Izračun prereza kabla glede na moč in tok: kako pravilno izračunati ožičenje

Ali nameravate narediti posodobitev elektroenergetskega omrežja ali dodatno podaljšati električni vod do kuhinje za priklop novega električnega štedilnika? Tukaj bo koristno minimalno znanje o prerezu prevodnika in vplivu tega parametra na moč in tok.

Strinjajte se, da napačen izračun prereza kabla vodi do pregrevanja in kratkega stika ali do neupravičenih stroškov.

Zelo pomembno je, da se izračuni izvedejo v fazi načrtovanja, od okvare skrito ožičenje kasnejša zamenjava pa je povezana s precejšnjimi stroški. Pomagali vam bomo razumeti zapletenost izračunov, da bi se izognili težavam pri nadaljnjem delovanju električnih omrežij.

Da vas ne bi obremenjevali z zapletenimi izračuni, smo izbrali jasne formule in možnosti izračuna, podatke predstavili v dostopni obliki in formule opremili s pojasnili. Članku so dodane tudi tematske fotografije in video materiali, ki vam omogočajo, da jasno razumete bistvo obravnavanega vprašanja.

Izračun prečnega prereza za porabniško moč

Glavni namen vodnikov je dobava električne energije porabnikom v zahtevani količini. Ker superprevodniki niso na voljo v normalnih delovnih pogojih, je treba upoštevati odpornost materiala prevodnika.

Izračun zahtevanega odseka vodniki in kabli odvisno od skupne moči porabnikov temelji na dolgoletnih obratovalnih izkušnjah.

Začnimo s splošnim potekom izračunov tako, da najprej izvedemo izračune po formuli:

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

Kje:

• p – moč vseh porabnikov, priključenih na izračunano vejo v vatih.
• P1, P2, PN – moč prvega, drugega, n-tega porabnika v vatih.

Ko smo prejeli rezultat na koncu izračunov z uporabo zgornje formule, je bil čas, da se obrnemo na tabelarične podatke.

Sedaj morate izbrati želeni razdelek v skladu s tabelo 1.

Tabela 1. Prerez žice mora biti vedno izbran na najbližjo večjo stran (+)

Faza #1 - izračun jalove in aktivne moči

Zmogljivosti potrošnikov so navedene v dokumentih opreme. Običajno podatkovni listi opreme navajajo aktivno moč skupaj z jalovo močjo.

Naprave z aktivno vrsto obremenitve pretvorijo vso prejeto električno energijo, ob upoštevanju učinkovitosti, v koristno delo: mehansko, toplotno ali drugo vrsto.

Naprave z aktivnimi obremenitvami vključujejo žarnice z žarilno nitko, grelnike in električne peči.

Za takšne naprave ima izračun moči po toku in napetosti obliko:

P=U*I,

Kje:

• p – moč v W;
• U – napetost v V;
• jaz – jakost toka v A.

Naprave z reaktivno vrsto obremenitve lahko akumulirajo energijo, ki prihaja iz vira, in jo nato vrnejo. Do te izmenjave pride zaradi premika sinusoide toka in sinusoide napetosti.

Pri ničelnem faznem zamiku ima moč P=U*I vedno pozitivno vrednost. Naprave z aktivno vrsto obremenitve imajo tak graf faz toka in napetosti (I, i - tok, U, u - napetost, π - pi enak 3,14)

Naprave z jalovo močjo so elektromotorji, elektronske naprave vseh velikosti in namenov ter transformatorji.

Kadar obstaja fazni zamik med sinusoidom toka in sinusoidom napetosti, je lahko moč P=U*I negativna (I, i - tok, U, u - napetost, π - pi enako 3,14). Naprava za jalovo moč vrne shranjeno energijo nazaj v vir

Električna omrežja so zgrajena tako, da lahko enosmerno prenašajo električno energijo od vira do bremena.

Zato je vrnjena energija od porabnika z reaktivno obremenitvijo parazitska in se porabi za segrevanje vodnikov in drugih komponent.

Jalova moč je odvisna od faznega kota med sinusoidi napetosti in toka. Kot faznega premika je izražen s cosφ.

Če želite najti skupno moč, uporabite formulo:

P = Q / cosφ,

Kje Q – jalova moč v VAR.

Običajno podatkovni list naprave navaja jalovo moč in cosφ.

Primer: potni list za vrtalno kladivo kaže reaktivno moč 1200 VAr in cosφ = 0,7.Zato bo skupna poraba energije enaka:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Če cosφ ni bilo mogoče najti, lahko za veliko večino gospodinjskih električnih aparatov cosφ vzamemo kot 0,7.

Stopnja #2 - iskanje koeficientov sočasnosti in marže

K – brezdimenzijski koeficient simultanosti, pove, koliko porabnikov je lahko hkrati priključenih na omrežje. Redko se zgodi, da vse naprave porabljajo električno energijo hkrati.

Hkratno delovanje televizorja in glasbenega centra je malo verjetno. Iz ustaljene prakse se lahko vzame, da je K enak 0,8. Če nameravate uporabljati vse porabnike hkrati, mora biti K nastavljen na 1.

J – brezdimenzijski varnostni faktor. Značilno je ustvarjanje rezerve moči za bodoče potrošnike.

Napredek ne miruje, vsako leto se izumijo nove neverjetne in uporabne električne naprave. Poraba električne energije naj bi do leta 2050 narasla za 84 %. Običajno velja, da je J med 1,5 in 2,0.

Faza #3 - izračuni z uporabo geometrijske metode

Pri vseh električnih izračunih se vzame površina prečnega prereza prevodnika - prečni prerez jedra. Merjeno v mm².

Pogosto se je treba naučiti pravilno izračunati premer žice prevodne žice.

V tem primeru obstaja preprosta geometrijska formula za monolitno okroglo žico:

S = π*R² = π*D²/4, ali obratno

D = √(4*S / π)

Za pravokotne vodnike:

S = h * m,

Kje:

• S – površina jedra v mm²;
• R – polmer sredice v mm;
• D – premer jedra v mm;
• h, m – širina oziroma višina v mm;
• π - pi je enak 3,14.

Če kupite nasedlo žico, v kateri je en prevodnik sestavljen iz številnih zvitih žic okroglega prereza, se izračun izvede po formuli:

S = N*D²/1,27,

Kje n – število žic v jedru.

Žice z jedri, zvitimi iz več žic, imajo na splošno boljšo prevodnost kot monolitne. To je posledica posebnosti pretoka toka skozi vodnik z okroglim prečnim prerezom.

Električni tok je gibanje istovrstnih nabojev vzdolž prevodnika. Tako kot se naboji odbijajo, je gostota porazdelitve naboja premaknjena proti površini prevodnika.

Druga prednost vpredenih žic je njihova prožnost in mehanska odpornost. Monolitne žice so cenejše in se uporabljajo predvsem za stacionarno namestitev.

Stopnja #4—izračunajte močnostni prerez v praksi

Naloga: skupna moč porabnikov v kuhinji je 5000 W (kar pomeni, da je moč vseh reaktivnih porabnikov preračunana). Vsi porabniki so priključeni na enofazno 220 V omrežje in se napajajo iz enega kraka.

Tabela 2. Če nameravate v prihodnosti priključiti dodatne porabnike, tabela prikazuje zahtevano moč običajnih gospodinjskih aparatov (+)

rešitev:

Vzemimo koeficient simultanosti K enak 0,8. Kuhinja je prostor nenehnih inovacij, nikoli se ne ve, varnostni faktor je J=2,0. Skupna ocenjena moč bo:

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

Z vrednostjo izračunane moči poiščemo najbližjo vrednost v tabeli 1.

Najbližji prečni prerez jedra za enofazno omrežje je bakren vodnik s prečnim prerezom 4 mm.². Podobna velikost žice s 6 mm aluminijastim jedrom².

Za enožilno ožičenje bo najmanjši premer 2,3 mm oziroma 2,8 mm.V primeru uporabe večjedrne možnosti se presek posameznih jeder sešteje.

Izračun tokovnega prereza

Izračuni potrebnega toka in prereza moči kablov in žic bodo zagotovili natančnejše rezultate.Takšni izračuni omogočajo oceno celotnega vpliva različnih dejavnikov na prevodnike, vključno s toplotno obremenitvijo, znamko žic, vrsto polaganja, pogoji delovanja itd.

Celoten izračun se izvede v naslednjih korakih:

• izbira moči vseh porabnikov;
• izračun tokov, ki tečejo skozi vodnik;
• izbira primernega prereza s pomočjo tabel.

Za to možnost izračuna se moč porabnikov glede na tok in napetost vzame brez upoštevanja korekcijskih faktorjev. Upoštevali jih bomo pri seštevanju trenutne moči.

Faza # 1 - izračun trenutne moči z uporabo formul

Za tiste, ki so pozabili šolski tečaj fizike, ponujamo osnovne formule v obliki grafičnega diagrama kot vizualno goljufijo:

"Klasično kolo" jasno prikazuje razmerje formul in soodvisnost značilnosti električnega toka (I - jakost toka, P - moč, U - napetost, R - polmer jedra)

Zapišimo odvisnost toka I od moči P in omrežne napetosti U:

I = P/U_l,

Kje:

• jaz — jakost toka, izražena v amperih;
• p — moč v vatih;
• U_l — omrežna napetost v voltih.

Omrežna napetost je praviloma odvisna od vira napajanja, lahko je enofazni ali trifazni.

Razmerje med linearno in fazno napetostjo:

1. U_l = U*cosφ v primeru enofazne napetosti.
2. U_l = U*√3*cosφ v primeru trifazne napetosti.

Za gospodinjske električne porabnike je sprejet cosφ=1, tako da se linearna napetost lahko prepiše:

1. U_l = 220 V za enofazno napetost.
2. U_l = 380 V za trifazno napetost.

Nato povzamemo vse porabljene tokove po formuli:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Kje:

• jaz – skupni tok v amperih;
• I1..IN – jakost toka vsakega porabnika v amperih;
• K – koeficient simultanosti;
• J – varnostni faktor.

Koeficienta K in J imata enake vrednosti kot tiste, ki se uporabljajo pri izračunu skupne moči.

Lahko pride do primera, ko v trifaznem omrežju skozi različne fazne vodnike teče tok neenake moči.

To se zgodi, ko so na trifazni kabel hkrati priključeni enofazni in trifazni porabniki. Na primer, napaja se trifazni stroj in enofazna razsvetljava.

Pojavi se naravno vprašanje: kako se v takih primerih izračuna presek nasedle žice? Odgovor je preprost - izračuni so narejeni na podlagi najbolj obremenjenega jedra.

Faza # 2 - izbira ustreznega odseka z uporabo tabel

Pravila za uporabo električnih instalacij (PEU) vsebujejo številne tabele za izbiro potrebnega preseka jedra kabla.

Prevodnost prevodnika je odvisna od temperature. Pri kovinskih vodnikih se odpornost povečuje z naraščajočo temperaturo.

Ko je določen prag presežen, postane proces samozadosten: večji ko je upor, višja je temperatura, večji je upor itd. dokler vodnik ne pregori ali povzroči kratek stik.

Naslednji dve tabeli (3 in 4) prikazujeta preseke vodnikov glede na tokove in način vgradnje.

Tabela 3. Najprej morate izbrati način polaganja žic, to določa, kako učinkovito je hlajenje (+)

Kabel se od žice razlikuje po tem, da so vse kabelske žile, opremljene z lastno izolacijo, zvite v snop in obdane s skupnim izolacijskim plaščem. Več podrobnosti o razlikah in vrstah kabelskih izdelkov je napisano v tem Članek.

Tabela 4. Odprta metoda je navedena za vse vrednosti preseka vodnika, vendar v praksi odsekov pod 3 mm2 ne polagamo odprto zaradi mehanske trdnosti (+)

Pri uporabi tabel se za dovoljeni trajni tok uporabljajo naslednji koeficienti:

• 0,68, če je 5-6 jeder;
• 0,63, če je 7-9 jeder;
• 0,6 če je 10-12 jeder.

Faktorji zmanjšanja se uporabijo za trenutne vrednosti iz stolpca "odprto".

Nevtralni in ozemljitveni vodniki niso vključeni v število vodnikov.

V skladu s standardi PES je izbor prereza nevtralnega vodnika glede na dovoljeni trajni tok izveden tako, da je vsaj 50% faznega vodnika.

Naslednji dve tabeli (5 in 6) prikazujeta odvisnost dovoljenega dolgotrajnega toka pri polaganju v tla.

Tabela 5. Odvisnosti dovoljenega dolgotrajnega toka za bakrene kable, položene v zraku ali zemlji

Tokovna obremenitev pri odprtem polaganju in globokem polaganju v zemljo se razlikuje. Sprejemajo se kot enaki, če se polaganje v tla izvaja s pladnji.

Tabela 6. Odvisnosti dovoljenega trajnega toka za aluminijaste kable, položene v zraku ali zemlji

Za namestitev začasnih napajalnih vodov (nosilnih, če so za zasebno uporabo) velja naslednja tabela (7).

Tabela 7. Dovoljeni trajni tok pri uporabi prenosnih gibkih kablov, prenosnih kablov za cevi in ​​gredi, kablov za reflektorje, gibljivih prenosnih žic. Uporabljajo se samo bakreni vodniki

Pri polaganju kablov v tla je treba poleg lastnosti odvajanja toplote upoštevati tudi upornost, ki se odraža v naslednji tabeli (8):

Tabela 8. Korekcijski faktor glede na vrsto in upornost tal za dopustni dolgotrajni tok pri izračunu prereza kabla (+)

Izračun in izbor bakrenih žil do 6 mm² ali aluminij do 10 mm² se izvaja kot za trajni tok.

V primeru velikih prerezov je možno uporabiti redukcijski faktor:

0,875 * √T_pv

Kje T_pv — razmerje med trajanjem preklopa in trajanjem cikla.

Trajanje vklopa ne sme biti daljše od 4 minut. V tem primeru cikel ne sme biti daljši od 10 minut.

Pri izbiri kabla za razvod električne energije v lesena hiša Posebna pozornost je namenjena njegovi požarni odpornosti.

Faza # 3 - izračun trenutnega preseka prevodnika z uporabo primera

Naloga: izračunajte zahtevani odsek bakreni kabel za povezavo:

• trifazni stroj za obdelavo lesa z močjo 4000 W;
• trifazni varilni stroj z močjo 6000 W;
• gospodinjski aparati v hiši s skupno močjo 25.000 W;

Priključitev bo izvedena s petžilnim kablom (trije fazni vodniki, en ničelni in en ozemljitveni), položenim v zemljo.

Izolacija kabelskih in žičnih izdelkov se izračuna za določeno delovno napetost. Upoštevati je treba, da mora biti delovna napetost njegovega izdelka, ki jo navede proizvajalec, višja od omrežne napetosti

rešitev.

Korak 1. Izračunamo linearno napetost trifazne povezave:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2. korak. Gospodinjski aparati, strojno orodje in varilni stroj imajo jalovo moč, zato bo moč strojev in opreme:

p_tiste = 25000 / 0,7 = 35700 W

p_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

3. korak. Tok, potreben za priključitev gospodinjskih aparatov:

jaz_tiste = 35700 / 220 = 162 A

4. korak. Tok, potreben za priključitev opreme:

jaz_obor = 14300 / 380 = 38 A

5. korak. Potreben tok za priključitev gospodinjskih aparatov se izračuna na podlagi ene faze. Glede na problem so tri faze. Zato se lahko tok porazdeli med faze. Zaradi enostavnosti predpostavimo enakomerno porazdelitev:

jaz_tiste = 162 / 3 = 54 A

6. korak. Tok na fazo:

jaz_f = 38 + 54 = 92 A

7. korak. Oprema in gospodinjski aparati ne bodo delovali hkrati, poleg tega bomo rezervirali rezervo 1,5. Po uporabi korekcijskih faktorjev:

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

8. korak. Čeprav kabel vsebuje 5 žil, so upoštevana le trifazna jedra. Glede na tabelo 8 v stolpcu trižilni kabel v tleh ugotovimo, da tok 115 A ustreza prerezu jedra 16 mm².

9. korak. Glede na tabelo 8 uporabimo korekcijski faktor glede na lastnosti zemljišča. Za normalno vrsto zemlje je koeficient 1.

Korak #10. Neobvezno izračunajte premer jedra:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Če bi bil izračun narejen samo na podlagi moči, ne da bi upoštevali posebnosti polaganja kabla, bi bil presek jedra 25 mm². Izračun trenutne moči je bolj zapleten, vendar včasih omogoča prihranek znatnega denarja, zlasti ko gre za večjedrne napajalne kable.

Več o razmerju med vrednostmi napetosti in toka lahko preberete tukaj.

Izračun padca napetosti

Vsak prevodnik, razen superprevodnikov, ima upor. Zato, če je kabel ali žica dovolj dolga, pride do padca napetosti.

Standardi PES zahtevajo, da mora biti presek jedra kabla tak, da padec napetosti ne presega 5 %.

Tabela 9. Upornost navadnih kovinskih vodnikov (+)

To se nanaša predvsem na nizkonapetostne kable majhnega prereza.

Izračun padca napetosti je naslednji:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_blazinica = I * R,

U_% = (U_blazinica /u_lin) * 100,

Kje:

• 2 – koeficient zaradi dejstva, da tok nujno teče skozi dve žici;
• R – upor prevodnika, Ohm;
• ρ — upornost prevodnika, Ohm*mm²/m;
• S – presek vodnika, mm²;
• U_blazinica – padec napetosti, V;
• U_% - padec napetosti glede na U_lin,%.

Z uporabo formul lahko samostojno izvedete potrebne izračune.

Primer izračuna nošenja

Naloga: izračunajte padec napetosti za bakreno žico s prečnim prerezom enega jedra 1,5 mm². Žica je potrebna za priključitev enofaznega električnega varilnega stroja s skupno močjo 7 kW. Dolžina žice 20 m.

Tisti, ki želijo priključiti gospodinjski varilni stroj na vejo električnega omrežja, morajo upoštevati trenutno sito, za katerega je zasnovan uporabljeni kabel. Možno je, da je skupna moč delujočih naprav večja. Najboljša možnost je povezovanje potrošnikov v ločene podružnice

rešitev:

Korak 1. Upornost bakrene žice izračunamo s tabelo 9:

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

2. korak. Tok, ki teče skozi vodnik:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

3. korak. Padec napetosti na žici:

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

4. korak. Izračunamo odstotek padca napetosti:

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

Zaključek: za priključitev varilnega stroja je potreben prevodnik z velikim prečnim prerezom.

Zaključki in uporaben video na to temo

Izračun prereza prevodnika po formulah:

Priporočila strokovnjakov o izbiri kabelskih in žičnih izdelkov:

Zgornji izračuni veljajo za bakrene in aluminijaste prevodnike za industrijsko uporabo. Za druge vrste vodnikov je skupni prenos toplote vnaprej izračunan.

Na podlagi teh podatkov se izračuna maksimalni tok, ki lahko teče skozi vodnik, ne da bi povzročil prekomerno segrevanje.

Če imate kakršna koli vprašanja o metodi za izračun prereza kabla ali želite deliti svoje osebne izkušnje, pustite komentarje na ta članek.Razdelek za pregled se nahaja spodaj.