Советы электрика

Расчет сечения электрического кабеля. Расчет сечения кабеля для трехфазной сети. Как быть со скрытой проводкой

Расчет сечения электрического кабеля. Расчет сечения кабеля для трехфазной сети. Как быть со скрытой проводкой

Понимание всех параметров и процессов происходящих с электричеством, является залогом правильного выбора кабеля. Данная статья поэтапно объясняет взаимосвязи физических величин, влияющих на надёжную работу энергосети, её безопасную эксплуатацию.

Известно, что все металлы имеют свободные электроны, которые двигаются при наличии приложенного электрического напряжения, создавая электрический ток. Ударяясь об атомы, они теряют энергию, которая переходит в тепловую. Чем больше ток, — тем гуще поток частиц, и чем меньше поперечный разрез проводника, через который они проходят, тем им «тесней», — столкновения чаще, теряется полезная энергия, увеличивается выделение бесполезного, а зачастую опасного тепла.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Даже когда используются частичные исправления формы сигнала, бывают случаи, когда сами устройства не работают из-за отказа или обслуживания, поэтому рекомендуется проводить проводку таким образом, чтобы она могла нести гармонические токи. Это означает, что нулевой проводник должен иметь правильное сечение.

Кожный эффект Переменный ток имеет тенденцию проходить через внешнюю сторону проводника - это явление известно как скин-эффект. Этот эффект формируется тем, что, когда переменный ток проходит через проводник, вокруг него образуется переменное магнитное поле, которое индуцирует разницу потенциалов внутри или в соседних проводниках. Это приводит к образованию токов, которые частично противостоят токам, проходящим через провода, и которые вызывают увеличение омического сопротивления и теряют из-за эффекта Джоуля.

Лавина тепла

Важно! При росте температуры, растёт удельное сопротивление, увеличивается выделение тепла, что приводит к лавинообразному процессу быстрого разогрева с катастрофическими последствиями.

Существуют сложные формулы, рассчитывающие тепловой баланс, использующие коэффициент плавления и термический коэффициент сопротивления проводника, для определения площади сечения токопроводящей жилы.

Эффект скина обычно игнорируется, поскольку он мало влияет на частоты тока питания, но выше 300 Гц, его следует учитывать, поскольку это может вызвать дополнительные потери тепла. Это связано с тем, что увеличение сопротивления пропорционально квадрату частоты, которое, как уже упоминалось, в гармониках обычно очень велико.

Установка по размеру очень важна для гармонических установок. Более высокие источники питания, шины и провода с большим поперечным сечением приводят к ограничению гармонии гармоник. При более высокой мощности источника деформация формы волны будет меньше, поскольку мощность гармоник по сравнению с мощностью источника будет меньше. Если поперечное сечение гармоник больше, чем поперечное сечение кабелей или шин, через которые они проходят, скин-эффект будет слабее, так как он будет менее нагревать проводники и защитные устройства.

Но, в быту применяются уже готовые таблицы, в которых учтена возможность перегрева кабеля в скрытой проводке — в этом случае для одинаковых значений по току и мощности, сечение предписывается большим для кабеля в плохо вентилируемых и термоизолированных местах, чтобы нагрев не был больше допустимого.

Это означает, что увеличение объема установки приведет к снижению его полного сопротивления за счет предотвращения увеличения потерь, вызванных эффектом Джоуля, создаваемого гармониками. Усилия, направленные на проектирование диаметра проводников с чисто практической точки зрения, минимальны по сравнению с преимуществами, которые они могут принести. Практика увеличения сечения проводника позволяет лучше контролировать напряжения самых дальних нагрузок, помогает им более эффективно использовать и снижает стоимость эксплуатации, чтобы снизить стоимость электроэнергии.

Решение на практике

Осуществляется использованием специальных таблиц, стандартов ПУЭ, по которым происходит выбор сечения кабеля. Значение поперечного сечения проводника выбирают несколькими способами:

  1. Расчет сечения провода по мощности;
  2. Выбор провода по току;
  3. Если провод уже есть, но неизвестного сечения.

Выбор по мощности

На каждом электроприборе указывается его номинальная мощность. Суммируя мощности электроприборов, которые планируется подключать к проектируемой электросети одновременно — получить некоторое число, и по таблице подобрать соответствующее сечение медного или алюминиевого кабеля, выбирая подходящее значение мощности.

В заключение мы должны сказать, что особое внимание следует уделять размерности нулевого проводника, что позволяет избежать проблем, вызванных наличием гармоник, которые обычно имеют более высокое значение тока, чем то, что проходит через фазы. Каково будет напряжение питания на линии электропередачи с общим сопротивлением 2, 5 Ом при подключении к нему 4 А тока? Если в конце линии есть напряжение, если это жесткий источник с напряжением 12 В, проводящий ток 20 мА, расстояние до конца линии составляет 2 км, а проводники имеют номинальное значение 0, 2 мм 2? Он подключен к нему с сопротивлением 2, 6 Ом. Укажите мощность двигателя, необходимую для привода генератора. Привод с динамометром на 85% с КПД 80%. Как источник питания должен находиться в начале линии? . Правильный выбор проводов в электрической системе сводится к их поперечному сечению из-за следующих условий: - долговременная грузоподъемность, - допустимое падение напряжения, - механическая прочность, - эффективность защиты от ударов.

Прежде всего необходимо учитывать какая предполагается нагрузка на электропроводку, которую мы собираемся прокладывать. В случае когда на одном участке электросети будет находиться несколько электроприборов, то для подсчета предполагаемой нагрузки мы складываем все их мощности. После подсчета этого показателя мы анализируем способ, каким будем прокладывать электросети (открытый или закрытый), а также воздействие какого температурного режима будет оказываться на провода.

Соотношения ключевых характеристик

Выбор поперечного сечения провода из-за долговременной токовой нагрузки. Когда электрический ток протекает через проводник проводника, он нагревается. Тепло, выделяемое в проводнике, увеличивает его температуру и частично высвобождается в окружающую среду. Во избежание повреждения изоляции проводника его температура не должна превышать максимально допустимую температуру, при которой поддерживается тепловой баланс между теплом, выделяемым в проводнике и окружающей среде.

Выбор сечения проводника из-за допустимого падения напряжения. Электричество должно быть снабжено напряжением, которое очень близко к номинальному напряжению. К сожалению, ток в проводнике вызывает падение напряжения. Это означает, что напряжение в начале линии электропередачи не равно напряжению на его конце. Действующее законодательство требует, чтобы падение напряжения между разъемом и приемником не превышало 4% от номинального напряжения системы.

Также рассчитать правильную величину сечения кабеля очень важно по той причине, что ошибки в подсчетах приведут к потерям мощности в проводах. Если для бытовых приборов это не столь существенно, то в промышленных масштабах это может привести к достаточно серьезным растратам.

Итак, берем листок и ручку выписываем все электроприборы находящиеся у Вас в квартире и складываем их мощности:

В трехфазных и однофазных цепях с кабелями и проводами с сечением проводника до 16 мм2 реактивность проводников может быть исключена, поскольку сопротивление проводника более чем в пять раз превышает реактивное сопротивление. Такое упрощение не окажет существенного влияния на результаты расчета. Если мы правильно выберем поперечное сечение проводника из-за допустимого падения напряжения, необходимо сделать следующее соотношение: Выбор сечения проводника из-за механической прочности.

Что такое электропровод?

Чтобы соответствовать условию механической прочности фиксированного кабеля, защищенного от механических повреждений, он должен иметь минимальное поперечное сечение 1, 5 мм2 куб. Выбор поперечного сечения кабеля из-за эффективности защиты от ударов. Поперечное сечение проводника должно быть таким, чтобы в случае короткого замыкания между фазным проводником и защитным проводником или проводящей частью установки защитное устройство должно быть автоматически отключено в указанное время. Это условие может быть выполнено, если импеданс короткого контура достаточно мал и удовлетворяет соотношению.

P=P1+P2+P3+…Pn (Вт),

где P1- это мощность, например, чайника в 1,5 кВт, P2-мощность пылесоса в 1,6 кВт и т.д.

После того как все мощности сложили необходимо суммарную мощность умножить на коэффициент одновременности K=0.8 . Этот коэффициент показывает что в определенный период времени все электроприборы в квартире будут работать, но не продолжительное время, а короткий промежуток времени, это нужно обязательно учитывать, т.к. если вы будете выбирать сечение провода только по мощности вы выберете сечение провода больше, а это может оказаться существенно дороже.

Фотогальваническая установка производит электроэнергию от солнечной энергии. Электричество передается через кабели. При установке фотогальванических систем важно выбрать правильное поперечное сечение кабеля между различными фотогальваническими панелями и инвертором и инвертором с электрической установкой.

Расчет сечения провода по мощности и току

С увеличением длины проводов и проводимой мощности потери мощности в проводнике увеличиваются. Увеличение тока, протекающего через провод, способствует уменьшению потерь мощности в кабелепроводе. К сожалению, в фотогальванической установке, как мы помним из предыдущих частей цикла, напряжение на стороне постоянного тока, то есть перед инвертором, зависит от конфигурации, от входных параметров преобразователя и от рабочих температур фотоэлектрической панели. Поскольку эти параметры не могут быть изменены до инвертора, уменьшение потерь мощности на проводах достигается путем выбора соответствующего диаметра провода.

Итак, у нас получается:

Pобщ.=P*K (Вт)

После подсчета общей мощности выбираем сечение провода (медный или алюминиевый) в таблице 1:

Таблица 1 — Выбор сечения провода по мощности

Важно! Если в будущем вы собираетесь увеличивать нагрузку, то необходимо заранее увеличить сечение провода это замечание применяется для всех способов определения сечения провода.

Коммерчески доступные электрические провода изготовлены из меди или алюминия. Медь - более дорогой материал, но он более проводящий, чем алюминий, поэтому поперечное сечение меди будет меньше, чем алюминий при одинаковом падении мощности. Из-за очевидного желания максимизировать выработку электроэнергии из фотогальванических установок предполагается максимальная потеря мощности 1%. Потери мощности на трубопроводе приведены в виде тепла.

Значение 0, 0, введенное в знаменатель, означает допустимую потерю мощности 1%. Потери кабеля вызывают падение напряжения в цепи, что будет зависеть от тока, сечения кабеля, правильного сопротивления кабеля, длины кабеля. Падение напряжения можно рассчитать по формуле.

Выбор по току

В таблице 2 можно найти соответствия сечений к номинальному току. Подбор по этому параметру считается более точным. Необходимо посмотреть в паспорта и на бирки электроприборов, обычно указывается номинальная мощность, и далее проделать те же процедуры что и в выше описанном способе.

где Pобщ. — общая мощность электроприборов (Вт).

Предположим, мы хотели бы знать, какой диаметр должен быть проводом, соединяющим фотогальваническую систему, состоящую из 13 панелей, соединенных в одну цепочку. По-прежнему нет информации о длине кабелей. В случае реальной установки было бы полезно нарисовать ситуацию с компоновкой отдельных панелей и компоновкой проводки. Важно, что проводя соединительные провода, избегайте проводки поверхности, так как это может привести к генерации индуктивных напряжений.

Оба провода должны быть размещены как можно ближе друг к другу, без излишнего пересечения. Избегайте пересечения проводов постоянного тока с помощью проводов переменного тока или с молниезащитой. Рекомендуемая установка проводов во многих установках заставляет покупать больше кабелей, чем это приведет к прокладке кабелей как можно короче к инвертору. Кроме того, длина кабелей должна быть такой, чтобы они не были напряжены, но могут быть не слишком длинными. В петле не должно быть обмотки катушки, которая, в свою очередь, действует как катушка.

Есть возможность измерить амперметром ток для каждого потребителя в отдельности своими руками и далее просто просуммировать ток.

Для этого тестер подключают в разрыв цепи — на практике можно взять кусок сетевого провода с вилкой, подключить одну жилу к клемме розетки, другую подать на измерительный прибор. Другой щуп амперметра подсоединить к свободной клемме розетки, и в неё поочерёдно включать имеющуюся бытовую технику, в разных режимах работы, сверяясь с параметрами, заявленными производителями.

Для целей расчетов предположим, что анализируемая установка состоит из следующих проводов. Поскольку имеющиеся провода имеют поперечные сечения 1 мм 2, 2, 5 мм 2, 4 мм 2, 6 мм 2, 10 мм 2 и т.д. Используются кабели с поперечным сечением 2, 5 мм. 2. Посмотрим, что такое потеря мощности, если мы используем провода С площадью поперечного сечения 2, 5 мм 2. Используя провода 2, 5 мм 2, мы можем потерять около 20 Вт мощности во всей установке. На практике мы, вероятно, будем использовать провода 4 мм 2, поскольку они обычно включаются в фотогальванические упаковки, поэтому потери мощности будут еще меньше.

Если у Вас трехфазная сеть, необходимо ток найти по этой формуле:

После того как просуммировали токи электроприборов, выбираем по таблице сечение проводника:


Диаметр проводов на стороне переменного тока

Диаметр проводов на стороне переменного напряжения остается. Утверждено 2, 5 мм 2 провода. Важным также является изоляционный материал, из которого сделаны провода. Секции, подверженные воздействию солнечного света, должны быть изолированы от материалов, устойчивых к ультрафиолетовому излучению. Разделы проводов, проложенные непосредственно под фотогальваническими панелями, по очевидным причинам подвергаются воздействию высоких температур, поэтому изоляция должна быть устойчивой к высоким температурам.

Таблица 2 Соотношение силы тока и сечения проводника

Еще один момент, если в вашей трехфазной сети присутствуют электрические двигатели, то ток этого двигателя определяется по формуле:

где — P это мощность двигателя, n- КПД двигателя (есть на бирке двигателя), COS f- коэффициент мощности (также смотрим на бирку) .

Стоимость доли качественных проводов в стоимости всей установки всегда будет относительно небольшой. Фотогальваническая установка особенно уязвима для ударов молнии из-за ее расположения на крыше или на открытом воздухе. Из-за тонкой природы электроники инвертора и риска повреждения панелей молнией рекомендуется установить компоненты безопасности инвертора. специальные ограничители перенапряжений для фотогальваники. Конечно, существуют также ограничители перенапряжений, предназначенные для снижения рабочих напряжений.

Короче говоря, ограничитель перенапряжения предназначен для захвата тока, создаваемого, например, ударами молнии, и предотвращения прохождения тока через инвертор, но направьте его в систему заземления. Такие высокие токи легко повредят электронику. Ограничители перенапряжения должны быть установлены на стороне постоянного тока и чередующейся стороне. Хотя расположение ограничителя перенапряжений на чередующейся стороне очевидно, устройства предназначены для защиты электроники инвертора от электропроводки в здании.

И последнее, в трехфазной сети суммируем рассчитанные токи двигателей и рассчитанные токи электроприборов и выбираем из таблицы 2 сечение проводника.

Нужно учитывать еще один момент — это . Она может быть открытого типа или закрытого, соответственно и токовые нагрузки будут различаться, поэтому при выборе сечения провода обратите на это внимание. В таблице 2 вы можете проанализировать этот момент

Провод уже есть

В обратной ситуации, когда имеется кабель, но не видно маркировки, необходимо узнать его номинальный ток и мощность, для этого измеряем диаметр провода штангенциркулем, или микрометром. Можно обойтись линейкой, если жила достаточно гибкая, намотать её на тонкий прут, измерить длину получившейся спирали, разделить на количество витков — результат будет соответствовать диаметру.

По формуле вычисляем площадь поперечного сечения проводника:

S=πD²/4 (мм²) ,

где π- 3,14 , D — диаметр проводника, можно взять штангенциркуль и померить диаметр (мм)

Методом подбора по сечению из таблицы 1 , можно узнать, для какой мощности сгодится имеющийся кабель.

Выбирать сечение кабеля лучше с запасом.
Запрещается эксплуатация кабеля, смотанного в бухту(катушку), ввиду её индуктивного сопротивления.

Монтаж алюминиевого кабеля проводить с особой осторожностью — частое сгибание и разгибание продуцирует невидимые трещины, которые уменьшают сечение, в этом месте растёт сопротивление и происходит точечный перегрев.

Проверка по длине

Фактор длины проводника l также увеличивает сопротивление в сети. Им можно пренебречь на небольшом расстоянии, но по мере его увеличения, падение напряжения на нагрузке будет всё ощутимым, и оно может стать ниже номинального значения — 5 %.

Разберем подробнее, во избежание этого, рассчитывают площадь поперечного сечения всего кабеля, допуская некоторое его значение и используя его в формуле определения сопротивления:

где l — длина провода (м), ϱ — удельное сопротивление проводника (Ом*мм²/м) (см. в таблице 2), S — площадь поперечного сечения проводника, определяется из вышеописанного способа (мм²)

Таблица 3- удельное сопротивления металлов:



Далее, по закону Ома находим падение напряжения:

где I — это суммарная сила тока в вашей сети (А), R — рассчитанное сопротивление (Ом).

И последнее, определяем потери в сети. Рассчитанное падение напряжения делим на напряжение в сети и умножаем на 100 %.

Если полученное значение превышает 5% от напряжения сети — сечение кабеля необходимо увеличить по в таблице 1.

Прежде всего при решении какого либо примера для определения сечения проводов с учитываемой расчетной нагрузкой и длиной проводки \кабеля, шнура\, — необходимо знать стандартные их сечения. Особенно при проведении линий, или для розеток и освещения.

Расчет сечения провода-по нагрузке

Стандартные сечения:

0,35; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0;

25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400.

Как определить и применять на практике?

Допустим нам необходимо определить сечение алюминиевых проводов линии трехфазного тока при напряжении 380\220В. Линия питает групповой осветительный щиток, щиток непосредственно питает свои линии на различные помещения, \кабинеты, подвальное помещение\. Предполагаемая нагрузка будет составлять 20 кВт. Длина прокладки линии до группового осветительного щитка к примеру 120 метров.

В начале нам необходимо определить момент нагрузки. Момент нагрузки рассчитывается как произведение длины на саму нагрузку. М=2400.

Сечение проводов определяем по формуле: g=M\C Е; где С- коэффициент материала проводника, зависящий от напряжения; Е- процент потери напряжения. Чтобы Вам не тратить время на поиск таблицы, значения данных цифр для каждого примера необходимо просто записать допустим в свой рабочий журнал. Для данного примера принимаем значения: С=46; Е=1,5. Отсюда: g=M\C E=2400\46 *1,5=34,7. Принимаем во внимание стандартное сечение проводов, устанавливаем близкое по своему значению сечение провода- 35\миллиметров в квадрате\.

В приведенном примере линия была трехфазной с нулем.

Сечение медных проводов и кабелей — ток:

Для определения сечения медных проводов при линии трехфазного тока без нуля напряжением 220В., значения С и Е принимаются другие: С=25,6; Е=2.

К примеру необходимо рассчитать момент нагрузки линии с тремя различными длинами и с тремя расчетными нагрузками. Первому отрезку линии в 15 метров соответствует нагрузка 4 кВт., второму отрезку линии в 20 метров соответствует нагрузка 5 кВт., третьему отрезку линии в 10 метров линия будет нагружена в 2 кВт.

М=15\4+5+2\+20\5+2\+10*2=165+140+20=325.

Отсюда определяем сечение проводов:

g=М\С*Е=325\25,6*2=325 \51,2=6,3.

Принимаем ближайшее стандартное сечение проводов в 10 \миллиметров в квадрате\.

Для определения сечения алюминиевых проводов в линии при однофазном токе и напряжении в 220В., математические расчеты проводятся аналогично, в расчетах принимаются следующие значения: Е=2,5; С=7,7.

Система распределения сети бывает различной, соответственно для медных и алюминиевых проводов будет приниматься свое значение коэффициента С.

Для медных проводов при напряжении сети 380\220В., трехфазной линии с нулем, С=77.

При напряжении 380\220В., двухфазной с нулем, С=34.

При напряжении 220В., однофазной линии, С=12,8.

При напряжении 220\127В., трехфазной с нулем, С=25,6.

При напряжении 220В., трехфазной, С=25,6.

При напряжении 220\127В., двухфазной с нулем, С=11,4.

Сечение алюминиевых проводов

Для алюминиевых проводов:

380\220В., трехфазная с нулем, С=46.

380\220В., двухфазная с нулем, С=20.

220В., однофазная, С=7,7.

220\127В., трехфазная с нулем, С=15,5.

220\127В., двухфазная с нулем, С=6,9.

Процентное значение- Е в расчетах можно принимать средним: от 1,5 до 2,5.

Расхождения в решениях будет не существенным, так как принимается близкое по своему значению стандартное сечение провода.


Сечение кабеля от мощности тока. Как определить сечение, диаметр провода при нагрузке?

Сечение кабеля и мощность при нагрузке в таблице (отдельно)

Смотрите также, дополнительная таблица по сечению кабеля от мощности, по току:

или для удобства другая формула))

Таблица сечения кабеля или провода, и ток при нагрузке: