Správný výběr průřezů vodičů a kabelů je důležitým aspektem při návrhu napájecích systémů. Nesprávně zvolená velikost vodiče může vést k přetížení systému, přehřátí vodičů a dokonce i požáru. Jedním z klíčových faktorů, které je třeba vzít v úvahu při výběru velikosti vodiče, je proud.

V tomto článku se podíváme na závislost plochy průřezu vodičů a kabelů na síle proudu a na proces výpočtu požadovaného průřezu kabelu pro zajištění bezpečného a efektivního provozu napájecích systémů.

Chcete-li opravit starou elektroinstalaci nebo nainstalovat novou elektroinstalaci, musíte vybrat kabel požadovaného průřezu, aby vydržel očekávané zatížení.

Pokud je stará kabeláž vadná, musíte ji vyměnit, ale než ji vyměníte za podobnou, zjistěte, proč došlo k problému se starým. Je možné, že došlo pouze k mechanickému poškození, nebo se izolace stala nepoužitelnou a ještě významnějším problémem je selhání elektroinstalace z důvodu překročení povolené zátěže.

Obsah článku

Průřez vodičů a kabelů v závislosti na síle proudu, výpočet požadovaného průřezu kabelu

Jaký je rozdíl mezi kabelovými produkty a jaké jsou hlavní vlastnosti?

Začněme tím, že určíme, jaké napětí je v síti, ve které budou kabely fungovat. Pro domácí sítě se často používají kabely a vodiče typu VVG, PUGNP (pouze je to zakázáno moderními požadavky PUE z důvodu velkých tolerancí průřezu při výrobě až 30% a přípustné tloušťky izolační vrstvy je 0.3 mm oproti 0.4 u PUE), ShVVP a další.

Pokud se vzdálíme od definic, rozdíl mezi drátem a kabelem je minimální, hlavně podle definice v GOST nebo specifikací, podle kterých se vyrábí. Koneckonců, na trhu je velké množství drátů s 2-3 žilami a dvěma vrstvami izolace, například stejný PUGNP nebo PUNP.

Přípustné napětí je určeno izolací kabelu

Pro výběr kabelu se kromě napětí zohledňují i ​​podmínky, ve kterých bude pracovat, pro připojení pohyblivých nástrojů a zařízení musí být flexibilní, pro připojení stacionárních prvků je to v zásadě jedno, ale je lepší dát přednost kabelu s monolitickým jádrem.

Rozhodujícím faktorem při nákupu je průřez jádra, měří se v mm2 a závisí na něm schopnost vodiče odolat dlouhodobé zátěži.

Co ovlivňuje přípustný proud procházející kabelem?

Nejprve se podívejme na základy fyziky. Existuje takový Joule-Lenzův zákon, objevili ho nezávisle na sobě dva vědci James Joule (v roce 1841) a Emilius Lenz (v roce 1842), a proto dostal dvojí jméno. Tento zákon tedy kvantitativně popisuje tepelný účinek elektrického proudu protékajícího vodičem.

READ
Jak často potřebujete brousit nože v mlýnku na maso?

Pokud to vyjádříme pomocí proudové hustoty, dostaneme následující vzorec:

Tepelný účinek elektrického proudu protékajícího vodičem

Vysvětlení: w je výkon generovaného tepla na jednotku objemu, vektor j je proudová hustota vodičem měřená v ampérech na mm2. U měděného drátu odeberte 6 až 10 A na milimetr plochy, kde 6 je pracovní hustota a 10 je krátkodobá. vektor E – intenzita elektrického pole. σ je vodivost média.

Protože vodivost je nepřímo úměrná odporu: σ=1/R

Pokud vyjádříme Joule-Lenzův zákon jako množství tepla v integrálním tvaru, pak:

Joule-Lenzův zákon v integrální formě

Joule-Lenzův zákon

dQ je tedy množství tepla, které se uvolní za dobu dt v obvodu, kde proud I protéká vodičem s odporem R.

To znamená, že množství tepla je přímo úměrné proudu a odporu. Čím větší je proud a odpor, tím více tepla vzniká. To je nebezpečné, protože v určitém okamžiku dosáhne množství tepla takové hodnoty, že se izolace vodičů roztaví. Možná jste si všimli, že dráty levných kotlů se během provozu znatelně zahřívají, to je ono.

Pokud se na kabelu uvolní napájení, klesne také napětí na jeho koncích připojených k zátěži.

V kalkulátorech pro výpočet průřezů kabelů se obvykle nastavují následující parametry:

zátěžový proud nebo výkon;

přípustný pokles napětí (obvykle v procentech);

Čím větší odpor, tím více bude klesat napětí a kabel se bude zahřívat, protože se na něm bude uvolňovat energie (P=UI, kde U je úbytek napětí na kabelu, I je proud, který jím protéká).

Všechny výpočty vycházely z proudu a odporu. Odpor vodiče se vypočítá podle vzorce:

Odpor vodiče

Zde: ρ (ro) – rezistivita, l – délka kabelu, S – plocha průřezu.

Rezistivita závisí na struktuře kovu, hodnoty měrného odporu lze určit z tabulky.

Rezistivita závisí na struktuře kovu, velikosti měrného odporu

Elektroinstalace využívá především hliník a měď. Měď má odpor 1.68*10-8 Ohm*mm2/m a hliník má odpor 1.8krát větší než měď, tedy 2.82*10-8 Ohm*mm2/m. To znamená, že hliníkový drát se zahřeje téměř 2x více než měděný drát se stejným průřezem a proudem. Z toho vyplývá, že pro položení kabeláže budete muset koupit silnější hliníkový drát a dráty se snadno poškodí.

Proto měděné dráty nahradily měděné dráty z domácí elektroinstalace a použití hliníku v elektroinstalaci je zakázáno, povoleno je pouze použití hliníkových kabelů pro instalaci velmi výkonných elektroinstalací, které spotřebovávají vysoký proud, pak hliníkový drát s křížem -je použit průřez větší než 16 mm2 (viz – Proč nelze hliníkový kabel použít v elektrickém vedení)

READ
Jak se zbavit mastnoty v kanalizačním potrubí?

Jak určit odpor drátu podle průměru jádra?

Existují případy, kdy není známa plocha průřezu jádra, takže ji lze vypočítat podle průměru. Chcete-li určit průměr monolitického jádra, můžete použít posuvné měřítko; pokud jej nemáte, vezměte tyč, například propisovací tužku nebo hřebík, pevně ji obtočte 10 závity drátu a změřte délku výsledné spirály s pravítkem, vydělením této délky 10 – získáte průměr jádra.

Stanovení odporu drátu podle průměru jádra

Chcete-li určit celkový průměr pramene, změřte průměr každého pramene a vynásobte ho počtem pramenů.

Splétaný drát

Dále vypočítejte průřez pomocí tohoto vzorce:

Průřez

A znovu se vrátíme k tomuto vzorci pro výpočet odporu drátu:

Vzorec pro výpočet odporu drátu

Jak určit požadovanou plochu průřezu drátu?

Nejjednodušší možností je určit plochu průřezu jader pomocí tabulky. Je vhodný pro výpočet nepříliš dlouhých vedení položených za normálních podmínek (s normální okolní teplotou). Takto si také můžete vybrat drát pro prodlužovací kabel. Upozorňujeme, že tabulka ukazuje průřezy při určitém proudu a výkonu v jednofázové a třífázové síti pro hliník a měď.

Průřez vodičů a kabelů v závislosti na síle proudu

Při počítání dlouhých řad (více než 10 metrů) je lepší takovou tabulku nepoužívat. Musíme provést výpočty. Nejrychlejší je použít kalkulačku. Algoritmus výpočtu je následující:

Berou dovolené ztráty napětí (ne více než 5 %), to znamená, že při síťovém napětí 220 V a přípustné ztrátě napětí 5 % na kabelu by úbytek napětí (od konce ke konci) neměl překročit:

Nyní, když známe proud, který poteče, můžeme vypočítat odpor kabelu. U dvouvodičového vedení se odpor násobí 2, protože proud protéká dvěma vodiči, při délce 10 m je celková délka vodičů 20 m.

Odtud se pomocí výše uvedených vzorců vypočítá požadovaný průřez kabelu.

Můžete to udělat automaticky ze svého smartphonu pomocí aplikací Mobile Electrician a electroDroid. Pouze v kalkulačce není uvedena celková délka vodičů, ale délka vedení od zdroje energie k přijímači elektřiny.

Výběr článků o tom, jak vybrat správný kabel do bytu nebo domu:

Závěr

Správně vypočítaná elektroinstalace je již 50% zárukou jejího úspěšného fungování, druhá polovina závisí na správné instalaci. Je třeba vzít v úvahu všechny vlastnosti zapojení a maximální spotřebu energie všech spotřebitelů. Současně zadejte rezervu pro přípustný proud 20-40% „pro každý případ“.

READ
Jak zjistit, kolik plynu zbývá v plynové nádrži?

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Elektřina v domě