Calculul secțiunii transversale a cablului în funcție de putere și curent: cum se calculează corect cablarea

Ai de gând să faci modernizarea rețelei electrice sau extindeți suplimentar cablul de alimentare la bucătărie pentru a conecta o nouă sobă electrică? Aici, cunoștințele minime despre secțiunea transversală a conductorului și efectul acestui parametru asupra puterii și curentului vor fi utile.

Sunteți de acord că calculul incorect al secțiunii transversale a cablului duce la supraîncălzire și scurtcircuit sau la costuri nejustificate.

Este foarte important să se efectueze calcule în faza de proiectare, de la eșec cabluri ascunse iar înlocuirea ulterioară este asociată cu costuri semnificative. Vă vom ajuta să înțelegeți complexitatea calculelor pentru a evita problemele în funcționarea ulterioară a rețelelor electrice.

Pentru a nu vă împovăra cu calcule complexe, am selectat formule și opțiuni de calcul clare, am prezentat informațiile într-o formă accesibilă și am oferit formulelor explicații. Fotografii tematice și materiale video au fost, de asemenea, adăugate la articol, permițându-vă să înțelegeți clar esența problemei luate în considerare.

Calculul secțiunii transversale pentru puterea consumatorului

Scopul principal al conductorilor este de a furniza energie electrică consumatorilor în cantitatea necesară. Deoarece supraconductorii nu sunt disponibili în condiții normale de funcționare, trebuie luată în considerare rezistența materialului conductor.

Calculul secțiunii necesare conductoare si cabluri în funcție de puterea totală a consumatorilor se bazează pe experiența de funcționare pe termen lung.

Să începem cursul general al calculelor efectuând mai întâi calcule folosind formula:

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

Unde:

• P – puterea tuturor consumatorilor conectați la ramura calculată în wați.
• P1, P2, PN – puterea primului, al doilea, respectiv al al-lea consumator, în wați.

După ce a primit rezultatul la sfârșitul calculelor folosind formula de mai sus, era timpul să ne întoarcem la datele tabelare.

Acum trebuie să selectați secțiunea necesară conform tabelului 1.

Tabelul 1. Secțiunea transversală a firului trebuie întotdeauna selectată la cea mai apropiată parte mai mare (+)

Etapa #1 - calculul puterii reactive și active

Capacitățile consumatorilor sunt indicate în documentele echipamentelor. De obicei, fișele tehnice ale echipamentelor indică puterea activă împreună cu puterea reactivă.

Dispozitivele cu un tip de sarcină activ transformă toată energia electrică primită, ținând cont de eficiență, în muncă utilă: mecanică, termică sau de alt tip.

Dispozitivele cu sarcini active includ lămpi cu incandescență, încălzitoare și sobe electrice.

Pentru astfel de dispozitive, calculul puterii prin curent și tensiune are forma:

P=U*I,

Unde:

• P – putere în W;
• U – tensiune în V;
• eu - puterea curentului în A.

Dispozitivele cu un tip de sarcină reactivă sunt capabile să acumuleze energie provenind de la o sursă și apoi să o returneze. Acest schimb are loc datorită deplasării sinusoidei de curent și a sinusoidei de tensiune.

La deplasarea de fază zero, puterea P=U*I are întotdeauna o valoare pozitivă. Dispozitivele cu un tip de sarcină activ au un astfel de grafic al fazelor de curent și tensiune (I, i - curent, U, u - tensiune, π - pi egal cu 3,14)

Dispozitivele cu putere reactivă includ motoare electrice, dispozitive electronice de toate dimensiunile și scopurile și transformatoarele.

Când există o defazare între sinusoida curentă și sinusoida de tensiune, puterea P=U*I poate fi negativă (I, i - curent, U, u - tensiune, π - pi egal cu 3,14). Un dispozitiv de putere reactivă returnează energia stocată înapoi la sursă

Rețelele electrice sunt construite în așa fel încât să poată transfera energie electrică într-o direcție de la sursă la sarcină.

Prin urmare, energia returnată de la un consumator cu sarcină reactivă este parazită și este risipită la încălzirea conductorilor și a altor componente.

Puterea reactivă depinde de unghiul de fază dintre sinusoidele de tensiune și curent. Unghiul de defazare este exprimat prin cosφ.

Pentru a afla puterea totală, utilizați formula:

P = Q / cosφ,

Unde Q – putere reactivă în VAR.

De obicei, fișa de date a dispozitivului indică puterea reactivă și cosφ.

Exemplu: pașaportul pentru burghiu cu ciocan indică o putere reactivă de 1200 VAr și cosφ = 0,7.Prin urmare, consumul total de energie va fi egal cu:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Dacă cosφ nu a putut fi găsit, pentru marea majoritate a aparatelor electrocasnice cosφ poate fi luat egal cu 0,7.

Etapa #2 - căutarea coeficienților de simultaneitate și de marjă

K – coeficient de simultaneitate adimensională, arată câți consumatori pot fi conectați la rețea în același timp. Rareori se întâmplă ca toate dispozitivele să consume energie electrică în același timp.

Funcționarea simultană a televizorului și a centrului muzical este puțin probabilă. Din practica stabilită, K poate fi luat egal cu 0,8. Dacă intenționați să utilizați toți consumatorii simultan, K ar trebui să fie setat la 1.

J – factor de siguranță adimensional. Caracterizează crearea unei rezerve de putere pentru viitorii consumatori.

Progresul nu stă pe loc; în fiecare an sunt inventate noi dispozitive electrice uimitoare și utile. Consumul de energie electrică este de așteptat să crească cu 84% până în 2050. De obicei, J este considerat între 1,5 și 2,0.

Etapa #3 - efectuarea calculelor folosind metoda geometrică

În toate calculele electrice, se ia aria secțiunii transversale a conductorului - secțiunea transversală a miezului. Măsurată în mm².

Adesea este necesar să înveți cum să calculezi corect diametrul firului fire conductoare.

În acest caz, există o formulă geometrică simplă pentru un fir rotund monolitic:

S = π*R² = π*D²/4, sau vice versa

D = √(4*S / π)

Pentru conductoarele dreptunghiulare:

S = h * m,

Unde:

• S – aria miezului în mm²;
• R – raza miezului în mm;
• D – diametrul miezului în mm;
• h, m – latimea si respectiv inaltimea in mm;
• π — pi este egal cu 3,14.

Dacă achiziționați un fir cu toroane, în care un conductor este format din multe fire răsucite de secțiune transversală rotundă, atunci calculul se efectuează conform formulei:

S = N*D²/1,27,

Unde N – numărul de fire din miez.

Firele cu miezuri răsucite din mai multe fire au, în general, o conductivitate mai bună decât cele monolitice. Acest lucru se datorează particularităților fluxului de curent printr-un conductor cu o secțiune transversală rotundă.

Curentul electric este mișcarea unor sarcini similare de-a lungul unui conductor. Asemenea sarcinilor se resping reciproc, astfel încât densitatea de distribuție a sarcinii este deplasată spre suprafața conductorului.

Un alt avantaj al firelor cu toroane este flexibilitatea și rezistența mecanică. Firele monolitice sunt mai ieftine și sunt utilizate în principal pentru instalarea staționară.

Etapa #4 — calculați secțiunea transversală a puterii în practică

Sarcină: puterea totala a consumatorilor din bucatarie este de 5000 W (adica puterea tuturor consumatorilor reactivi a fost recalculata). Toți consumatorii sunt conectați la o rețea monofazată de 220 V și sunt alimentați de la o ramură.

Tabelul 2. Dacă intenționați să conectați consumatori suplimentari în viitor, tabelul arată puterea necesară a aparatelor electrocasnice obișnuite (+)

Soluţie:

Să luăm coeficientul de simultaneitate K egal cu 0,8. Bucataria este un loc de inovatie constanta, nu se stie niciodata, factorul de siguranta este J=2.0. Puterea totală estimată va fi:

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

Folosind valoarea puterii calculate, căutăm cea mai apropiată valoare în tabelul 1.

Cea mai apropiată secțiune transversală adecvată a miezului pentru o rețea monofazată este un conductor de cupru cu o secțiune transversală de 4 mm². Dimensiune similară a firului cu miez de aluminiu de 6 mm².

Pentru cablarea cu un singur conductor, diametrul minim va fi de 2,3 mm, respectiv 2,8 mm.În cazul utilizării unei opțiuni multi-core, se însumează secțiunea transversală a nucleelor ​​individuale.

Calculul secțiunii transversale curente

Calculele secțiunii transversale necesare curentului și puterii cablurilor și firelor vor oferi rezultate mai precise.Astfel de calcule fac posibilă evaluarea influenței generale a diverșilor factori asupra conductorilor, inclusiv sarcina termică, marca firelor, tipul de pozare, condițiile de funcționare etc.

Întregul calcul se realizează în următorii pași:

• selectarea puterii tuturor consumatorilor;
• calculul curenților care trec printr-un conductor;
• selectarea unei secțiuni transversale adecvate folosind tabele.

Pentru această opțiune de calcul, puterea consumatorilor în termeni de curent și tensiune este luată fără a lua în considerare factorii de corecție. Ele vor fi luate în considerare la însumarea puterii curente.

Etapa #1 - calculul puterii curentului folosind formule

Pentru cei care au uitat cursul de fizică școlară, oferim formulele de bază sub forma unei diagrame grafice sub formă de cheat sheet vizual:

„Roata clasică” demonstrează în mod clar relația dintre formule și interdependența caracteristicilor curentului electric (I - puterea curentului, P - putere, U - tensiune, R - raza miezului)

Să notăm dependența curentului I de puterea P și tensiunea de linie U:

I = P/U_l,

Unde:

• eu — puterea curentului, exprimată în amperi;
• P — putere în wați;
• U_l — tensiunea de linie în volți.

Tensiunea de linie depinde în general de sursa de alimentare; poate fi monofazată sau trifazată.

Relația dintre tensiunea liniară și cea de fază:

1. U_l = U*cosφ în cazul tensiunii monofazate.
2. U_l = U*√3*cosφ în cazul tensiunii trifazate.

Pentru consumatorii casnici de electricitate, cosφ=1 este acceptat, astfel încât tensiunea liniară poate fi rescrisă:

1. U_l = 220 V pentru tensiune monofazată.
2. U_l = 380 V pentru tensiune trifazată.

În continuare, rezumăm toți curenții consumați folosind formula:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Unde:

• eu – curent total în amperi;
• I1..IN – puterea curentă a fiecărui consumator în amperi;
• K – coeficient de simultaneitate;
• J - factor de securitate.

Coeficienții K și J au aceleași valori ca cele utilizate la calcularea puterii totale.

Poate exista un caz în care într-o rețea trifazată circulă un curent de putere inegală prin conductori de fază diferiți.

Acest lucru se întâmplă atunci când consumatorii monofazați și trifazați sunt conectați la un cablu trifazat în același timp. De exemplu, o mașină trifazată și iluminatul monofazat sunt alimentate.

Apare o întrebare firească: cum se calculează secțiunea transversală a unui fir torsionat în astfel de cazuri? Răspunsul este simplu - calculele se fac pe baza celui mai încărcat nucleu.

Etapa #2 - selectarea unei secțiuni potrivite folosind tabele

Regulile de funcționare pentru instalațiile electrice (PEU) conțin o serie de tabele pentru selectarea secțiunii transversale necesare a miezului cablului.

Conductivitatea unui conductor depinde de temperatură. Pentru conductoarele metalice, rezistența crește odată cu creșterea temperaturii.

Când se depășește un anumit prag, procesul devine auto-susținut: cu cât rezistența este mai mare, cu atât temperatura este mai mare, cu atât rezistența este mai mare etc. până când conductorul arde sau provoacă un scurtcircuit.

Următoarele două tabele (3 și 4) arată secțiunea transversală a conductorilor în funcție de curenți și metoda de instalare.

Tabelul 3. În primul rând, trebuie să alegeți metoda de așezare a firelor, aceasta determină cât de eficientă este răcirea (+)

Un cablu diferă de un fir prin faptul că toate miezurile de cablu, echipate cu propria izolație, sunt răsucite într-un mănunchi și închise într-o manta izolatoare comună. Mai multe detalii despre diferențele și tipurile de produse prin cablu sunt scrise în aceasta articol.

Tabelul 4. Metoda deschisă este indicată pentru toate valorile secțiunii transversale a conductorului, cu toate acestea, în practică, secțiunile sub 3 mm2 nu sunt așezate deschis din motive de rezistență mecanică (+)

La utilizarea tabelelor, se aplică următorii coeficienți curentului continuu admis:

• 0,68 dacă 5-6 nuclee;
• 0,63 dacă 7-9 nuclee;
• 0,6 dacă 10-12 nuclee.

Factorii de reducere sunt aplicați valorilor curente din coloana „deschisă”.

Conductoarele de neutru și de împământare nu sunt incluse în numărul de conductori.

Conform standardelor PES, selectarea secțiunii transversale a conductorului neutru în funcție de curentul continuu admis se face ca cel puțin 50% din conductorul de fază.

Următoarele două tabele (5 și 6) arată dependența curentului admisibil pe termen lung atunci când îl așezați în pământ.

Tabelul 5. Dependența curentului admisibil pe termen lung pentru cablurile de cupru atunci când sunt așezate în aer sau pământ

Sarcina curentă atunci când este așezată deschis și atunci când este așezată adânc în pământ diferă. Ele sunt acceptate ca egale dacă așezarea în pământ se realizează folosind tăvi.

Tabelul 6. Dependența curentului continuu admisibil pentru cablurile de aluminiu atunci când sunt așezate în aer sau în pământ

Pentru instalarea liniilor temporare de alimentare cu energie electrică (purtoare, dacă sunt de uz privat), se aplică următorul tabel (7).

Tabelul 7. Curentul continuu permis atunci când se utilizează cabluri portabile pentru furtunuri, cabluri portabile pentru furtun și arbore, cabluri pentru proiectoare, fire portabile flexibile. Se folosesc numai conductoare de cupru

La așezarea cablurilor în pământ, pe lângă proprietățile de disipare a căldurii, este necesar să se țină seama de rezistivitatea, care este reflectată în următorul tabel (8):

Tabel 8. Factorul de corecție în funcție de tipul și rezistivitatea solului pentru curentul admisibil pe termen lung, la calcularea secțiunii transversale a cablului (+)

Calculul și selecția miezurilor de cupru de până la 6 mm² sau aluminiu până la 10 mm² se efectuează ca la curent continuu.

În cazul secțiunilor transversale mari, este posibil să se aplice un factor de reducere:

0,875 * √T_pv

Unde T_pv — raportul dintre durata de comutare și durata ciclului.

Durata pornirii este considerată a nu mai mult de 4 minute. În acest caz, ciclul nu trebuie să depășească 10 minute.

Atunci când alegeți un cablu pentru distribuirea energiei electrice în casa de lemn O atenție deosebită este acordată rezistenței sale la foc.

Etapa #3 - calculul secțiunii transversale curente a conductorului folosind un exemplu

Sarcină: calculați secțiunea necesară cablu de cupru pentru conectare:

• mașină trifazată pentru prelucrarea lemnului cu o putere de 4000 W;
• aparat de sudura trifazat cu o putere de 6000 W;
• aparate electrocasnice din casa cu o putere totala de 25.000 W;

Conexiunea se va face cu un cablu cu cinci fire (conductori trifazi, unul neutru și unul de împământare), așezat în pământ.

Izolația cablurilor și a produselor din fire este calculată pentru o anumită tensiune de funcționare. Trebuie avut în vedere faptul că tensiunea de funcționare a produsului său indicată de producător trebuie să fie mai mare decât tensiunea de rețea.

Soluţie.

Pasul 1. Calculăm tensiunea liniară a unei conexiuni trifazate:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Pasul 2. Aparatele de uz casnic, o mașină unealtă și o mașină de sudură au putere reactivă, astfel încât puterea mașinilor și echipamentelor va fi:

P_acestea = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Pasul 3. Curent necesar pentru conectarea aparatelor electrocasnice:

eu_acestea = 35700 / 220 = 162 A

Pasul #4. Curent necesar pentru conectarea echipamentelor:

eu_obor = 14300 / 380 = 38 A

Pasul #5. Curentul necesar pentru conectarea aparatelor de uz casnic este calculat pe baza unei singure faze. În funcție de problemă, există trei faze. Prin urmare, curentul poate fi distribuit între faze. Pentru simplitate, presupunem o distribuție uniformă:

eu_acestea = 162 / 3 = 54 A

Pasul #6. Curent pe fază:

eu_f = 38 + 54 = 92 A

Pasul #7. Echipamentele și electrocasnicele nu vor funcționa în același timp; în plus, vom rezerva o rezervă de 1,5. După aplicarea factorilor de corecție:

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

Pasul #8. Deși cablul conține 5 nuclee, sunt luate în considerare doar nucleele în trei faze. Conform tabelului 8 din coloana cablu cu trei fire în pământ, constatăm că un curent de 115 A corespunde unei secțiuni transversale a miezului de 16 mm.².

Pasul #9. Conform Tabelului 8, aplicăm un factor de corecție în funcție de caracteristicile terenului. Pentru un tip normal de pământ, coeficientul este 1.

Pasul #10. Opțional, calculați diametrul miezului:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Dacă calculul s-ar face numai pe baza puterii, fără a ține cont de particularitățile așezării cablurilor, atunci secțiunea transversală a miezului ar fi de 25 mm². Calcularea puterii curentului este mai complicată, dar uneori vă permite să economisiți bani semnificativi, mai ales când vine vorba de cabluri de alimentare cu mai multe fire.

Puteți citi mai multe despre relația dintre valorile tensiunii și curentului Aici.

Calculul căderii de tensiune

Orice conductor, cu excepția supraconductorilor, are rezistență. Prin urmare, dacă cablul sau firul este suficient de lung, apare o cădere de tensiune.

Standardele PES cer ca secțiunea transversală a miezului cablului să fie astfel încât căderea de tensiune să nu fie mai mare de 5%.

Tabel 9. Rezistivitatea conductoarelor metalice comune (+)

Aceasta se referă în primul rând la cablurile de joasă tensiune cu secțiune transversală mică.

Calculul căderii de tensiune este următorul:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad /u_lin) * 100,

Unde:

• 2 – coeficient datorită faptului că curentul trece neapărat prin două fire;
• R – rezistența conductorului, Ohm;
• ρ — rezistivitatea conductorului, Ohm*mm²/m;
• S – secțiunea conductorului, mm²;
• U_pad – cădere de tensiune, V;
• U_% - căderea de tensiune în raport cu U_lin,%.

Folosind formule, puteți efectua independent calculele necesare.

Exemplu de calcul purtând

Sarcină: calculați căderea de tensiune pentru un fir de cupru cu o secțiune transversală a unui miez de 1,5 mm². Firul este necesar pentru conectarea unui aparat de sudura electric monofazat cu o putere totala de 7 kW. Lungimea firului 20 m.

Cei care doresc să conecteze un aparat de sudură de uz casnic la o ramură de rețea electrică ar trebui să țină cont de sita curentă pentru care este proiectat cablul folosit. Este posibil ca puterea totală a dispozitivelor de operare să fie mai mare. Cea mai bună opțiune este conectarea consumatorilor la sucursale separate

Soluţie:

Pasul 1. Calculăm rezistența firului de cupru folosind tabelul 9:

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

Pasul 2. Curentul care trece prin conductor:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Pasul 3. Căderea de tensiune pe fir:

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

Pasul #4. Calculăm procentul căderii de tensiune:

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

Concluzie: pentru conectarea mașinii de sudură este necesar un conductor cu o secțiune transversală mare.

Concluzii și video util pe această temă

Calculul secțiunii conductorului folosind formulele:

Recomandări de la specialiști cu privire la selecția produselor de cablu și sârmă:

Calculele de mai sus sunt valabile pentru conductorii de cupru și aluminiu de uz industrial. Pentru alte tipuri de conductori, transferul total de căldură este precalculat.

Pe baza acestor date, se calculează curentul maxim care poate circula prin conductor fără a provoca o încălzire excesivă.

Dacă aveți întrebări despre metoda de calcul a secțiunii transversale a cablului sau doriți să împărtășiți experiența dvs. personală, vă rugăm să lăsați comentarii la acest articol.Secțiunea de recenzii se află mai jos.