Planujesz zmodernizować sieć elektryczną lub dodatkowo rozszerzyć linię energetyczną do kuchni, aby podłączyć nową kuchenkę elektryczną? Będzie to przydatna minimalna wiedza na temat przekroju przewodu i wpływu tego parametru na moc i natężenie prądu.
Zgadzam się, że nieprawidłowe obliczenie przekroju kabla prowadzi do przegrzania i zwarcia lub do niepotrzebnych kosztów.
Bardzo ważne jest przeprowadzenie obliczeń na etapie projektowania, ponieważ awaria ukrytego okablowania i późniejsza wymiana wiąże się ze znacznymi kosztami. Pomożemy Ci poradzić sobie z zawiłościami obliczeń, aby uniknąć problemów w dalszej eksploatacji sieci elektrycznych.
Aby nie obciążać cię skomplikowanymi obliczeniami, wybraliśmy jasne formuły i opcje obliczeniowe, przekazaliśmy informacje w przystępnej formie, podając wyjaśnienia formuł. Do artykułu dodano także zdjęcia tematyczne i materiały wideo, co pozwoliło na wizualne zrozumienie istoty rozważanego zagadnienia.
Obliczanie przekroju odbiorników mocy
Głównym celem przewodów - dostawa energii elektrycznej do odbiorców w wymaganej ilości. Ponieważ nadprzewodniki nie są dostępne w normalnych warunkach pracy, konieczne jest uwzględnienie rezystancji materiału przewodnika.
Obliczenie wymaganego przekroju przewodów i kabli w zależności od całkowitej mocy odbiorników opiera się na długim doświadczeniu eksploatacyjnym.
Przekrój kabla jest jedną z podstawowych wartości przy wyborze urządzenia do okablowania. 
Przekrój określa, który prąd mocy jest w stanie przewodzić kabel bez przegrzania z powodu nadmiernej mocy 
Podstawą kabla jest jednoprzewodowy lub wielożyłowy przewód miedziany, który w przekroju poprzecznym może być okrągły, trójkątny lub prostokątny 
Jeśli w przewodniku jest więcej niż dwie żyły, najczęściej są one skręcone. Nominalny przekrój produktów wielordzeniowych jest sumą przekrojów wszystkich istniejących żył.
Ogólny przebieg obliczeń rozpoczynamy od wykonania obliczeń według wzoru:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Gdzie
- P to moc wszystkich odbiorników podłączonych do obliczonej gałęzi w watach.
- P1, P2, PN - moc pierwszego konsumenta, odpowiednio drugi, n-ty, w watach.
Po uzyskaniu wyniku na końcu obliczeń przy użyciu powyższego wzoru przyszła kolej na dane tabelaryczne.
Teraz musimy wybrać konieczną sekcję w tabeli 1.
Tabela 1. Przekrój przewodów jest zawsze konieczny, aby wybrać najbliższy duży bok (+)
Etap # 1 - obliczanie mocy biernej i czynnej
Pojemności konsumentów są wymienione w dokumentach urządzenia. Zwykle w paszportach sprzętu wskazywano moc czynną wraz z mocą bierną.
Urządzenia z aktywnym rodzajem obciążenia przekształcają całą otrzymaną energię elektryczną, biorąc pod uwagę wydajność, w użyteczną pracę: mechaniczną, termiczną lub inną.
Do urządzeń z aktywnym obciążeniem należą żarówki, grzejniki, piece elektryczne.
Dla takich urządzeń obliczanie mocy przez prąd i napięcie wynosi:
P = U * I,
Gdzie
- P - moc w W;
- U jest napięciem w V;
- I - prąd w A.
Urządzenia z obciążeniem reaktywnym mogą gromadzić energię ze źródła, a następnie powracać. Taka wymiana następuje z powodu przemieszczenia sinusoidy prądu i napięcia sinusoidy.
Przy zerowym przesunięciu fazy moc P = U * I ma zawsze wartość dodatnią. Taki wykres faz prądu i napięcia ma urządzenia z aktywnym rodzajem obciążenia (I, i to prąd, U, u to napięcie, π to liczba pi, równa 3, 14)
Urządzenia z mocą bierną obejmują silniki elektryczne, urządzenia elektroniczne wszystkich rozmiarów i celów, transformatory.
Gdy występuje przesunięcie fazowe między sinusoidą prądu a sinusoidą napięcia, moc P = U * I może być ujemna (I, i jest prądem, U, u jest napięciem, π jest liczbą pi, równą 3, 14). Urządzenie z mocą bierną zwraca zgromadzoną energię z powrotem do źródła
Sieci elektryczne są skonstruowane w taki sposób, że mogą wytwarzać przesył energii elektrycznej w jednym kierunku od źródła do obciążenia.
Dlatego też energia zwrotna odbiorcy z obciążeniem biernym jest pasożytnicza i jest zużywana na przewody grzejne i inne elementy.
Moc bierna ma zależność od kąta przesunięcia fazowego między sinusoidami napięcia i prądu. Kąt fazowy wyrażony jest w cosφ.
Aby znaleźć pełną moc, zastosuj formułę:
P = P p / cosφ,
Gdzie P p - moc bierna w watach.
Zazwyczaj w danych paszportowych na urządzeniu wskazano moc bierną i cosφ.
Przykład : w paszporcie perforatora moc bierna wynosi 1200 W, a cosφ = 0, 7. W związku z tym całkowite zużycie energii będzie równe:
P = 1200 / 0, 7 = 1714 W
Jeśli nie można znaleźć cosφ, dla większości urządzeń gospodarstwa domowego cosφ można przyjąć jako 0, 7.
Etap 2 - poszukiwanie równoczesności i wskaźników marży
K - bezwymiarowy współczynnik równoczesności, pokazuje, ilu konsumentów można jednocześnie podłączyć do sieci. Rzadko zdarza się, że wszystkie urządzenia jednocześnie zużywają energię elektryczną.
Jednoczesne działanie telewizora i centrum muzycznego jest mało prawdopodobne. Z przyjętej praktyki można przyjąć K równą 0, 8. Jeśli planujesz używać wszystkich konsumentów w tym samym czasie, K powinno być równe 1.
J - bezwymiarowy współczynnik bezpieczeństwa. Charakteryzuje tworzenie rezerwy mocy dla przyszłych konsumentów.
Postęp nie stoi w miejscu, co roku wymyślono wszystkie nowe, niesamowite i użyteczne urządzenia elektryczne. Oczekuje się, że do 2050 r. Wzrost zużycia energii elektrycznej wyniesie 84%. Zwykle przyjmuje się, że J wynosi od 1, 5 do 2, 0.
Etap 3 - wykonaj obliczenia metodą geometryczną
We wszystkich obliczeniach elektrycznych przyjmuje się pole przekroju poprzecznego przewodnika - sekcja rdzeniowa. Zmierzone w mm 2 .
Często konieczne jest nauczenie się, jak poprawnie obliczyć przekrój drutu na średnicy drutu przewodnika.
W tym przypadku istnieje prosty wzór geometryczny dla monolitycznego drutu o okrągłym przekroju poprzecznym:
S = π * R 2 = π * D 2/4 lub odwrotnie
D = √ (4 * S / π)
W przypadku przewodów prostokątnych:
S = h * m,
Gdzie
- S oznacza powierzchnię rdzenia w mm 2 ;
- R jest promieniem rdzenia w mm;
- D jest średnicą rdzenia w mm;
- h, m - odpowiednio szerokość i wysokość w mm;
- π to pi, równe 3, 14.
W przypadku nabycia drutu wielordzeniowego, w którym jeden przewodnik składa się z zestawu skręconych okrągłych drutów, obliczenia wykonuje się według wzoru:
S = N * D 2 / 1, 27,
Gdzie N to liczba żył w żyle.
Druty skręcone z kilku drutów żyły, w ogólnym przypadku mają najlepszą przewodność niż monolityczne. Wynika to ze specyfiki przepływu prądu przez przewodnik kołowy.
Prąd elektryczny to ruch podobnych ładunków wzdłuż przewodnika. Podobne ładunki odpychają się wzajemnie, dlatego gęstość rozkładu ładunku jest przesunięta na powierzchnię przewodnika.
Kolejną zaletą linek jest ich elastyczność i odporność mechaniczna. Monolityczne druty są tańsze i są używane głównie do montażu stacjonarnego.
Etap 4 - w praktyce oblicz sekcję mocy
Zadanie : całkowita moc konsumentów w kuchni wynosi 5000 W (co oznacza, że moc wszystkich odbiorników reaktywnych jest ponownie obliczana). Wszyscy odbiorcy są podłączeni do sieci jednofazowej 220 V i są zasilani z jednego oddziału.
Tabela 2. Jeśli w przyszłości planujesz podłączyć dodatkowych odbiorców, tabela pokazuje niezbędną moc powszechnych urządzeń gospodarstwa domowego (+)
Rozwiązanie :
Współczynnik równoczesności K przyjmuje się równy 0, 8. Kuchnia jest miejscem ciągłych innowacji, nigdy nie wiadomo, współczynnik bezpieczeństwa wynosi J = 2, 0. Całkowita szacowana moc będzie:
P = 5000 * 0, 8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Korzystając z wartości szacowanej mocy, szukamy najbliższej wartości w tabeli 1.
Najbliższą odpowiednią wartością przekroju przewodu dla sieci jednofazowej jest przewód miedziany o przekroju 4 mm 2 . Ten sam rozmiar drutu z rdzeniem aluminiowym 6 mm 2 .
W przypadku przewodów jednożyłowych minimalna średnica wynosi odpowiednio 2, 3 mm i 2, 8 mm. W przypadku wersji wielordzeniowej przekrój poszczególnych przewodów jest sumowany.
Kuchnie zazwyczaj mają najpotężniejszych odbiorników energii i mniej „żarłocznych” urządzeń gospodarstwa domowego. 
Łazienki i połączone łazienki mogą mieć imponującą ilość sprzętu elektrycznego. 
W zależności od mocy jednostki technicznej jest zasilany ze wspólnej lub oddzielnej linii zasilającej. Obliczenia wykonuje się dla grupy gniazd, dla konsumentów poszczególnych linii dobiera się według mocy 
Do bloku gniazd zasilanego jedną linią zasilania można podłączyć tylko urządzenia o małej mocy: miksery, suszarki do włosów, młynki do kawy itp. 
Podłączenie do osobnej linii zasilającej wymaga mikrofal, płyt grzejnych i piekarników elektrycznych. 
Normalna praca standardowej pralki powinna być zapewniona przez oddzielną linię zasilającą. 
Obowiązkowe ułożenie osobnej gałęzi mocy wymaga lodówek i pieców elektrycznych 
W pomieszczeniach higienicznych dla jacuzzi, elektronicznych pokrowców na bidet, kabin prysznicowych układane są osobne linie.
Obliczanie bieżącej sekcji
Obliczenia wymaganego przekroju dla prądu i mocy kabli i przewodów zapewnią dokładniejsze wyniki. Takie obliczenia umożliwiają oszacowanie ogólnego wpływu różnych czynników na przewodniki, w tym obciążenia termicznego, rodzaju przewodów, rodzaju instalacji, warunków pracy itp.
Cała kalkulacja jest przeprowadzana w trakcie następujących etapów:
- wybór mocy wszystkich konsumentów;
- obliczanie prądów przepływających przez przewodnik;
- wybór odpowiedniego przekroju zgodnie z tabelami.
W tej wersji obliczeń moc odbiorników prądu z napięciem pobierana jest bez uwzględniania współczynników korekcyjnych. Będą one brane pod uwagę przy sumowaniu prądu.
Etap # 1 - obliczanie aktualnej siły przy użyciu wzorów
Dla tych, którzy zapomnieli o szkolnym kursie fizyki, oferujemy podstawowe formuły w formie schematu graficznego jako wizualne łóżeczko:
„Klasyczne koło” wyraźnie pokazuje związek wzorów i współzależności charakterystyk prądu elektrycznego (I - natężenie prądu, P - moc, U - napięcie, R - promień rdzenia)
Zapisujemy zależność aktualnej siły I od mocy P i napięcia linii U:
I = p / u l,
Gdzie
- I - aktualna siła, pobierana w amperach;
- P - moc w watach;
- U l - napięcie liniowe w woltach.
Napięcie sieciowe w ogólnym przypadku zależy od źródła zasilania, może być jedno- i trójfazowe.
Związek napięcia liniowego i fazowego:
- U l = U * cosφ w przypadku napięcia jednofazowego.
- U l = U * √3 * cosφ w przypadku napięcia trójfazowego.
W przypadku domowych odbiorców elektrycznych przyjmuje się cosφ = 1, więc napięcie liniowe można przepisać:
- U l = 220 V dla napięcia jednofazowego.
- L l = 380 V dla napięcia trójfazowego.
Dalej podsumowujemy wszystkie zużyte prądy zgodnie ze wzorem:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
Gdzie
- I - prąd całkowity w amperach;
- I1..IN - natężenie prądu każdego odbiornika w amperach;
- K jest współczynnikiem jednoczesności;
- J jest czynnikiem bezpieczeństwa.
Współczynniki K i J mają te same wartości, które zostały użyte do obliczenia całkowitej mocy.
Może się zdarzyć, że prąd o nierównej mocy przepłynie przez sieć trójfazową przez różne przewody fazowe.
Dzieje się tak, gdy odbiorniki jednofazowe i trójfazowe są jednocześnie podłączone do kabla trójfazowego. Na przykład zasilana maszyna trójfazowa i oświetlenie jednofazowe.
Pojawia się naturalne pytanie: w jaki sposób oblicza się przekrój poprzeczny drutu? Odpowiedź jest prosta - obliczenia wykonywane są na najbardziej obciążonym rdzeniu.
Etap 2 - wybranie odpowiedniej sekcji według tabel
W zasadach działania instalacji elektrycznych (PES) znajduje się szereg tabel do wyboru pożądanego przekroju rdzenia kabla.
Przewodność przewodnika zależy od temperatury. W przypadku przewodników metalicznych ze wzrostem temperatury zwiększa się opór.
Jeśli zostanie przekroczony pewien próg, proces staje się automatycznie wspierany: im wyższa rezystancja, tym wyższa temperatura, wyższa odporność, itp. dopóki przewód nie dmuchnie lub nie spowoduje zwarcia.
Poniższe dwie tabele (3 i 4) pokazują przekrój przewodów w zależności od prądów i metody instalacji.
Tabela 3. Po pierwsze, konieczne jest wybranie sposobu układania drutów, zależy to od skuteczności chłodzenia (+)
Kabel różni się od przewodu tym, że wszystkie przewody, wyposażone w własną izolację, są splecione w wiązkę i zamknięte we wspólnej osłonie izolacyjnej. Więcej informacji na temat różnic i typów produktów kablowych znajduje się w tym artykule.
Tabela 4. Metoda otwarta jest wskazana dla wszystkich wartości przekroju przewodów, jednak w praktyce przekroje poniżej 3 mm2 nie są otwarte z powodów wytrzymałości mechanicznej (+)
Podczas korzystania z tabel następujące dopuszczalne czynniki są stosowane do dopuszczalnego prądu ciągłego:
- 0, 68 jeśli żył 5-6;
- 0, 63, jeśli mieszka 7-9;
- 0, 6 jeśli mieszkał 10-12
Współczynniki redukcji są stosowane do wartości prądów z kolumny „otwartej”.
Przewody zerowe i uziemiające nie są wliczone w liczbę przewodów.
Zgodnie ze standardami PES, wybór przekroju przewodu zerowego zgodnie z dopuszczalnym prądem ciągłym jest dokonywany jako co najmniej 50% przewodu fazowego.
Poniższe dwie tabele (5 i 6) pokazują zależność dopuszczalnego prądu ciągłego podczas układania go w ziemi.
Tabela 5. Zależności dopuszczalnego prądu ciągłego dla kabli miedzianych podczas układania w powietrzu lub na ziemi
Obciążenie prądowe przy rozłożeniu i wpuszczeniu w ziemię różni się. Są one traktowane tak samo, jeśli układanie w ziemi odbywa się za pomocą tac.
Tabela 6. Zależności dopuszczalnego prądu ciągłego dla kabli aluminiowych podczas układania w powietrzu lub na ziemi
W przypadku urządzenia tymczasowych linii zasilających (do przenoszenia, jeśli do użytku prywatnego) obowiązuje poniższa tabela (7).
Tabela 7. Dopuszczalny prąd ciągły przy użyciu przenośnych przewodów wężowych, przenośnych przewodów wężowych i kopalnianych, kabli reflektorów, elastycznych przewodów przenośnych. Używany jest tylko przewód miedziany.
Podczas układania kabli w ziemi, oprócz właściwości rozpraszania ciepła, należy uwzględnić rezystywność, co odzwierciedla poniższa tabela (8):
Tabela 8. Współczynnik korygujący w zależności od typu i oporu właściwego gruntu do dopuszczalnego prądu ciągłego przy obliczaniu przekroju kabla (+)
Obliczanie i dobór przewodów miedzianych do 6 mm 2 lub aluminium do 10 mm 2 odbywa się jak dla prądu stałego.
W przypadku dużych sekcji możliwe jest zastosowanie współczynnika redukcji:
0, 875 * √Т пв
gdzie T pv - stosunek czasu trwania włączenia do czasu trwania cyklu.
Czas włączenia jest brany z szybkością nie większą niż 4 minuty. W takim przypadku cykl nie powinien przekraczać 10 minut.
Wybierając kabel do dystrybucji energii elektrycznej w drewnianym domu, szczególną uwagę zwraca się na jego odporność ogniową.
Etap # 3 - obliczenie przekroju przewodu według prądu na przykładzie
Zadanie : oblicz wymagany przekrój miedzianego kabla do połączenia:
- Trójfazowa maszyna do obróbki drewna 4000 W;
- Spawarka trójfazowa 6000 W;
- sprzęt gospodarstwa domowego w domu o łącznej pojemności 25 000 watów;
Połączenie zostanie wykonane za pomocą pięciordzeniowego kabla (trzy przewody fazowe, jeden zero i jeden uziemienie), ułożonego w ziemi.
Izolacja kabla jest obliczana dla określonej wartości napięcia roboczego. Należy zauważyć, że napięcie robocze określone przez producenta dla jego produktu musi być wyższe niż napięcie sieciowe.
Decyzja.
Krok # 1. Oblicz napięcie trójfazowe:
U l = 220 * √3 = 380 V
Krok 2. Urządzenia gospodarstwa domowego, maszyna i spawarka mają moc bierną, więc moc urządzeń i sprzętu będzie:
P tech = 25000 / 0, 7 = 35 700 W
Wyposażenie P = 10000 / 0, 7 = 14300 W
Krok # 3 . Prąd wymagany do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego:
I tech = 35700/220 = 162 A
Krok # 4 . Aktualny wymagany do podłączenia sprzętu:
I równ . = 14300/380 = 38 A
Krok # 5 . Wymagany prąd do podłączenia urządzeń gospodarstwa domowego jest obliczany w tempie jednej fazy. Ze względu na stan problemu występują trzy fazy. Dlatego prąd może być rozłożony w fazach. Dla uproszczenia zakładamy równomierny rozkład:
I tech = 162/3 = 54 A
Krok 6. Prąd na fazę:
I f = 38 + 54 = 92 A
Krok # 7. Sprzęt i sprzęt gospodarstwa domowego nie będą działać w tym samym czasie, z wyjątkiem tego, że położymy zapas równy 1, 5. Po zastosowaniu współczynników korekcyjnych:
I f = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Krok # 8. Chociaż kabel ma 5 rdzeni, brane są pod uwagę tylko trzy fazy. Zgodnie z tabelą 8 w trójżyłowym kablu kolumny w gruncie stwierdzamy, że prąd 115 A odpowiada przekrojowi rdzenia 16 mm 2 .
Krok # 9 . Zgodnie z tabelą 8 stosujemy współczynnik korygujący w zależności od charakterystyki terenu. Dla normalnego typu ziemi współczynnik wynosi 1.
Krok # 10 . Nieobowiązkowe, obliczamy średnicę rdzenia:
D = √ (4 * 16 / 3, 14) = 4, 5 mm
Jeśli obliczenia zostały wykonane wyłącznie dla mocy, bez uwzględnienia cech układania kabli, przekrój rdzenia wyniesie 25 mm 2 . Obliczenie siły prądu jest bardziej skomplikowane, ale czasami oszczędza znaczne pieniądze, zwłaszcza jeśli chodzi o kable zasilające.
O związku napięcia i prądu można znaleźć tutaj bardziej szczegółowo.
Obliczanie spadku napięcia
Każdy przewodnik, z wyjątkiem nadprzewodników, ma opór. Dlatego przy wystarczającej długości kabla lub drutu występuje spadek napięcia.
Standardy PES wymagają, aby przekrój przewodu kabla był taki, aby spadek napięcia nie był większy niż 5%.
Tabela 9. Specyficzna wytrzymałość zwykłych przewodników metalowych (+)
Przede wszystkim dotyczy kabli niskiego napięcia o małym przekroju.
Obliczenie spadku napięcia jest następujące:
R = 2 * (ρ * L) / S,
U pad = I * R,
U % = (U pad / U lin ) * 100,
Gdzie
- 2 - współczynnik ze względu na fakt, że prąd płynie koniecznie przez dwa przewody;
- R - rezystancja przewodu, Ohm;
- ρ jest rezystywnością przewodnika, Ohm * mm 2 / m;
- S - przekrój przewodu, mm 2 ;
- Podkładka U - spadek napięcia, V;
- U % - spadek napięcia w stosunku do U lin, %.
Używając formuł, możesz samodzielnie wykonać niezbędne obliczenia.
Weź przykład obliczeń
Zadanie : oblicz spadek napięcia dla drutu miedzianego o przekroju jednego przewodu 1, 5 mm 2 . Przewód potrzebny jest do podłączenia jednofazowego elektrycznego urządzenia spawalniczego o łącznej mocy 7 kW. Długość drutu 20 m.
Osoby pragnące podłączyć spawarkę do gospodarstwa domowego do branży zasilania elektrycznego powinny wziąć pod uwagę obecną sytuację, w której został zaprojektowany kabel. Możliwe, że całkowita moc pracujących urządzeń może być wyższa. Najlepszym rozwiązaniem jest podłączenie konsumentów do poszczególnych oddziałów.
Rozwiązanie:
Krok # 1. Oblicz opór drutu miedzianego za pomocą tabeli 9:
R = 2 * (0, 0175 * 20) / 1, 5 = 0, 47 Ohm
Krok 2. Prąd płynący przez przewodnik:
I = 7000/220 = 31, 8 A
Krok 3. Spadek napięcia na przewodzie:
U pad = 31, 8 * 0, 47 = 14, 95 V
Krok 4. Oblicz procent spadku napięcia:
U % = (14, 95 / 220) * 100 = 6, 8%
Wniosek: do podłączenia spawarki wymagany jest przewodnik o dużym przekroju.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Obliczanie przekroju przewodu według wzorów:
Zalecenia ekspertów dotyczące wyboru produktów kablowych:
Powyższe obliczenia dotyczą przewodów miedzianych i aluminiowych klasy przemysłowej. W przypadku innych typów przewodów wstępnie obliczany jest pełny transfer ciepła.
Na podstawie tych danych obliczany jest maksymalny prąd, który może przepływać przez przewodnik, nie powodując nadmiernego ogrzewania.
Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące metody obliczania sekcji kablowej lub chcesz podzielić się osobistymi doświadczeniami, zostaw komentarze na temat tego artykułu. Blok recenzji znajduje się poniżej.