Jak pochopit, jaký průřez drátu je potřeba?

Při instalaci elektrických rozvodů je nutné zajistit, aby skutečný průřez vodiče odpovídal průřezu uvedenému v projektu, protože tento parametr určuje odolnost proti elektrickému proudu a v případě nesrovnalosti dojde k přehřátí a nebezpečí požáru objeví se. V praxi dochází k situacím, kdy zakoupený drát není vůbec označen, nebo má elektrikář pochybnosti o shodě deklarovaných charakteristik se skutečnými. V tomto případě musíte vědět, jak určit průřez drátu na pracovišti.

Proč dochází k nesouladu?

Navzdory skutečnosti, že v podmínkách moderní konkurence se výrobci snaží, aby své zákazníky neztratili, někteří z nich se triku chopí. K tomu šetří kov zmenšením průměru. Stačí odstranit jen pár čtverečních milimetrů a na stovky kilometrů kabelu se vám to vyplatí s výrazným snížením nákladů.

A pak bude cena snížena kupujícímu a oni sami budou spokojeni. Zde se však spotřebitel nakonec vystavuje riziku, protože odpor vodiče je mnohem nižší, než je uvedeno. A v místě, kde je takový drát položen, existuje možnost požáru.

Způsoby, jak krok za krokem určit průřez drátu

Existuje několik způsobů, jak měřit průřez podle průměru jádra. Pokud je vodič jednožilový, provedou se na něm okamžitě měření, ale z cívky kabelu musí být rozpleten jeden vodič. Poté se očistí od izolace, takže zůstane pouze kov.

Rýže. 1. Odstranění izolace z drátu

Pro výpočet plochy kruhu přes hodnotu poloměru se výpočet použije podle vzorce: S u2d π × R XNUMX, kde:

• π je konstanta rovna 3,14;
• R je poloměr kružnice.

Ale vzhledem k tomu, že z praktického hlediska je mnohem jednodušší vypočítat průměr rovný dvěma poloměrům, výpočetní vzorec bude mít následující tvar: S = π × (D / 2) 2.

Rýže. 2. Průměr drátu

V závislosti na metodách měření průměru existuje několik metod pro výpočet průřezu žil drátu a kabelu. Zvažme je.

Podle průměru posuvným měřítkem nebo mikrometrem

Nejrelevantnější možností pro měření průměru jsou nástroje, jako jsou posuvná měřítka a mikrometry. Tato zařízení umožňují co nejpřesněji měřit průměr. K tomu budete potřebovat drát a mikrometr.

Rýže. 3: Drát a mikrometr

Zvažte příklad určení průřezu pro plný drát (obrázek 4).

Rýže. 4. Mikrometrické měření

K tomu se zámek B přesune do otevřené polohy. Knoflík mikrometru se odšroubuje na takovou vzdálenost, aby se drát snadno vešel do prostoru mezi sondami A. Poté pomocí knoflíku D otáčejte zařízením, dokud se neaktivuje ráčna. Poté se hodnoty zaznamenávají na všech třech stupnicích v bodě B.

V tomto příkladu je průměr 1,4 mm, proto pro výpočet průřezu potřebujete S u3,14d 1,4 × 1,4 × 4 / 1,53 u2d XNUMX mm XNUMX. Stejný postup pro určení průřezu lze provést pomocí posuvného měřítka.

Výhodou této metody je možnost měřit jakýkoli kruhový vodič, i když je již instalován a provozován pro napájení elektrického zařízení. Hlavní nevýhodou metody je vysoká cena zařízení, je přirozené, že je zcela nepraktické je pořizovat na pár měření.

Podle průměru tužkou nebo perem

Tento způsob stanovení průřezu je založen na tom, že drát má po celé délce stejný průměr. Vezměte si běžnou tužku, pero nebo fix, na který spirálovitě namotáte drát. Aby se eliminovala tloušťka izolace, musí být řezána po celé délce. Kroužky by měly být co nejtěsnější, čím více prostoru mezi kroužky, tím nižší přesnost.

Rýže. 5: Určení řezu tužkou

Protože všechny dráty mají stejnou tloušťku, pro určení průměru měděných drátů změřte délku celého vinutí a vydělte počtem závitů. V tomto příkladu D u15d 15 mm / 1 otáček u3,14d 1 mm, v tomto pořadí, pomocí stejného výpočetního vzorce získáme řez S u1d 4 × 0,78 × 2 / XNUMX uXNUMXd XNUMX mm XNUMX. Všimněte si, že čím více zatáček uděláte, tím přesněji určíte průřez.

Stojí za zmínku, že výhodou této metody je, že k určení průřezu lze použít pouze improvizované prostředky. Nevýhodou je malá přesnost a možnost navíjení pouze tenkých vodičů. V příkladu byl použit relativně tenký drát, ale vzdálenost mezi závity je již viditelná. Vzhledem k tomu, přesnost ponechává mnoho požadavků, samozřejmě, že hliníkový drát nelze tímto způsobem ohýbat.

Podle průměru pomocí pravítka

Udělejme si hned výhradu, že pro měření pravítkem lze vzít pouze poměrně silný drát, čím menší tloušťka, tím nižší přesnost. V tomto případě lze průměr žíly určit nití nebo papírem, druhá možnost je nejvýhodnější, protože poskytuje větší přesnost.

Rýže. 6: Příprava papíru pro měření

Odtrhněte malý proužek a přehněte jej na jedné straně. Upřednostňuje se tenčí papír, takže není potřeba list několikrát skládat.

Obrázek 7: Papír omotávající drát

Poté se papír přiloží na drát a obalí se po obvodu, dokud se pásek nedotkne. V místě dotyku se složí podruhé a přiloží k měření na pravítko.

Obrázek 8: měření pomocí pravítka

Prostřednictvím výsledného obvodu L se zjistí průměr žíly D = L / 2 π a výpočet řezu se provede, jak je uvedeno výše. Tento způsob stanovení průřezu je vhodný pro velké hliníkové vodiče. Ale přesnost této metody je nejnižší.

Podle průměru pomocí hotových tabulek

Tato metoda je vhodná pro dráty standardního průřezu. Například jste již určili průměr pomocí jedné z výše uvedených metod. Poté pomocí tabulky určíte sekci.

Tabulka 1: Určení průřezu průměrem drátu

Pokud je například váš průměr 1,8 mm, znamená to, že průřez podle tabulky bude 2,5 mm2.

Výkonem nebo proudem

Pokud je známa vodivost jádra, lze ji použít ke stanovení průřezu. K tomu potřebujete jeden z parametrů vodivého jádra – proud nebo výkon. Můžete udělat totéž, pokud můžete vypočítat zatížení. Poté z níže uvedených tabulek musíte vybrat příslušnou možnost. Ale zároveň je třeba vzít v úvahu drát vyrobený z hliníkových nebo měděných vodičů.

Tabulka 2: pro výběr průřezu měděného drátu v závislosti na síle odebíraného proudu

Maximální jmenovitý proud, A	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	10,0	16,0	20,0	25,0	32,0	40,0	50,0	63,0
Standardní průřez měděného drátu, mm 2	0,35	0,35	0,50	0,75	1,0	1,2	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0
Průměr drátu, mm	0,67	0,67	0,80	0,98	1,1	1,2	1,6	1,8	2,0	2,3	2,5	2,7	3,2	3,6

Tabulka 3: pro výběr průřezu měděného drátu v závislosti na spotřebě energie

Výkon spotřebiče, watt (W)	100	300	500	700	900	1000	1200	1500	1800	2000	2500	3000	3500	4000
Standardní průřez měděného drátu, mm 2	0,35	0,35	0,35	0,5	0,75	0,75	1,0	1,2	1,5	1,5	2,0	2,5	2,5	3,0

Tabulka 4: pro stanovení průřezu hliníkových vodičů

Průměr drátu, mm	1,6	1,8	2,0	2,3	2,5	2,7	3,2	3,6	4,5	5,6	6,2
Průřez drátu, mm 2	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0	16,0	25,0	35,0
Maximální proud při trvalém zatížení, A	14	16	18	21	24	26	32	38	55	65	75
Maximální zátěžový výkon, kilowatt (kW)	3,0	3,5	4,0	4,6	5,3	5,7	6,8	8,4	12,1	14,3	16,5

Pokud například při instalaci elektrického vedení vyrobeného z hliníku víte, že maximální proud, který může drát procházet při trvalém zatížení, je 21 A, pak pro výběr průřezu se musíte podívat na řádek výše – 4 mm 2.

Výpočet průřezu lanka

Pokud je použit lankový drát, ve kterém jsou všechny vodiče stejné, celkový průřez se určí sečtením plochy všech. Například změřte velikost jednoho jádra kteroukoli z výše uvedených metod. Poté je skutečný průřez určen vzorcem S_o = n×S_iKde

• S_o je celkový průřez celého vodiče;
• n je počet vodičů stejného průměru;
• S_i – úsek jednoho drátu.

Výpočet průřezu kabelu pomocí online kalkulaček

Rada od elektrikáře

Pokud zvolíte vodič nebo kabel VVGNG pro napájení elektrické sítě, věnujte pozornost následujícím bodům:

• Podívejte se na barvu měděného a hliníkového drátu, protože výrobce mohl ušetřit peníze a použít slitinu, která výrazně zvyšuje elektrický odpor a neumožňuje použití přípustných průřezových zatížení.
• Bez ohledu na to, jak tenká je izolace ohebného kabelu, stále musíte pro výpočet úseku změřit pouze jádro. Protože další milimetry umožní použití drátu s menším průřezem k napájení nadměrné zátěže, a to je plné poškození.
• Pokud jste v určité fázi pochybovali o dostatečnosti průřezu nebo jste si uvědomili, že nebude možné použít zařízení s nižším výkonem, je lepší namontovat kabeláž silnějším drátem.

Jak určit odpovídající parametry?

Zpravidla vám maximální péče z vaší strany umožňuje vyhnout se takovým incidentům během nákupu:

Nevím jak vy, ale já mám jeden problém: pokaždé, když dojde na nákup drátů/kabelů pro více či méně vážnou zátěž, vytřeští se mi oči a začnu si horečně vzpomínat, jaký konkrétní kabel potřebuji pro svou zátěž a jak má být vybráno?

V určitém okamžiku mě to unavilo a rozhodl jsem se podívat na problém, jehož výsledky jsou uvedeny níže a možná vám budou užitečné.

Malý spoiler od autora: co bude následovat, budou některé výsledky mého výzkumu na toto téma. Úsudky v níže uvedeném textu mohou být na některých místech správné, jinde chybné a jinde nedostatečně podrobné. V každém případě doufám, že to bude zajímavé!

▍ Úvodní část

Nejprve si ujasněme základní pojmy, aby to pro nás bylo dále jednodušší. Pro dodávku elektřiny spotřebitelům se používají následující prvky infrastruktury:

• nadzemní vedení — speciální systém pro přenos elektrického proudu na dráty umístěné ve vzduchu a namontované na speciálních nosných konstrukcích ve formě železobetonových nebo dřevěných sloupů;
• kabelové vedení – elektrické vedení, které je uloženo ve speciálně vybavených konstrukcích (kanály, šachty) jednoduše vzduchem a je umístěno na stěnách nebo stropech budov. Kromě toho lze šňůry pokládat ve vodním prostředí;
• elektrické vedení – silnoproudé rozvodné sítě s napětím do 1000 V (dále o takových sítích budeme hovořit dále), která je provedena ve formě izolovaných vodičů nebo kabelů o průřezu do 16, které lze rovněž pokládat uvnitř i vně budov.

Na rozvodnou elektroinstalaci se připojují přijímače elektrické energie, které musí mít jmenovité napětí rovné jmenovitému napětí napájecí sítě.

Napájecí sítě mohou být provedeny ve čtyřvodičovém provedení, se jmenovitým napětím 380/220 V, kde je nulový vodič uzemněn. Síť tohoto typu se skládá ze čtyř vodičů, z nichž tři jsou fázové a jeden je nulový, který je pevně uzemněn (díky tomuto uzemnění je napětí na neutrálním vodiči blízké nule):

V tomto případě je napětí mezi fázovými vedeními 380 V a mezi libovolnými fázovými a nulovými vodiči – 220 V.

K fázovým svorkám jsou tedy připojeny třífázové spotřebiče (například třífázové elektromotory) a mezi fázový a nulový vodič jsou připojeny jednofázové spotřebiče (například žárovky, jakékoli domácí spotřebiče).

Ukazuje se, že do stejné sítě lze současně připojit jak třífázové, tak i jednofázové spotřebiče.

Stručně řečeno, proč vůbec potřebujete vytvořit třífázovou síť: umožňuje vám získat stabilní točivé magnetické pole v třífázových elektromotorech, navíc vám taková síť umožňuje přijímat dvě napětí bez použití převodních transformátorů ( 380/220), což je výhodné pro různé spotřebitele.

Prvním tvůrcem třífázové sítě byl ruský vědec Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolskij. Byl to on, kdo přišel s nápadem umístit vinutí generátoru pod úhlem 120 °, což dalo výstupu tři fáze. Kromě toho vyvinul také asynchronní motor s rotorem nakrátko, jehož konstrukce zůstala bez výraznějších změn dodnes nezměněna.

Obecně je rozdíl mezi třífázovými a jednofázovými elektromotory v tom, že:

• jednofázové mají jednodušší konstrukci, větší spolehlivost (u třífázových nevzniká takový problém jako ztráta fáze, což vyžaduje vybudování určitých systémů řízení motoru; zatímco u jednofázových, pokud dojde k přerušení fáze, motor prostě přestane fungovat);
• jednofázové vyžadují vysoké startovací proudy;
• jednofázové mají nižší účiník, což znamená nižší účinnost.

▍ Výpočet úseku sítě

Při výběru charakteristik napájecích vodičů a kabelů se musíte nejprve řídit následujícími úvahami:

• odolnost vůči teplu;
• mechanická síla;
• ztráta napětí v této části sítě;
• ekonomická proudová hustota.

Při výběru úseků konkrétních úseků sítě na základě úvah o odolnosti proti ohřevu a ekonomické proudové hustotě stačí znát pouze proudové zatížení těchto úseků, přičemž lze provést výpočty z hlediska napěťových ztrát, pokud, kromě toho jsou známy i délky těchto úseků.

Pokud se výpočet provádí pro třífázové sítě, předpokládá se, že zatížení úseku každé fáze je navzájem stejné (ale ve skutečnosti je tato podmínka splněna pouze v případě, že je síť použita k napájení třífázových el. motory).

Pokud jde o napájení jednofázových spotřebičů, ve skutečnosti je na každé fázi sítě konstantní nerovnoměrné zatížení, i když v praktických výpočtech je rozložení zátěže mezi fázemi stále považováno za rovnoměrné.

Pokud považujeme zatížení každé fáze za rovnoměrné, pak pro výpočty není nutné ukazovat absolutně všechny vodiče, stačí nakreslit obecný diagram sítě s uvedením připojených spotřebitelů a délky každé části sítě. .

Pokud existuje výkres, podle kterého by měla být síť položena, můžete změřit všechny délky jejích úseků přímo z výkresu s ohledem na jeho měřítko (tj. rozměry). Pokud takový výkres neexistuje, musí být každý úsek změřen ve skutečnosti.

Určení zatížení částí sítě je poměrně obtížný úkol, protože jednotlivé přijímače energie spotřebovávají stejný výkon (například žárovka), zatímco elektromotor zatěžuje síť různě v závislosti na režimu a okamžiku provozu: zda se spustí v daném čase kroutící moment nebo již pracuje stabilně, je v klidovém režimu, nebo je k němu připojen nějaký mechanismus, který zpomaluje rotaci elektromotoru a tuto zátěž musí překonat. Engine tedy může v některých svých režimech slabě zatěžovat síť a být podtížen, na rozdíl od toho v jiných může síť zatěžovat více.

Kromě toho může být úkol ještě složitější, pokud existuje více než jeden takový spotřebitel.

Abychom pochopili, jakou zátěž takový spotřebitel vloží do části sítě, je nutné určit maximální možné průměrné zatížení za půlhodinovou dobu provozu.

Chcete-li určit odhadované zatížení sítě, můžete použít následující vzorec:

• — koeficient poptávky;
• — jmenovitý výkon skupiny elektrických přijímačů.

Pro studium úseku sítě podle topné nebo ekonomické proudové hustoty je nutné určit aktuální velikost každého spotřebitele (dále ve vzorcích se používá vypočtený výkon spotřebitele, jehož vzorec pro výpočet je uveden výše).

U třífázového spotřebiče se to děje podle následujícího vzorce:

• — vypočítaný výkon spotřebiče;
• — jmenovité napětí na konektoru spotřebitele;
• — účiník spotřebitele.

• — jmenovité napětí přijímače (přijímačů) rovné fázovému napětí propojovací sítě.

Podle prvního Kirchhoffova zákona se v kterémkoli bodě sítě musí součet příchozích proudů rovnat součtu odchozích proudů. Když jsou tedy známé proudy každého spotřebiče, je nutné je jednoduše sečíst (pro hlavní vedení), abychom pochopili, jaký proud poteče hlavním vedením a jaké proudy potečou ke konkrétnímu spotřebiči.

Například v bytě jsou 3 spotřebitelé: 30A, 15A, 5A. Každému konkrétnímu spotřebiteli tedy poteče stanovený jmenovitý proud, přičemž příkon do bytu musí vydržet (minimálně, ale ještě je potřeba rezerva): 30 + 15 + 5 = 50A.

Nyní, když víme, jaké proudy budou spotřebitelé vyžadovat, můžeme zjistit požadované průřezy vodičů, které budou vyžadovány pro napájení těchto spotřebitelů, s ohledem na řadu podmínek popsaných níže.

▍ Výběr na základě tepelné odolnosti

Proudění elektrického proudu vodiči je doprovázeno řadou jevů, jedním z nich je zahřívání vodiče současně s jeho ochlazováním v důsledku vyzařování tohoto tepla do okolí. Po nějaké době se zahřívání a ochlazování vodiče vyrovná a teplota se ustálí na určité hodnotě.

Maximální přípustná hodnota teploty pro vodič je různá pro různé typy vodičů a je stanovena na základě úvah o bezpečnosti jeho provozu, protože dlouhodobé zahřívání může vést jak ke zničení izolace, tak k možným požárům a výbuchům v okolí.

Existují referenční tabulky, které regulují maximální proudové zatížení pro různé vodiče. Níže je uveden příklad takových tabulek (mohou být trochu staré, takže možná budete chtít hledat něco novějšího). Z výše uvedených tabulek vyplývá (přípustné proudové zatížení je zvoleno tímto způsobem), že holé vodiče by se neměly zahřát na více než 70°, zatímco vodiče v plastové izolaci by se neměly zahřívat na více než 65°:

Obrázek: F. F. Karpov – „Jak zvolit průřez vodičů a kabelů“

Informace v těchto tabulkách jsou uvedeny s přihlédnutím k tomu, že provoz probíhá za normálních podmínek, kterými jsou teplota vzduchu 25° se vzdáleností mezi sousedními kabely minimálně 35 mm (při volném uložení) a 50 mm (při uložení v kanálech). .

Pokud nejsou provozní podmínky typické, vypočítá se přípustné zatížení (Id) takto:

• – hodnota dovoleného zatížení za normálních podmínek (převzato z výše uvedených tabulek);
• – korekční faktor, jehož hodnotu lze převzít z níže uvedených tabulek v závislosti na tom, zda je kabel položen ve vzduchu nebo ve výkopu.

Obrázek: F. F. Karpov – „Jak zvolit průřez vodičů a kabelů“

Výše uvedené tabulky ukazovaly maximální proudové zatížení za normálních podmínek, ale musíte pochopit, že takové zatížení je tam uvedeno pro dlouhodobý provozní režim, zatímco mnoho zařízení pracuje v krátkodobém periodickém režimu, podle toho části sítě. jejich napájení vydrží vysoké proudy (krátkodobě), než je uvedeno v tabulkách. Pro tento případ existuje opravný faktor, který lze použít ve výše uvedeném vzorci:

• – relativní délka pracovní doby, která se vypočítá podle níže uvedeného vzorce.

• — trvání pracovní doby (tj. jak dlouho byl spotřebitel krátce zapnut);
• — celkové trvání cyklu (jak dlouho bude spotřebitel pracovat).

▍ Výběr na základě ekonomické hustoty proudu

V předchozích fázích jsme tedy zjišťovali, jaký proud spotřebuje naše zátěž a jak vybrat vodiče podle maximálního povoleného zatížení.

A stále zůstává otázka – je skutečně nutné takové vodiče vybírat? Nebo možná ne takhle, ale některé jiné?

A právě na tyto otázky nám tato sekce umožní odpovědět. Faktem je, že i relativně stabilně pracující spotřebitelé stále pracují s proměnlivou zátěží, například stejné pouliční osvětlení neustále funguje v noci a večer a nepracuje ráno a ve dne. Nebo si vezměte napájecí vedení trolejbusů/tramvajů – ty zažijí nápory spotřeby brzy ráno a večer, když lidé jedou do/z práce, přičemž v intervalech budou vodiči napájející tyto spotřebiče podvytíženi. Má pro ně smysl provozovat vedení „maximálního výkonu“? Nebo se dá někde ušetřit?

K tomu můžete použít následující vzorec, který vám umožní určit průřez vodiče s přihlédnutím k ekonomické hustotě proudu:

• — vypočítaný proud vedení;
• – ekonomická proudová hustota, jejíž hodnoty lze převzít z níže uvedené tabulky pro vodiče, sběrnice a kabely.

Obrázek: F. F. Karpov – „Jak zvolit průřez vodičů a kabelů“

Závěrem lze říci, že složité výpočty jsou poměrně složité a je také možné provádět výpočty na základě ztrát napětí na vedení (pokud známe délku vedení nebo ji můžeme změřit), protože poskytuje spotřebitelům stabilní výkon dodávka je důležitou otázkou a její odchylky od požadovaných hodnot na ně mohou mít negativní dopad. V rámci tohoto článku se mi však zdá, že prezentace takové techniky je poněkud nadbytečná, protože málokdo z těch, kdo čtou tento článek, se bude zabývat natahováním čar dlouhých stovky metrů. Typickými domácími úkoly bude výběr malých kousků kabelů pro napájení 3D tiskárny, CNC stroje, osvětlení altánu a podobně.

Proto se domnívám, že v rámci těchto úkolů lze velikost ztrát ve vedení bezpečně ignorovat. Samozřejmě, pokud používáte speciální elektrické měděné/hliníkové dráty a nepokoušejte se sami vyrábět a používat ocelové/litinové atd. dráty Zájemci se však budou moci hlouběji seznámit s různými metodami v níže uvedené literatuře.