Plánujete modernizaci elektrické sítě nebo prodloužení dodatečného elektrického vedení do kuchyně pro připojení nového elektrického sporáku? Zde se budou hodit minimální znalosti o průřezu vodiče a vlivu tohoto parametru na výkon a proud.

Souhlaste s tím, že nesprávný výpočet průřezu kabelu vede k přehřátí a zkratu nebo k neoprávněným nákladům.

Je velmi důležité provádět výpočty ve fázi návrhu, protože selhání skryté kabeláže a následná výměna je spojena se značnými náklady. Pomůžeme vám pochopit složitost výpočtů, abyste se vyhnuli problémům při dalším provozu elektrických sítí.

Abychom vás nezatěžovali složitými výpočty, vybrali jsme přehledné vzorce a možnosti výpočtu, uvedli informace v přístupné podobě a vzorce opatřili vysvětlením. Do článku byly také přidány tematické fotografie a video materiály, které vám umožní jasně pochopit podstatu zvažované problematiky.

Výpočet průřezu pro výkon spotřebiče

Hlavním účelem vodičů je dodávat elektrickou energii spotřebitelům v požadovaném množství. Protože supravodiče nejsou za normálních provozních podmínek k dispozici, je třeba vzít v úvahu odpor materiálu vodiče.

Výpočet potřebného průřezu vodičů a kabelů v závislosti na celkovém výkonu spotřebičů vychází z dlouhodobých provozních zkušeností.

Průřez určuje, jaký proud může kabel přenášet, aniž by se přehříval v důsledku nadměrného výkonu

Základem kabelu je jednodrátové nebo vícevodičové měděné jádro, které může mít kulatý, trojúhelníkový nebo obdélníkový průřez

Pokud jsou ve vodiči více než dva vodiče, nejčastěji se zkroutí. Jmenovitý průřez lankových výrobků je součtem průřezů všech dostupných vodičů

Začněme obecný průběh výpočtů tím, že nejprve provedeme výpočty pomocí vzorce:

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

  • P – výkon všech spotřebičů připojených k vypočtené větvi ve wattech.
  • P1, P2, PN – výkon prvního, druhého, respektive n-tého spotřebiče ve wattech.

Po obdržení výsledku na konci výpočtů pomocí výše uvedeného vzorce bylo na čase přejít k tabulkovým datům.

Nyní musíte vybrat požadovanou sekci podle tabulky 1.

Výkonový stůl

Fáze #1 – výpočet jalového a činného výkonu

Kapacity spotřebitelů jsou uvedeny v dokumentaci k zařízení. Typické listy zařízení udávají činný výkon spolu s jalovým výkonem.

Zařízení s aktivním typem zátěže přeměňují veškerou přijatou elektrickou energii s přihlédnutím k účinnosti na užitečnou práci: mechanickou, tepelnou nebo jinou.

Zařízení s aktivní zátěží zahrnují žárovky, ohřívače a elektrické sporáky.

U takových zařízení má výpočet výkonu podle proudu a napětí tvar:

P=U*I,

Zařízení s reaktivním typem zátěže jsou schopna akumulovat energii přicházející ze zdroje a následně ji vracet. K této výměně dochází v důsledku posunutí sinusoidy proudu a sinusoidy napětí.

READ
Jak se nazývá vnitřek parního kotle naplněného vodou?

Graf nulového fázového posunu

Při nulovém fázovém posunu má výkon P=U*I vždy kladnou hodnotu. Zařízení s aktivním typem zátěže mají takový graf fází proudu a napětí (I, i – proud, U, u – napětí, π – pi se rovná 3,14)

Mezi zařízení s jalovým výkonem patří elektromotory, elektronická zařízení všech velikostí a účelů a transformátory.

Graf fázového posunu proudu a napětí

Při fázovém posunu mezi proudovou sinusoidou a napěťovou sinusoidou může být výkon P=U*I záporný (I, i – proud, U, u – napětí, π – pi se rovná 3,14). Zařízení s jalovým výkonem vrací uloženou energii zpět do zdroje

Elektrické sítě jsou stavěny tak, aby mohly přenášet elektrickou energii jedním směrem od zdroje k zátěži.

Vrácená energie od spotřebiče s jalovou zátěží je proto parazitní a plýtvá se na ohřev vodičů a dalších součástí.

Jalový výkon závisí na fázovém úhlu mezi sinusoidami napětí a proudu. Úhel fázového posunu je vyjádřen pomocí cosφ.

Chcete-li zjistit celkový výkon, použijte vzorec:

P = Q / cosφ,

Kde Q – jalový výkon ve VAR.

Typický datový list zařízení uvádí jalový výkon a cosφ.

příklad: pas pro vrtací kladivo udává jalový výkon 1200 VAr a cosφ = 0,7. Celková spotřeba energie se tedy bude rovnat:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Pokud cosφ nebylo možné zjistit, u velké většiny domácích elektrických spotřebičů lze cosφ považovat za rovné 0,7.

Fáze #2 – hledání koeficientů simultánnosti a rozpětí

K – koeficient bezrozměrné simultánnosti, ukazuje, kolik spotřebičů může být připojeno k síti současně. Málokdy se stane, že všechna zařízení spotřebovávají elektřinu současně.

Současný provoz TV a hudebního centra je nepravděpodobný. Ze zavedené praxe lze K považovat za rovné 0,8. Pokud plánujete používat všechny spotřebiče současně, K by mělo být nastaveno na 1.

J – bezrozměrný bezpečnostní faktor. Charakterizuje vytvoření výkonové rezervy pro budoucí spotřebitele.

Pokrok se nezastaví, každý rok jsou vynalezena nová úžasná a užitečná elektrická zařízení. Očekává se, že spotřeba elektřiny vzroste do roku 2050 o 84 %. Typicky se J považuje za hodnotu mezi 1,5 a 2,0.

Fáze #3 – provádění výpočtů pomocí geometrické metody

Ve všech elektrických výpočtech se bere průřezová plocha vodiče – průřez jádra. Měřeno v mm2.

Často je nutné se naučit, jak správně vypočítat průřez drátu na základě průměru drátu vodiče.

READ
Jak se zbavit vzduchového zámku v potrubí?

V tomto případě existuje jednoduchý geometrický vzorec pro monolitický kruhový drát:

S = π*R2 = π*D2/4, nebo naopak

D = √(4*S / π)

Pro pravoúhlé vodiče:

S = h*m,

Pokud si koupíte lankový drát, ve kterém se jeden vodič skládá z mnoha kroucených drátů kulatého průřezu, výpočet se provede podle vzorce:

S = N*D2/1,27,

Kde N – počet vodičů v jádře.

Dráty s jádry stočenými z několika drátů mají obecně lepší vodivost než monolitické. To je způsobeno zvláštnostmi toku proudu vodičem s kulatým průřezem.

Elektrický proud je pohyb podobných nábojů podél vodiče. Podobně jako náboje se navzájem odpuzují, takže hustota rozložení náboje je posunuta směrem k povrchu vodiče.

Další výhodou lankových drátů je jejich pružnost a mechanická odolnost. Monolitické dráty jsou levnější a používají se hlavně pro stacionární instalaci.

Fáze č. 4 – výpočet výkonového průřezu v praxi

Úkol: celkový výkon spotřebičů v kuchyni je 5000 W (to znamená, že byl přepočten výkon všech reaktivních spotřebičů). Všechny spotřebiče jsou připojeny k jednofázové síti 220 V a jsou napájeny z jedné větve.

Spotřebitelský stůl

Tabulka 2. Pokud plánujete v budoucnu připojovat další spotřebiče, v tabulce je uveden požadovaný výkon běžných domácích spotřebičů (+)

rozhodnutí:

Vezměme koeficient simultánnosti K rovný 0,8. Kuchyně je místem neustálých inovací, nikdy nevíte, bezpečnostní faktor je J=2,0. Celkový odhadovaný výkon bude:

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

Pomocí hodnoty vypočteného výkonu hledáme v tabulce 1 nejbližší hodnotu.

Nejbližší vhodný průřez jádra pro jednofázovou síť je měděný vodič o průřezu 4 mm2. Podobná velikost drátu s hliníkovým jádrem 6 mm 2.

Pro jednožilové vedení bude minimální průměr 2,3 mm a 2,8 mm. V případě použití vícejádrové varianty se sečte průřez jednotlivých jader.

Kuchyně obvykle obsahují největší počet výkonných spotřebitelů elektřiny a méně „žravých“ domácích spotřebičů

Koupelny a kombinované koupelny mohou také obsahovat působivé množství elektrického vybavení.

V závislosti na výkonu technické jednotky je napájena ze společného nebo samostatného elektrického vedení. Výpočty se provádějí pro skupinu zásuvek, pro spotřebiče jednotlivých linek jsou vybírány podle výkonu

Do výstupního bloku lze připojit pouze spotřebiče s nízkým výkonem, napájené jedním elektrickým vedením: mixéry, vysoušeče vlasů, mlýnky na kávu atd.

Mikrovlnné trouby, varné desky a elektrické trouby vyžadují připojení k samostatnému elektrickému vedení.

V hygienických místnostech jsou položeny samostatné linky pro jacuzzi, kryty elektronických bidetů, sprchové kouty

READ
Jak otevřít slot pro SIM kartu pomocí klíče?

Nejzranitelnějším místem v oblasti zásobování bytu či domu elektrickou energií jsou elektrické rozvody. Mnoho domácností nadále používá staré rozvody, které nejsou určeny pro moderní elektrické spotřebiče. Často se dodavatelé dokonce snaží ušetřit na materiálech a pokládají dráty, které neodpovídají projektu. V každém z těchto případů musíte nejprve udělat výpočet průřezu kabeluJinak můžete čelit vážným a dokonce tragickým následkům.

kabel

Proč je nutný výpočet kabelu?

Při volbě průřezu vodičů se nelze řídit zásadou „na oko“. Proud, který protéká dráty, je zahřívá. Čím vyšší je proud, tím větší je ohřev. Tento vztah lze snadno dokázat pomocí několika vzorců. První z nich určuje sílu aktivního proudu:

kde I je proud, U je napětí, R je odpor.

Ze vzorce je patrné: čím větší odpor, tím více tepla se uvolní, t.j. tím více se vodič zahřeje. Odpor je určen vzorcem:

kde ρ – rezistivita, L – délka vodiče, S – jeho průřez.

Čím menší je plocha průřezu vodiče, tím vyšší je jeho odpor, a tedy vyšší činný výkon, což znamená silnější zahřívání. Na základě toho je nutný výpočet průřezu pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti elektroinstalace a také kompetentní distribuce financí.

Co se stane, když je průřez vypočítán špatně

Bez výpočtu průřezu vodiče se můžete setkat s jednou ze dvou situací:

  • Příliš velké přehřívání elektroinstalace. Vyskytuje se, když je průměr vodiče nedostatečný. Vytváří příznivé podmínky pro samovznícení a zkraty.
  • Neoprávněné náklady na elektroinstalaci. K tomu dochází v situacích, kdy byly vybrány předimenzované vodiče. Tady samozřejmě nic nehrozí, ale větší kabel je dražší a není tak pohodlný na používání.

kabeláž

Co ještě ovlivňuje zahřívání vodičů

Ze vzorce (2) je vidět, že odpor vodiče závisí nejen na ploše průřezu. V tomto ohledu bude jeho ohřev ovlivněn:

  • Materiál. Příkladem je, že hliník má vyšší měrný odpor než měď, takže při stejném průřezu vodičů se měď bude méně zahřívat.
  • Délka. Příliš dlouhý vodič vede k velkým ztrátám napětí, což způsobuje dodatečné zahřívání. Pokud ztráta přesáhne 5 %, musí být průřez zvětšen.

Příklad výpočtu průřezu kabelu na příkladu BBGng 3 × 1,5 a ABBbShv 4 × 16

Třížilový kabel BBGng 3×1,5 je měděný a je určen pro přenos a rozvod elektřiny v obytných domech nebo běžných bytech. Vodiče v něm jsou izolovány PVC (B), ze kterého se skládá plášť. BBGng 3×1,5 také nešíří spalování ng(A), proto je jeho použití zcela bezpečné.

READ
Co znamená univerzální motor v pračce?

BBGng 3x1,5

Kabel ABBbShv 4×16 čtyřžilový, včetně hliníkových vodičů. Určeno pro položení do země. Ochrana galvanizovanými ocelovými páskami zajišťuje kabelu životnost až 30 let. Ve společnosti Bonkom nakoupíte kabelové produkty velkoobchodně i maloobchodně za dostupnou cenu. Velký sklad má vždy všechny produkty skladem, což umožňuje dokončit objednávky libovolného sortimentu.

Postup výpočtu průřezu podle výkonu

Obecně výpočet průřezu kabelu podle výkonu probíhá ve 2 etapách. To bude vyžadovat následující údaje:

  • Celkový výkon všech zařízení.
  • Typ síťového napětí: 220 V – jednofázové, 380 V – třífázové.
  • PUE 7. Pravidla pro instalaci elektroinstalace. Vydání 7.
  • Materiál vodiče: měď nebo hliník.
  • Typ vedení: otevřené nebo uzavřené.

Krok 1. Příkon elektrických spotřebičů lze nalézt v jejich pokynech nebo vzít průměrné charakteristiky. Vzorec pro výpočet celkového výkonu:

kde P1, P2 atd. – výkon připojených zařízení, Kс – faktor poptávky, který bere v úvahu pravděpodobnost zapnutí všech zařízení současně, Kз – bezpečnostní faktor v případě dostavby nových spotřebičů v domě. NAс je definován takto:

  • pro dvě současně zapnutá zařízení – 1;
  • pro 3-4 – 0,8;
  • pro 5-6 – 0,75;
  • více – 0,7.

Кз v počítání zátěžový kabel má smysl to brát jako 1,15-1,2. Můžete si vzít například celkový výkon 5 kW.

Krok 2. Ve druhé fázi zbývá určit průřez vodiče celkovým výkonem. K tomu se používá tabulka výpočtu průřezu kabelu z PUE. Poskytuje informace pro měděné i hliníkové vodiče. Při výkonu 5 kW a uzavřeném jednofázovém napájení je vhodný měděný kabel o průřezu 4 mm 2 .

tabulka

Pravidla pro výpočet délky

Výpočet průřezu kabelu po délce předpokládá, že majitel předem určil, kolik metrů vodiče bude potřeba pro elektrické rozvody. Tato metoda se obvykle používá doma. Pro výpočet budete potřebovat následující údaje:

  • L je délka vodiče, m. Například se bere hodnota 40 m.
  • ρ – měrný odpor materiálu (měď nebo hliník), Ohm / mm 2 m: 0,0175 pro měď a 0,0281 pro hliník.
  • I – jmenovitý proud, A.

Krok 1. Jmenovitý proud určete podle vzorce:

kde P je výkon ve wattech (součet všech spotřebičů v domě, např. hodnota je 8 kW), U je 220 V, Kс – koeficient současného zahrnutí (0,75), cos φ – 1 pro domácí spotřebiče. V příkladu je hodnota 36 A.

READ
Jak se nazývá papír s lepivou stranou?

Krok 2. Určete průřez vodiče. K tomu použijte vzorec (2):

Ztráta napětí po délce vodiče by neměla být větší než 5%:

Ztráta napětí dU = I · R, tedy R u11d dU / I u36d 0,31/XNUMX uXNUMXd XNUMX Ohm. Potom musí být průřez vodiče alespoň:

V případě třížilového kabelu by měla být plocha průřezu jedné žíly 0,75 mm2. Průměr jednoho jádra tedy musí být alespoň (S/ π) · 2 = 0,98 mm. Kabel BBGng 3×1,5 tuto podmínku splňuje.

Jak vypočítat aktuální průřez

Výpočet průřezu kabelu proudem se rovněž provádí na základě EMP, zejména pomocí tabulek 1.3.6. a 1.3.7. Při znalosti celkového výkonu elektrických spotřebičů je možné určit jmenovitý proud podle vzorce:

Pro třífázovou síť se používá jiný vzorec:

kde U se bude rovnat 380 V.

Pokud jsou k třífázovému kabelu připojeny jednofázové i třífázové spotřebiče, výpočet se provádí podle nejvíce zatíženého jádra. Pro příklad s celkovým výkonem zařízení rovným 5 kW a jednofázovou uzavřenou sítí se ukazuje:

BBGng 3×1,5 – třížilový měděný kabel. Podle tabulky 1.3.6. pro proudovou sílu 18 A je nejbližší hodnota 19 A (při položení na vzduch). Při jmenovitém proudu 19 A musí být průřez jeho vodivého jádra alespoň 1,5 mm2. U kabelu BBGng 3 × 1,5 má jedno jádro průřez S u2d π r 3,14 u1,5d 2 (2 / 1,8) 2 uXNUMXd XNUMX mm XNUMX, který plně vyhovuje zadanému požadavku.

tabulka

Pokud uvažujeme kabel ABBbShv 4×16, je nutné převzít údaje z tabulky 1.3.7. PUE, kde jsou hodnoty uvedeny pro hliníkové dráty. Podle něj by pro čtyřžilové kabely měla být hodnota proudu stanovena s faktorem 0,92. V tomto příkladu k 18 A, nejbližší hodnota podle tabulky 1.3.7. je 19 A.

Při zohlednění koeficientu 0,92 to bude 17,48 A, což je méně než 18 A. Proto je nutné vzít následující hodnotu – 27 A. V tomto případě by měl být průřez jádra vodivého kabelu 4 mm 2. U kabelu ABBbShv 4 × 16 je průřez jednoho jádra:

Podle tabulky 1.3.7. je racionálnější použít tento kabel se jmenovitým proudem 60 A (při položení vzduchem) a až 90 A (při položení do země).