при полагане във въздух или земя
Текущото натоварване при полагане отворено и при задълбочаване в земята са различни. Те се приемат равни, ако полагането в земята се извършва с помощта на тави.
Таблица 6. Допустими зависимости от непрекъснат ток за алуминиеви кабели при полагане във въздух или земя
Следващата таблица (7) се отнася за подреждането на временни електропроводи (носете, ако са за частна употреба).
Таблица 7. Допустим непрекъснат ток при използване на преносими шланги, преносими маркучи и мина, кабели, прожектори, гъвкави преносими проводници. Използвани са само медни проводници
При полагане на кабели в земята, в допълнение към свойствата за отстраняване на топлина, е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, което е отразено в следната таблица (8):
Таблица 8. Корекционен коефициент в зависимост от вида и съпротивлението на почвата за допустим непрекъснат ток при изчисляване на напречното сечение на кабела (+)
Изчисляване и избор на медни проводници до 6 мм2 или алуминий до 10 мм2 проведено като за непрекъснат ток.
В случай на големи напречни сечения е възможно да се приложи коефициент на намаляване:
0.875 * √TPV
Където TPV - съотношението на продължителността на включването към продължителността на цикъла.
Продължителността на включването се взема от изчислението не повече от 4 минути. В този случай цикълът не трябва да надвишава 10 минути.
При избора на кабел за окабеляване на електричество в дървена къща се обръща специално внимание на неговата пожароустойчивост.
Етап №3 - изчисляване на токовия проводник
задача: изчислете необходимото напречно сечение на медния кабел за връзка:
- Трифазна дървообработваща машина с мощност 4000 W;
- Трифазна машина за заваряване 6000 W;
- домакински уреди в къщата с общ капацитет 25 000 вата;
Връзката ще се извърши чрез петжилен кабел (три фазови проводника, една нула и една земя), положени в земята.
Изолацията на кабелните изделия се изчислява на конкретна стойност на работното напрежение. Трябва да се отбележи, че работното напрежение на производителя на неговия продукт трябва да бъде по-високо от напрежението в мрежата
Решение.
Етап 1. Изчисляваме линейното напрежение на трифазна връзка:
Uл = 220 * √3 = 380 V
Стъпка 2. Домакинските уреди, машините и заваръчните машини имат реактивна мощност, така че мощността на машините и оборудването ще бъде:
Pтези = 25000 / 0.7 = 35700 W
Pоборот = 10000 / 0,7 = 14300 W
Стъпка №3, Ток, необходим за свързване на домакински уреди:
азтези = 35700/220 = 162 A
Стъпка №4, Ток, необходим за свързване на оборудване:
азоборот = 14300/380 = 38 A
Стъпка №5, Необходимият ток за свързване на домакински уреди се изчислява въз основа на изчислението на една фаза. Според условието на проблема има три фази. Следователно токът може да бъде разпределен на фази. За простота приемаме еднакво разпределение:
азтези = 162/3 = 54 А
Стъпка # 6. Ток за фаза:
азе = 38 + 54 = 92 А
Стъпка # 7. Оборудването и домакинските уреди няма да работят едновременно, с изключение на това ще поставим марж, равен на 1,5. След прилагане на корекционните фактори:
азе = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Стъпка # 8 Въпреки че кабелът съдържа 5 ядра, само три фазови ядра се вземат предвид.Според таблица 8 в колона на трижилен кабел в земята откриваме, че ток от 115 A съответства на напречно сечение на сърцевина от 16 mm2.
Стъпка # 9, Според таблица 8 прилагаме коригиращия коефициент в зависимост от характеристиките на земята. За нормален тип земя коефициентът е 1.
Стъпка # 10, По избор, изчислете диаметъра на сърцевината:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 мм
Ако изчислението е направено само от мощност, без да се вземат предвид характеристиките на кабела, напречното сечение на сърцевината ще бъде 25 мм2, Изчисляването на силата на тока е по-сложно, но понякога спестява значителни пари, особено когато става въпрос за многожилни захранващи кабели.
Връзката между напрежението и тока можете да намерите по-подробно тук.
Изчисляване на спада на напрежението
Всеки проводник, с изключение на свръхпроводници, има съпротивление. Следователно, при достатъчна дължина на кабела или жицата, се получава спад на напрежението.
PES стандартите изискват секцията на кабелното ядро да бъде такава, че спадът на напрежението да е не повече от 5%.
Таблица 9. Съпротивление на обикновените метални проводници (+)
Това се отнася предимно за кабели с ниско напрежение с малко напречно сечение.
Изчисляването на спада на напрежението е както следва:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Uтампон = I * R,
U% = (Uтампон / UЛин) * 100,
Където:
- 2 - коефициент поради факта, че токът непременно тече в две ядра;
- R - съпротивление на проводника, Ом;
- ρ - специфично съпротивление на проводника, Ом * mm2/ м;
- С - сечение на проводника, мм2;
- Uтампон - спад на напрежението, V;
- U% - спад на напрежението по отношение на UЛин,%.
Използвайки формули, можете самостоятелно да извършите необходимите изчисления.
Изпълнете пример за изчисление
задача: изчислете спада на напрежението за меден проводник с напречно сечение на една сърцевина от 1,5 мм2, Необходим е проводник за свързване на еднофазна електрическа заваръчна машина с обща мощност от 7 кВт. Дължина на жицата 20 m.
Ако искате да свържете домакинска машина за заваряване към главния клон, трябва да вземете предвид ситуацията, за която е проектиран кабелът. Възможно е общата мощност на работещите устройства да е по-висока. Най-добрият вариант е да свържете потребителите към отделни клонове
Решение:
Етап 1. Изчисляваме съпротивлението на медната тел, използвайки таблица 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Стъпка 2. Ток, протичащ по проводника:
I = 7000/220 = 31,8 A
Стъпка №3. Спад на напрежението върху проводника:
Uтампон = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
Стъпка №4. Изчисляваме процента на падане на напрежението:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Заключение: за свързване на заваръчната машина е необходим проводник с голямо напречно сечение.
Изчисляването на напречното сечение на проводника според формулите:
Препоръки на специалисти относно избора на кабелни и телени продукти:
Горните изчисления са валидни за медни и алуминиеви проводници за промишлена употреба. За други видове проводници общият топлопренос се изчислява предварително.
Въз основа на тези данни се изчислява максималният ток, способен да тече през проводника, без да причинява прекомерно нагряване.
Ако имате някакви въпроси относно методологията за изчисляване на напречното сечение на кабела или имате желание да споделите личен опит, моля, оставете коментари към тази статия. Полето за обратна връзка се намира отдолу.