Výběr průřezu kabelu podle výkonu, tabulka průřezu kabelu podle výkonu, výpočet průřezu měděných vodičů a kabelů.
Výpočet průřezu kabelu podle výkonu se provádí tak, aby zvolený kabel splňoval požadavky na spolehlivost a bezpečný provoz elektrických rozvodů.
Pokud použijete průřez vodiče, který není vhodný pro specifikované proudové zatížení, může to vést k přehřátí vodiče, roztavení izolace a také ke zkratu a v důsledku toho k požáru. . Chytrá volba průřez kabelu podle síly vám umožní vyhnout se těmto problémům.
Pro výpočet odporu vodiče můžete použít kalkulačku odporu vodiče.
Co potřebujete vědět, abyste si vybrali ten správný drát?
Hlavním ukazatelem, ze kterého se vypočítá požadovaný průřez vodiče, je jeho přípustné proudové zatížení. Proudové zatížení je množství proudu, které může vést přes sebe po dlouhou dobu.
Při zjištění hodnoty jmenovitého proudu se provádí výpočet výkonu všech elektrických spotřebičů v domě. Po nalezení indikátoru napájení se aktuální síla vypočítá pomocí následujících vzorců:
elektrický spotřebič
Napájení, W
Průřez napájecího kabelu pro jednofázové napájení 220 V:
- P – výkon elektrospotřebičů (celkový), W;
- U – aktuální napětí v elektrické síti, V;
- CI = 0.75 – koeficient simultánnosti;
- cos(φ)= 1 – proměnná pro domácí elektrospotřebiče.
Napájecí část kabelu pro třífázový zdroj 380 V:
Přípustné proudové zatížení drátu se vypočítává podle regulačního dokumentu GOST 31996—2012 „SILOVÉ KABELY S PLASTOVOU IZOLACÍ“.
Příklady výpočtu průřezu kabelu podle výkonu.
Například pro třífázové zatížení 15 kV je nutné použít měděný drát (nadvzdušná instalace). Jak vypočítat, co je potřeba průřez kabelu dle výkonu? Nejprve se vypočítá aktuální zatížení na základě daného výkonu. Pro třífázový kabel se používá vzorec 2: I = P / √3 • 380 = 22.8 ≈ 23 A. Podle GOST 31996-2012 je však v případě použití čtyřžilového kabelu aktuální hodnota se musí vynásobit koeficientem 0.93. I = 0.93 * 27 = 25 A. Z výpočtů vyplývá, že pro tento případ můžete vzít měděný drát o průřezu 2.5 mm2 (podle GOST).
Bohužel mnoho výrobců vyrábí kabely s část se sníženým výkonem, takže v tomto článku se doporučuje vzít kabel s velkou rezervou. Pro uvažovaný případ bude doporučený průřez vodiče přibližně 4 mm2.
Je třeba si uvědomit, že většina požárů vzniká v důsledku použití nekvalitního elektrického vedení. Mnoho malých podniků často vyrábí takové produkty, aby ušetřilo na výrobě. Z tohoto důvodu je lepší upřednostňovat ty výrobky, které velké podniky vyrábějí v souladu s normami GOST.
Který drát je lepší použít pro zapojení: měď nebo hliník?
V současné době jsou nejoblíbenější měděné dráty. Takové kabely mají ve srovnání s hliníkovými následující výhody:
1) měď je pevnější, měkčí a neláme se v místech zlomů;
2) měď je méně náchylná ke korozi a oxidaci;
3) měděný drát vydrží vysoké proudové zatížení.
Hlavní nevýhodou měděných drátů je cena. V průměru jsou jejich náklady 3-4krát vyšší. Navzdory tomu jsou měděné dráty běžnější a oblíbenější.
Výpočet průřezu měděných vodičů a kabelů.
Po výpočtu zatížení a určení materiálu (v tomto případě mědi) provedeme výpočet průřez kabelu podle síly. Jako příklad bude výpočet proveden pro dvoupokojový byt.
Celá zátěž je rozdělena do silových a světelných skupin. Nechte hlavní zátěž přenášet zásuvkové skupiny instalované v koupelně a kuchyni. Tam je vždy instalováno nejvýkonnější zařízení (rychlovarná konvice, lednice, pračka, mikrovlnná trouba atd.).
Za předpokladu, že výkonová zátěž bude rozložena mezi různé zásuvky, použijeme vodič o průřezu 2.5 mm2. Co to znamená? Například v kuchyni, abyste mohli připojit všechny domácí spotřebiče současně, budete potřebovat 3-4 zásuvky. Pokud je tam pouze 1 zásuvka, pak bude nutné použít měděný kabel o průřezu 5-6 mm2.
V obytných prostorách lze k napájení zásuvek použít vodič o průřezu 1.5 mm2. Konečná volba však musí být provedena po provedení nezbytných výpočtů.
Pro napájení světelné zátěže můžete použít kabel o průřezu 1.5 mm2.
Musíte pochopit, že aktuální výkon v různých částech elektrického vedení se bude lišit. Největší zátěž dopadá na plochu vedoucí do bytu. To je způsobeno tím, že jím prochází veškerá zátěž. Doporučený průřez přívodního napájecího vodiče je 4-6 mm2.
Při instalaci domovní elektroinstalace se nejčastěji používají kabely a vodiče značek PVS, VVG, PPV, APPV.
Nejběžnější značky vodičů a kabelů:
• PPV – plochý měděný kabel s jednoduchou izolací, pro který se používají vodiče se dvěma nebo třemi žilami. Tento kabel se používá pro pokládku skrytých nebo pevných elektrických rozvodů;
• APPV je plochý hliníkový kabel s jednoduchou izolací, pro který se používají vodiče se dvěma nebo třemi žilami. Tento kabel se používá pro pokládku skrytých nebo pevných elektrických rozvodů;
• PVA je kulatý měděný kabel s dvojitou izolací, který má tři až pět žil v drátu. Používá se pro pokládání otevřené nebo skryté kabeláže;
• ShVVP – kulatý měděný a ohebný kabel s kroucenými vodiči a dvojitou izolací. Používá se k připojení domácích spotřebičů ke zdrojům energie;
• VVG – kulatý měděný kabel až se čtyřmi žilami. Používá se pro pokládání do země;
• GDP je kulatý měděný jednožilový kabel s dvojitou izolací. Tento kabel se používá pro instalaci do vody.
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.
