Planificați să modernizați rețeaua electrică sau să extindeți suplimentar linia de alimentare la bucătărie pentru a conecta noua sobă electrică? Aceasta va fi o cunoaștere minimă utilă a secțiunii conductorului și efectul acestui parametru asupra puterii și puterii de curent.
Sunt de acord că calculul incorect al secțiunii cablurilor conduce la supraîncălzire și la scurtcircuit sau la costuri inutile.
Este foarte important să se efectueze calcule la etapa de proiectare, deoarece eșecul cablurilor ascunse și înlocuirea ulterioară sunt asociate cu costuri semnificative. Vă vom ajuta să vă ocupați de complexitatea calculelor, pentru a evita problemele legate de funcționarea în continuare a rețelelor electrice.
Pentru a nu vă împovărați cu calcule complexe, am preluat formule clare și opțiuni computaționale, furnizând informații într-o formă accesibilă, oferind explicații pentru formule. De asemenea, au fost adăugate fotografii și materiale video tematice, care permit înțelegerea vizuală a esenței problemei examinate.
Calcularea secțiunii transversale a consumatorilor de energie electrică
Scopul principal al conductorilor - livrarea energiei electrice către consumatori în cantitatea necesară. Deoarece supraconductorii nu sunt disponibili în condiții normale de funcționare, este necesar să se ia în considerare rezistența materialului conductorului.
Calculul secțiunii transversale necesare a conductorilor și a cablurilor în funcție de puterea totală a consumatorilor se bazează pe o experiență de funcționare îndelungată.
Secțiunea transversală a cablurilor este una dintre valorile de bază în selectarea acesteia pentru un dispozitiv de cablare. 
Secțiunea transversală determină ce curent de curent este capabil să conducă cablul fără supraîncălzire datorită excesului de putere 
Baza cablului este un conductor de cupru cu un singur fir sau mai multe fire, care, în secțiune transversală, poate fi rotund, triunghiular sau dreptunghiular 
Dacă există mai mult de două vene în dirijor, atunci acestea sunt cel mai adesea răsucite. Secțiunea transversală nominală a produselor multicore este suma secțiunilor transversale ale tuturor venelor existente
Începem cursul general al calculelor prin efectuarea de calcule în primul rând folosind formula:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
în cazul în care:
- P este puterea tuturor consumatorilor conectați la ramura calculată în Watts.
- P1, P2, PN - puterea primului consumator, respectiv a doua, n, respectiv, în wați.
După ce a obținut rezultatul la sfârșitul calculelor utilizând formula de mai sus, a fost rândul să se întoarcă la datele tabulare.
Acum trebuie să alegem secțiunea necesară în tabelul 1.
Tabelul 1. Secțiunea transversală a firelor este întotdeauna necesară pentru a alege cea mai apropiată latură mare (+)
Etapa nr. 1 - calculul puterii reactive și active
Capacitățile consumatorilor sunt enumerate în documentele pentru echipament. De obicei, în pașapoartele echipamentului indicată puterea activă, alături de puterea reactivă.
Dispozitivele cu un tip de sarcină activă transformă toată energia electrică primită, ținând cont de eficiență, într-o muncă utilă: mecanică, termică sau alt fel de energie.
Dispozitivele cu sarcină activă includ lămpile cu incandescență, încălzitoarele, sobele electrice.
Pentru astfel de dispozitive, calculul puterii la curent și tensiune este:
P = U * I,
în cazul în care:
- P - putere în W;
- U este tensiunea în V;
- I - curent în A.
Dispozitivele cu un tip de încărcare reactivă pot acumula energie din sursă și apoi se pot întoarce. O astfel de schimbare are loc datorită deplasării sinusoidului de curent sinusoidal și tensiunii sinusoidale.
La deplasarea fazei zero, puterea P = U * I are întotdeauna o valoare pozitivă. Un astfel de grafic al fazelor curentului și tensiunii are dispozitive cu un tip de sarcină activă (I, i este curentul, U, u este tensiunea, π este numărul pi, egal cu 3, 14)
Dispozitivele cu putere reactivă includ motoare electrice, dispozitive electronice de toate mărimile și scopuri, transformatoare.
Când există o schimbare de fază între un sinusoid de curent și un sinusoid de tensiune, puterea P = U * I poate fi negativă (I, i este curentul, U, u este tensiunea, π este numărul pi, egal cu 3.14). Un dispozitiv cu putere reactivă returnează energia stocată înapoi la sursă
Rețelele electrice sunt construite astfel încât să poată produce transmisie de energie electrică într-o direcție de la sursă la sarcină.
Prin urmare, energia returnată a consumatorului cu sarcină reactivă este parazitară și este folosită pentru conductele de încălzire și alte componente.
Puterea reactivă are o dependență de unghiul de deplasare a fazelor între sinusoidele de tensiune și curent. Unghiul de fază este exprimat în termeni de cosφ.
Pentru a găsi puterea completă, aplicați formula:
P = Pp / cosφ,
Unde P p - putere reactivă în wați.
De obicei, în datele pașaportului de pe dispozitiv se indică puterea reactivă și cosφ.
Exemplu : în pașaportul perforatorului, puterea reactivă este de 1200 W și cosφ = 0, 7. În consecință, 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 de uz casnic, cosφ poate fi luat ca 0, 7.
Etapa # 2 - căutarea simultaneității și raporturilor de marjă
K - coeficientul de dimensiune fără simultaneitate, arată câte consumatori pot fi simultan conectați la rețea. Se întâmplă rar că toate dispozitivele consumă simultan energie electrică.
Operarea simultană a unui televizor și a unui centru de muzică este puțin probabilă. Din practica stabilită, K poate fi considerată egală cu 0, 8. Dacă intenționați să utilizați toți consumatorii în același timp, K ar trebui să fie egal cu 1.
J - factor de siguranță fără dimensiuni. Caracterizează crearea unei rezerve de putere pentru viitorii consumatori.
Progresul nu se oprește, în fiecare an au inventat toate noile aparate electrice uimitoare și utile. Se preconizează că până în 2050 creșterea consumului de energie electrică va fi de 84%. De obicei, J se presupune că este de la 1, 5 la 2, 0.
Etapa # 3 - efectuați calculul prin metoda geometrică
În toate calculele electrice, se ia secțiunea transversală a conductorului - secțiunea de bază. Măsurat în mm 2 .
Este adesea necesar să aflați cum să calculați corect secțiunea transversală a firului pe diametrul conductorului.
În acest caz, există o formulă geometrică simplă pentru un fir monolit cu secțiune circulară:
S = π * R2 = π * D 2/4, sau invers
D = √ (4 * S / π)
Pentru conductoare rectangulare:
S = h * m,
în cazul în care:
- S este suprafața miezului în mm 2 ;
- R este raza de bază în mm;
- D este diametrul miezului în mm;
- h, m - lățimea și respectiv înălțimea, în mm;
- π este pi, egal cu 3, 14.
Dacă achiziționați un cablu multicore, în care un conductor constă dintr-un set de fire rotunde răsucite, atunci calculul se efectuează conform formulei:
S = N * D2 / 1, 27,
Unde N este numărul de fire într-o venă.
Firele care au răsucite din mai multe fire ale unei vene, în general, au cea mai bună conductivitate decât monolitica. Acest lucru se datorează particularităților fluxului de curent printr-un conductor circular.
Curentul electric este mișcarea unor încărcături asemănătoare de-a lungul unui conductor. Deoarece încărcăturile se resping reciproc, densitatea distribuției de sarcină este deplasată la suprafața conductorului.
Un alt avantaj al sârmelor de împletit este flexibilitatea și rezistența lor mecanică. Firele monolitice sunt mai ieftine și sunt utilizate în principal pentru montarea fixă.
Etapa 4 - calculați în practică secțiunea de putere
Sarcina : puterea totală a consumatorilor din bucătărie este de 5000 W (ceea ce înseamnă că puterea tuturor consumatorilor reactivi este recalculată). Toți consumatorii sunt conectați la o rețea monofazată de 220 V și sunt alimentați de la o ramură.
Tabelul 2. Dacă intenționați să conectați în viitor consumatori suplimentari, tabelul arată puterea necesară aparatelor de uz casnic obișnuite (+)
Soluție :
Coeficientul de simultaneitate K este egal cu 0, 8. Bucătăria este un loc de inovare constantă, nu știți niciodată, factorul de siguranță este J = 2.0. Puterea totală estimată va fi:
P = 5000 * 0, 8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Folosind valoarea puterii estimate, căutăm cea mai apropiată valoare din tabelul 1.
Cea mai apropiată valoare adecvată a secțiunii transversale a conductorului pentru o rețea monofazată este un conductor de cupru cu o secțiune transversală de 4 mm2. Aceeași mărime a firului cu miez de aluminiu 6 mm 2 .
Pentru cablarea cu un singur conductor, diametrul minim este de 2, 3 mm și, respectiv, de 2, 8 mm. În cazul unei versiuni multicore, secțiunea transversală a conductorilor individuali este însumată.
Bucătăriile au, de obicei, cei mai puternici consumatori de energie și mai puțin "voracious" aparate de uz casnic. 
Băile și băile combinate pot avea, de asemenea, o cantitate impresionantă de echipamente electrice. 
În funcție de puterea unității tehnice, este alimentată de la o linie electrică comună sau separată. Sunt făcute calcule pentru un grup de prize, iar consumatorii de linii individuale sunt selectați în funcție de putere 
La blocul soclu, alimentat de o singură linie de alimentare, puteți conecta numai dispozitive cu consum redus de energie: mixere, uscătoare de păr, mașini de spălat cafea etc. 
Conectarea la o linie electrică separată necesită microunde, plită și cuptoare electrice. 
Funcționarea normală a unei mașini de spălat standard trebuie să fie asigurată de o linie de alimentare separată. 
Instalarea obligatorie a unei ramificații separate de energie necesită frigidere și sobe electrice 
În spațiile de igienă sunt prevăzute linii separate pentru jacuzzi, huse pentru bideuri electronice, cabine de duș.
Calcularea secțiunii actuale
Calculele secțiunii transversale cerute pentru curentul și puterea cablurilor și cablurilor vor oferi rezultate mai precise. Astfel de calcule permit estimarea efectului global al diferiților factori asupra conductorilor, incluzând sarcina termică, tipul firelor, tipul instalației, condițiile de funcționare etc.
Întregul calcul se efectuează în următoarele etape:
- puterea de alegere a tuturor consumatorilor;
- calcularea curenților care trec prin conductor;
- selectarea unei secțiuni adecvate conform tabelelor.
Pentru această versiune a calculului, puterea consumatorilor curenți cu tensiune este luată fără a lua în considerare factorii de corecție. Acestea vor fi luate în considerare la însumarea curentului.
Etapa # 1 - calcularea puterii curente folosind formule
Pentru cei care au uitat cursul de fizică al școlii, oferim formulele de bază sub formă de schemă grafică ca un patut vizual:
"Roata clasică" demonstrează în mod clar relația formulelor și interdependența caracteristicilor curentului electric (I - puterea curentului, P - puterea, U - tensiunea, R - raza miezului)
Se notează dependența puterii I actuale de puterea P și tensiunea de linie U:
I = p / ul,
în cazul în care:
- I - puterea curentului, luată în amperi;
- P - putere în wați;
- U l - tensiune liniară în volți.
Tensiunea liniei în cazul general depinde de sursa de alimentare, poate fi una și trei faze.
Relația de tensiune liniară și de fază:
- U l = U * cosφ în cazul unei tensiuni unifazice.
- U l = U * √3 * cosφ în cazul tensiunii trifazate.
Pentru consumatorii casnici, luați cosφ = 1, astfel încât tensiunea liniară să poată fi rescrisă:
- U l = 220 V pentru tensiunea monofazică.
- L l = 380 V pentru tensiunea trifazată.
Mai jos rezumăm toți curenții consumați conform formulei:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
în cazul în care:
- I - curent total în amperi;
- I1..IN - puterea curentă a fiecărui consumator în amperi;
- K este coeficientul de simultaneitate;
- J este factorul de siguranță.
Coeficienții K și J au aceleași valori care au fost utilizate la calcularea puterii totale.
Este posibil să existe un caz în care un curent de energie inegală trece printr-o rețea trifazată prin diferiți conductori de fază.
Acest lucru se întâmplă atunci când consumatorii monofazați și trifazici sunt conectați simultan la cablul trifazat. De exemplu, mașinile cu alimentare trifazată și iluminatul monofazat.
Se pune o întrebare naturală: cum se calculează în astfel de cazuri secțiunea transversală? Răspunsul este simplu - calculele se fac pe cel mai încărcat nucleu.
Etapa # 2 - alegerea secțiunii corespunzătoare de tabele
În regulile de funcționare ale instalațiilor electrice (PES) există un număr de tabele pentru selectarea secțiunii dorite a miezului cablurilor.
Conductivitatea conductorului depinde de temperatură. Pentru conductorii metalici cu creșterea temperaturii crește rezistența.
Dacă se depășește un anumit prag, procesul devine automat suportat: cu cât este mai mare rezistența, cu atât este mai mare temperatura, cu atât rezistența este mai mare etc. până când conductorul suflă sau cauzează un scurtcircuit.
Următoarele două tabele (3 și 4) prezintă secțiunea transversală a conductorilor în funcție de curenți și de metoda de instalare.
Tabelul 3. În primul rând, este necesar să alegeți modul de așezare a firelor, depinde de cât de eficient are loc răcirea (+)
Cablul este diferit de cablul de alimentare, prin faptul că cablurile toate conductorii, dotate cu izolație proprie, sunt blocate într-un fascicul și sunt închise într-o teacă izolatoare obișnuită. Mai multe detalii despre diferențele și tipurile de produse prin cablu sunt scrise în acest articol.
Tabelul 4. Metoda deschisă este indicată pentru toate valorile secțiunii transversale a conductorilor, totuși, în practică, secțiunile sub 3 mm2 nu sunt prevăzute în mod deschis din motive de rezistență mecanică (+)
Atunci când se utilizează tabele, se aplică următorii factori la curentul continuu admis:
- 0, 68 dacă au trăit 5-6;
- 0, 63 dacă a trăit 7-9;
- 0, 6 dacă a trăit 10-12 ani
Factorii de reducere se aplică valorilor curenților din coloana "deschisă".
Conductoarele zero și conductorii de împământare nu sunt incluse în numărul conductorilor.
Conform standardelor PES, alegerea secțiunii transversale a conductorului zero conform curentului continuu admis este realizată ca cel puțin 50% din conductorul de fază.
Următoarele două tabele (5 și 6) prezintă dependența curentului continuu admis la montarea acestuia în sol.
Tabelul 5. Dependențele curentului admisibil continuu pentru cablurile de cupru când sunt așezate în aer sau în sol
Sarcina curenta atunci cand se deschide si cand este introdusa in pamant difera. Ele sunt egale dacă așezarea în sol este efectuată cu ajutorul tăvilor.
Tabelul 6. Dependențe ale curentului continuu admis pentru cablurile din aluminiu atunci când se montează în aer sau în sol
Pentru dispozitivul liniilor de alimentare cu energie temporară (transport, dacă este destinat uzului personal), se aplică următorul tabel (7).
Tabelul 7. Curent continuu admis la utilizarea cordoanelor furtunului portabil, a furtunului portabil și a cablurilor miniere, a cablurilor de iluminare a proiectorului, a cablurilor flexibile portabile. Numai conductorul de cupru este utilizat.
La montarea cablurilor în sol, în plus față de proprietățile de disipare a căldurii, trebuie să se țină cont de rezistivitate, așa cum se reflectă în tabelul următor (8):
Tabelul 8. Coeficientul de corecție în funcție de tipul și rezistența specifică a solului la curentul continuu admis, la calcularea secțiunii transversale a cablului (+)
Calcularea și selectarea conductorilor de cupru de până la 6 mm 2 sau a aluminiului de până la 10 mm 2 se efectuează ca și pentru un curent continuu.
În cazul secțiunilor mari, este posibil să se aplice un factor de reducere:
0, 875 * √Т пв
unde T pv - raportul dintre durata includerii și durata ciclului.
Durata includerii este luată la o rată de maxim 4 minute. În acest caz, ciclul nu trebuie să depășească 10 minute.
Atunci când alegeți un cablu pentru distribuirea energiei electrice într-o casă din lemn, o atenție deosebită este acordată rezistenței sale la foc.
Etapa # 3 - calculul secțiunii conductorului cu curentul pe un exemplu
Sarcină : calculați secțiunea transversală necesară a cablului de cupru pentru conectare:
- Mașină de prelucrare a lemnului în 4 faze;
- Masina de sudat cu trei faze de 6000 W;
- aparate de uz casnic în casă cu o capacitate totală de 25.000 wați;
Conexiunea se va face printr-un cablu cu cinci fire (conductori trifazici, un zero și un pământ), așezați în sol.
Izolarea cablurilor este calculată pentru o valoare specifică a tensiunii de funcționare. Trebuie remarcat faptul că tensiunea de lucru specificată de fabricant pentru produsul său trebuie să fie mai mare decât tensiunea de rețea.
Decizia.
Pasul 1. Calculați tensiunea de rețea trifazată:
U l = 220 * √3 = 380 V
Pasul 2. Aparate de uz casnic, masina si masina de sudura au putere reactivă, astfel încât puterea echipamentelor și a echipamentelor va fi:
P tech = 25000 / 0, 7 = 35, 700 W
Echipamentul P = 10000 / 0, 7 = 14300 W
Pasul 3 . Curentul necesar pentru a conecta aparatele de uz casnic:
I tech = 35700/220 = 162 A
Pasul # 4 . Curentul necesar pentru conectarea echipamentului:
I ech = 14300/380 = 38 A
Pasul # 5 . Curentul necesar pentru conectarea aparatelor de uz casnic este calculat la o rată de fază. Prin condiția problemei există trei faze. Prin urmare, curentul poate fi distribuit în faze. Pentru simplitate, presupune o distribuție uniformă:
I tech = 162/3 = 54 A
Pasul # 6: Curentul pe fază:
I f = 38 + 54 = 92 A
Pasul # 7. Echipamentele și aparatele de uz casnic nu vor funcționa în același timp, cu excepția faptului că vom pune un stoc egal cu 1, 5. După aplicarea factorilor de corecție:
I f = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Pasul # 8. Deși cablul are 5 nuclee, sunt luate în considerare doar trei nuclee de fază. Conform tabelului 8 din cablul cu trei fire din coloană din sol, constatăm că curentul de 115 A corespunde secțiunii transversale a miezului 16 mm 2 .
Pasul # 9 . Conform tabelului 8, aplicăm factorul de corecție în funcție de caracteristicile terenului. Pentru un tip normal de teren, coeficientul este 1.
Pasul # 10 . Nu este obligatorie, calculăm diametrul miezului:
D = √ (4 * 16 / 3, 14) = 4, 5 mm
În cazul în care calculul a fost efectuat numai pentru putere, fără a ține seama de caracteristicile de stabilire a cablurilor, secțiunea transversală a miezului va fi de 25 mm2. Calculul puterii curentului este mult mai complicat, dar uneori economiseste bani considerabili, mai ales atunci cand vine vorba de cabluri de putere blocate.
Despre relația de tensiune și curent poate fi mai detaliat aici.
Calcularea picăturilor de tensiune
Orice conductor, cu excepția supraconductorilor, are rezistență. Prin urmare, cu o lungime suficientă a cablului sau a firului, apare o scădere a tensiunii.
Standardele PES cer ca secțiunea transversală a conductorului să fie astfel încât scăderea de tensiune să nu fie mai mare de 5%.
Tabelul 9. Rezistența specifică a conductorilor metalici obișnuiți (+)
În primul rând, se referă la cabluri de joasă tensiune din secțiuni mici.
Calculul căderii de tensiune este după cum urmează:
R = 2 * (p * L) / S,
U pad = I * R,
U % = (U pad / U lin ) * 100,
în cazul în care:
- 2 - coeficient datorită faptului că curentul curge în mod necesar prin doi conductori;
- Rezistența conductorului R, Ohm;
- ρ este rezistivitatea conductorului, Ohm * mm 2 / m;
- Secțiunea S - conductor, mm 2 ;
- U pad - scădere de tensiune, V;
- U % - scădere de tensiune în raport cu U lin, %.
Cu ajutorul formulelor, puteți efectua independent calculele necesare.
Executați un exemplu de calcul
Задача : рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1, 5 мм 2 . Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.
Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант - подключение потребителей к отдельным веткам
Решение:
Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:
R = 2*(0, 0175 * 20) / 1, 5 = 0, 47 Ом
Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:
I = 7000 / 220 = 31.8 А
Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:
U пад = 31, 8 * 0, 47 = 14, 95 В
Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:
U % = (14, 95 / 220) * 100 = 6, 8%
Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.
Concluzii și video util pe această temă
Расчет сечения проводника по формулам:
Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:
Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.
На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.
Если остались какие-либо вопросы по методике расчета сечения кабеля или есть желание поделиться личным опытом, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для отзывов расположен ниже.