Izračun poprečnog presjeka kabela prema snazi ​​i struji: kako pravilno izračunati ožičenje

Planirate li učiniti modernizacija elektroenergetske mreže ili dodatno proširiti strujni vod do kuhinje za spajanje novog električnog štednjaka? Ovdje će biti korisno minimalno znanje o presjeku vodiča i utjecaju ovog parametra na snagu i struju.

Složite se da pogrešan izračun poprečnog presjeka kabela dovodi do pregrijavanja i kratkog spoja ili do neopravdanih troškova.

Vrlo je važno izvršiti izračune u fazi projektiranja, od kvara skriveno ožičenje a naknadna zamjena je povezana sa značajnim troškovima. Pomoći ćemo vam da razumijete zamršenost izračuna kako biste izbjegli probleme u daljnjem radu električnih mreža.

Kako vas ne bismo opterećivali složenim izračunima, odabrali smo jasne formule i mogućnosti izračuna, prikazali informacije u pristupačnom obliku, te dali formule s objašnjenjima. Članku su dodane i tematske fotografije i video materijali koji vam omogućuju jasno razumijevanje suštine problema koji se razmatra.

Proračun poprečnog presjeka za snagu potrošača

Glavna namjena vodiča je isporuka električne energije potrošačima u potrebnoj količini. Budući da supravodiči nisu dostupni u normalnim radnim uvjetima, mora se uzeti u obzir otpor materijala vodiča.

Izračun potrebne dionice vodiče i kablove ovisno o ukupnoj snazi ​​potrošača temelji se na dugogodišnjem radnom iskustvu.

Započnimo opći tijek izračuna tako da prvo izvršimo izračune pomoću formule:

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

Gdje:

• P – snaga svih potrošača priključenih na izračunatu granu u Wattima.
• P1, P2, PN – snaga prvog, drugog, n-tog potrošača, redom, u vatima.

Nakon što smo dobili rezultat na kraju izračuna pomoću gornje formule, došlo je vrijeme da se okrenemo tabličnim podacima.

Sada morate odabrati željeni odjeljak prema tablici 1.

Tablica 1. Presjek žice uvijek mora biti odabran prema najbližoj većoj strani (+)

Faza #1 - proračun jalove i aktivne snage

Kapaciteti potrošača navedeni su u dokumentima opreme. Tipično, tehnički listovi opreme pokazuju aktivnu snagu zajedno s jalovu snagu.

Uređaji s aktivnom vrstom opterećenja pretvaraju svu primljenu električnu energiju, uzimajući u obzir učinkovitost, u koristan rad: mehanički, toplinski ili neki drugi tip.

Uređaji s aktivnim opterećenjem uključuju žarulje sa žarnom niti, grijalice i električne peći.

Za takve uređaje izračun snage strujom i naponom ima oblik:

P=U*I,

Gdje:

• P – snaga u W;
• U – napon u V;
• ja – jakost struje u A.

Uređaji s reaktivnim tipom opterećenja mogu akumulirati energiju koja dolazi iz izvora i zatim je vratiti. Do ove izmjene dolazi zbog pomaka sinusoide struje i sinusoide napona.

Pri pomaku nulte faze snaga P=U*I uvijek ima pozitivnu vrijednost. Uređaji s aktivnom vrstom opterećenja imaju takav grafikon faza struje i napona (I, i - struja, U, u - napon, π - pi jednak 3,14)

Uređaji s jalovom snagom su elektromotori, elektronički uređaji svih veličina i namjena te transformatori.

Kada postoji fazni pomak između sinusoide struje i sinusoide napona, snaga P=U*I može biti negativna (I, i - struja, U, u - napon, π - pi jednako 3,14). Uređaj za jalovu snagu vraća pohranjenu energiju natrag u izvor

Električne mreže izgrađene su na način da mogu jednosmjerno prenositi električnu energiju od izvora do trošila.

Stoga je vraćena energija od potrošača s jalovim opterećenjem parazitska i troši se na zagrijavanje vodiča i drugih komponenti.

Jalova snaga ovisi o faznom kutu između sinusoida napona i struje. Kut faznog pomaka izražava se kroz cosφ.

Da biste pronašli ukupnu snagu, koristite formulu:

P = Q / cosφ,

Gdje Q – jalova snaga u VAR.

Tipično, tehnički list uređaja pokazuje jalovu snagu i cosφ.

Primjer: putovnica za čekić bušilicu označava jalovu snagu od 1200 VAr i cosφ = 0,7.Stoga će ukupna potrošnja energije biti jednaka:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Ako se cosφ ne može pronaći, za veliku većinu kućanskih električnih uređaja cosφ može se uzeti jednak 0,7.

Faza #2 - traženje simultanosti i koeficijenata margine

K – bezdimenzionalni koeficijent istovremenosti, pokazuje koliko potrošača može biti priključeno na mrežu u isto vrijeme. Rijetko se događa da svi uređaji istovremeno troše struju.

Istovremeni rad TV-a i glazbenog centra malo je vjerojatan. Iz utvrđene prakse, K se može uzeti jednak 0,8. Ako planirate koristiti sve potrošače istovremeno, K bi trebao biti postavljen na 1.

J – bezdimenzionalni faktor sigurnosti. Karakterizira stvaranje rezerve snage za buduće potrošače.

Napredak ne stoji mirno, svake godine se izmišljaju novi nevjerojatni i korisni električni uređaji. Očekuje se da će potrošnja električne energije porasti za 84% do 2050. Obično se uzima da je J između 1,5 i 2,0.

Faza #3 - izvođenje izračuna pomoću geometrijske metode

U svim električnim proračunima uzima se površina poprečnog presjeka vodiča - poprečni presjek jezgre. Mjereno u mm².

Često je potrebno naučiti kako pravilno izračunati promjer žice žice vodiča.

U ovom slučaju postoji jednostavna geometrijska formula za monolitnu okruglu žicu:

S = π*R² = π*D²/4, ili obrnuto

D = √(4*S / π)

Za pravokutne vodiče:

S = h * m,

Gdje:

• S – površina jezgre u mm²;
• R – polumjer jezgre u mm;
• D – promjer jezgre u mm;
• h, m – širina i visina u mm;
• π — pi je jednak 3,14.

Ako kupite užetu žicu, u kojoj se jedan vodič sastoji od mnogo upletenih žica okruglog presjeka, tada se izračun provodi prema formuli:

S = N*D²/1,27,

Gdje N – broj žica u jezgri.

Žice s jezgrama upletenim iz nekoliko žica općenito imaju bolju vodljivost od monolitnih. To je zbog osobitosti protoka struje kroz vodič s okruglim poprečnim presjekom.

Električna struja je kretanje istovrsnih naboja duž vodiča. Kao što se naboji međusobno odbijaju, tako je i gustoća raspodjele naboja pomaknuta prema površini vodiča.

Još jedna prednost užetanih žica je njihova fleksibilnost i mehanička otpornost. Monolitne žice su jeftinije i uglavnom se koriste za stacionarnu instalaciju.

Faza #4—izračunajte poprečni presjek snage u praksi

Zadatak: ukupna snaga potrošača u kuhinji je 5000 W (što znači da je snaga svih jalovih potrošača preračunata). Svi potrošači priključeni su na jednofaznu mrežu 220 V i napajaju se iz jedne grane.

Tablica 2. Ukoliko u budućnosti planirate priključiti dodatne potrošače, u tablici je prikazana potrebna snaga uobičajenih kućanskih aparata (+)

Riješenje:

Uzmimo koeficijent simultanosti K jednak 0,8. Kuhinja je mjesto stalnih inovacija, nikad se ne zna, faktor sigurnosti je J=2,0. Ukupna procijenjena snaga bit će:

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

Pomoću vrijednosti izračunate snage tražimo najbližu vrijednost u tablici 1.

Najbliži prikladni presjek jezgre za jednofaznu mrežu je bakreni vodič s presjekom od 4 mm². Slična veličina žice s aluminijskom jezgrom od 6 mm².

Za jednožilno ožičenje minimalni promjer bit će 2,3 mm, odnosno 2,8 mm.U slučaju korištenja opcije s više jezgri, presjek pojedinačnih jezgri se zbraja.

Proračun strujnog presjeka

Proračuni potrebne struje i snage poprečnog presjeka kabela i žica će dati točnije rezultate.Takvi izračuni omogućuju procjenu ukupnog utjecaja različitih čimbenika na vodiče, uključujući toplinsko opterećenje, marku žica, vrstu polaganja, radne uvjete itd.

Cijeli izračun se provodi u sljedećim koracima:

• izbor snage svih potrošača;
• proračun struja koje prolaze kroz vodič;
• izbor odgovarajućeg presjeka pomoću tablica.

Za ovu opciju izračuna uzima se snaga potrošača u smislu struje i napona bez uzimanja u obzir faktora korekcije. Oni će se uzeti u obzir prilikom zbrajanja trenutne snage.

Faza # 1 - izračun trenutne snage pomoću formula

Za one koji su zaboravili školski tečaj fizike, nudimo osnovne formule u obliku grafičkog dijagrama kao vizualnu varalicu:

“Klasični kotač” jasno pokazuje odnos formula i međuovisnost karakteristika električne struje (I - jakost struje, P - snaga, U - napon, R - radijus jezgre)

Zapišimo ovisnost struje I o snazi ​​P i mrežnom naponu U:

I = P/U_l,

Gdje:

• ja — jakost struje, izražena u amperima;
• P — snaga u vatima;
• U_l — linijski napon u voltima.

Mrežni napon općenito ovisi o izvoru napajanja, može biti jednofazni ili trofazni.

Odnos između linearnog i faznog napona:

1. U_l = U*cosφ kod jednofaznog napona.
2. U_l = U*√3*cosφ kod trofaznog napona.

Za kućanske električne potrošače, cosφ=1 je prihvaćen, tako da se linearni napon može prepisati:

1. U_l = 220 V za jednofazni napon.
2. U_l = 380 V za trofazni napon.

Zatim sažimamo sve potrošene struje pomoću formule:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Gdje:

• ja – ukupna struja u amperima;
• I1..IN – jakost struje svakog potrošača u amperima;
• K – koeficijent istovremenosti;
• J – faktor sigurnosti.

Koeficijenti K i J imaju iste vrijednosti kao i oni koji se koriste pri izračunavanju ukupne snage.

Može se dogoditi da u trofaznoj mreži kroz različite fazne vodiče teče struja nejednake jakosti.

To se događa kada su jednofazni i trofazni potrošači istovremeno spojeni na trofazni kabel. Na primjer, napaja se trofazni stroj i jednofazna rasvjeta.

Postavlja se prirodno pitanje: kako se u takvim slučajevima izračunava presjek nasukane žice? Odgovor je jednostavan - izračuni se rade na temelju najopterećenije jezgre.

Faza # 2 - odabir odgovarajućeg odjeljka pomoću tablica

Radna pravila za električne instalacije (PEU) sadrže niz tablica za odabir potrebnog presjeka jezgre kabela.

Vodljivost vodiča ovisi o temperaturi. Za metalne vodiče otpor raste s porastom temperature.

Kada se prekorači određeni prag, proces postaje samoodrživ: što je veći otpor, to je viša temperatura, to je veći otpor itd. dok vodič ne pregori ili ne izazove kratki spoj.

U sljedeće dvije tablice (3 i 4) prikazani su presjeci vodiča ovisno o strujama i načinu postavljanja.

Tablica 3. Prvo morate odabrati način polaganja žica, to određuje koliko je učinkovito hlađenje (+)

Kabel se razlikuje od žice po tome što su sve kabelske jezgre, opremljene vlastitom izolacijom, upletene u snop i zatvorene u zajednički izolacijski omotač. Više detalja o razlikama i vrstama kabelskih proizvoda napisano je u ovome članak.

Tablica 4. Otvorena metoda je naznačena za sve vrijednosti presjeka vodiča, međutim, u praksi, dionice ispod 3 mm2 ne polažu se otvoreno zbog mehaničke čvrstoće (+)

Kada se koriste tablice, na dopuštenu trajnu struju primjenjuju se sljedeći koeficijenti:

• 0,68 ako je 5-6 jezgri;
• 0,63 ako je 7-9 jezgri;
• 0,6 ako je 10-12 jezgri.

Faktori redukcije primjenjuju se na trenutne vrijednosti iz stupca "otvoreno".

Nulti i uzemljivač nisu uključeni u broj vodiča.

Prema standardima PES odabir presjeka neutralnog vodiča prema dopuštenoj trajnoj struji vrši se kao najmanje 50% faznog vodiča.

Sljedeće dvije tablice (5 i 6) prikazuju ovisnost dopuštene dugotrajne struje pri polaganju u zemlju.

Tablica 5. Ovisnosti dopuštene dugotrajne struje za bakrene kabele položene u zraku ili zemlji

Strujno opterećenje kada se polaže otvoreno i kada se polaže duboko u zemlju razlikuje se. Prihvaćaju se kao jednaki ako se polaganje u tlo izvodi pomoću ladica.

Tablica 6. Ovisnosti dopuštene trajne struje za aluminijske kabele položene u zraku ili zemlji

Za postavljanje privremenih vodova za napajanje (nosećih, ako su za privatnu uporabu) vrijedi sljedeća tablica (7).

Tablica 7. Dopuštena trajna struja pri korištenju prijenosnih kabela za crijeva, kabela za prijenosna crijeva i osovine, kabela za reflektore, savitljivih prijenosnih žica. Koriste se samo bakreni vodiči

Pri polaganju kabela u zemlju, osim svojstava odvođenja topline, potrebno je uzeti u obzir i električni otpor, što se odražava u sljedećoj tablici (8):

Tablica 8. Faktor korekcije ovisno o vrsti i otporu tla za dopuštenu dugotrajnu struju, pri proračunu poprečnog presjeka kabela (+)

Proračun i izbor bakrenih žila do 6 mm² ili aluminij do 10 mm² provodi se kao za kontinuiranu struju.

U slučaju velikih poprečnih presjeka moguće je primijeniti redukcijski faktor:

0,875 * √T_pv

Gdje T_pv — omjer trajanja sklopke i trajanja ciklusa.

Trajanje uključivanja smatra se ne duljim od 4 minute. U tom slučaju ciklus ne smije biti duži od 10 minuta.

Prilikom odabira kabela za razvod električne energije u drvena kuća Posebna pažnja posvećena je njegovoj otpornosti na požar.

Faza # 3 - izračun trenutnog presjeka vodiča pomoću primjera

Zadatak: izračunajte potrebni presjek bakreni kabel za spajanje:

• trofazni stroj za obradu drva snage 4000 W;
• trofazni aparat za zavarivanje snage 6000 W;
• kućanski aparati u kući ukupne snage 25 000 W;

Priključak će se izvesti petožilnim kabelom (tri fazna vodiča, jedan neutralni i jedan uzemljenje), položenim u zemlju.

Izolacija kabelskih i žičanih proizvoda izračunava se za određeni radni napon. Treba uzeti u obzir da radni napon njegovog proizvoda koji je naveo proizvođač mora biti veći od mrežnog napona

Riješenje.

Korak 1. Izračunavamo linearni napon trofazne veze:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Korak 2. Kućanski aparati, alatni stroj i aparat za zavarivanje imaju jalovu snagu, pa će snaga strojeva i opreme biti:

P_oni = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Korak #3. Potrebna struja za spajanje kućanskih aparata:

ja_oni = 35700 / 220 = 162 A

Korak #4. Potrebna struja za spajanje opreme:

ja_obor = 14300 / 380 = 38 A

Korak #5. Potrebna struja za spajanje kućanskih aparata izračunava se na temelju jedne faze. Prema problemu postoje tri faze. Stoga se struja može rasporediti po fazama. Radi jednostavnosti, pretpostavljamo uniformnu distribuciju:

ja_oni = 162 / 3 = 54 A

Korak #6. Struja po fazi:

ja_f = 38 + 54 = 92 A

Korak #7. Oprema i kućanski aparati neće raditi u isto vrijeme, uz to ćemo izdvojiti rezervu od 1,5. Nakon primjene faktora korekcije:

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

Korak #8. Iako kabel sadrži 5 žila, u obzir su uzete samo tri fazne žile. Prema tablici 8 u stupcu trožilni kabel u zemlji, nalazimo da struja od 115 A odgovara presjeku jezgre od 16 mm².

Korak #9. Prema tablici 8. primjenjujemo faktor korekcije ovisno o karakteristikama zemljišta. Za normalnu vrstu zemlje, koeficijent je 1.

Korak #10. Neobavezno, izračunajte promjer jezgre:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Ako bi se proračun napravio samo na temelju snage, bez uzimanja u obzir osobitosti polaganja kabela, tada bi presjek jezgre bio 25 mm². Izračun trenutne snage je složeniji, ali ponekad vam omogućuje uštedu novca, posebno kada su u pitanju višežilni kablovi za napajanje.

Možete pročitati više o odnosu između vrijednosti napona i struje ovdje.

Proračun pada napona

Svaki vodič, osim supravodiča, ima otpor. Stoga, ako je kabel ili žica dovoljno dugačak, dolazi do pada napona.

PES standardi zahtijevaju da poprečni presjek jezgre kabela bude takav da pad napona ne bude veći od 5%.

Tablica 9. Otpor običnih metalnih vodiča (+)

To se prije svega odnosi na niskonaponske kabele malog presjeka.

Izračun pada napona je sljedeći:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_jastučić = I * R,

U_% = (U_jastučić /u_lin) * 100,

Gdje:

• 2 – koeficijent zbog činjenice da struja nužno teče kroz dvije žice;
• R – otpor vodiča, Ohm;
• ρ — otpor vodiča, Ohm*mm²/m;
• S – presjek vodiča, mm²;
• U_jastučić – pad napona, V;
• U_% - pad napona u odnosu na U_lin,%.

Koristeći formule, možete samostalno izvršiti potrebne izračune.

Primjer izračuna nošenja

Zadatak: izračunajte pad napona za bakrenu žicu s presjekom jedne jezgre od 1,5 mm². Žica je potrebna za spajanje jednofaznog električnog aparata za zavarivanje ukupne snage 7 kW. Duljina žice 20 m.

Oni koji žele spojiti kućanski stroj za zavarivanje na granu električne mreže trebaju uzeti u obzir strujno sito za koje je dizajniran kabel koji se koristi. Moguće je da ukupna snaga pogonskih uređaja bude veća. Najbolja opcija je povezivanje potrošača u zasebne grane

Riješenje:

Korak 1. Izračunavamo otpor bakrene žice pomoću tablice 9:

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

Korak 2. Struja koja teče kroz vodič:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Korak #3. Pad napona na žici:

U_jastučić = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Korak #4. Izračunavamo postotak pada napona:

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

Zaključak: za spajanje stroja za zavarivanje potreban je vodič s velikim poprečnim presjekom.

Zaključci i koristan video na tu temu

Izračun poprečnog presjeka vodiča pomoću formula:

Preporuke stručnjaka o odabiru proizvoda za kabele i žice:

Gornji izračuni vrijede za bakrene i aluminijske vodiče za industrijsku uporabu. Za druge vrste vodiča, ukupni prijenos topline je unaprijed izračunat.

Na temelju tih podataka izračunava se maksimalna struja koja može teći kroz vodič bez pretjeranog zagrijavanja.

Ako imate bilo kakvih pitanja o metodi izračuna poprečnog presjeka kabela ili želite podijeliti svoje osobno iskustvo, ostavite komentare na ovaj članak.Odjeljak za recenzije nalazi se ispod.