Plánujete modernizáciu elektrickej siete alebo dodatočne predĺženie elektrického vedenia do kuchyne o pripojenie nového elektrického sporáka? Tu sú užitočné minimálne znalosti o priereze vodiča a účinku tohto parametra na výkon a prúd.
Dohodnite sa, že nesprávny výpočet prierezu kábla vedie k prehriatiu a skratu alebo k neoprávneným nákladom.
Je veľmi dôležité vykonávať výpočty vo fáze projektovania, pretože zlyhanie skrytého elektrického zapojenia a jeho následná výmena sú spojené so značnými nákladmi. Pomôžeme vám vyriešiť komplikácie výpočtov, aby sme sa vyhli problémom s ďalšou prevádzkou elektrickej siete.
Aby sme vás nezaťažovali zložitými výpočtami, vybrali sme zrozumiteľné vzorce a možnosti výpočtu, poskytli informácie v prístupnej forme a poskytli vzorcom vysvetlenia. K článku boli pridané aj tematické fotografie a video materiály, ktoré umožňujú jasne pochopiť podstatu uvažovaného problému.
Výpočet prierezu podľa kapacity spotrebiteľov
Hlavným účelom vodičov je dodávka elektrickej energie spotrebiteľom v požadovanom množstve. Pretože supravodiče nie sú k dispozícii za normálnych prevádzkových podmienok, musí sa zohľadniť odpor materiálu vodiča.
Výpočet požadovaného prierezu vodičov a káblov v závislosti od celkového výkonu spotrebiteľov je založený na dlhodobých prevádzkových skúsenostiach.
Galéria obrázkov
Foto z
Rôzne typy káblov pre zapojenie zariadenia
Rôzne hrúbky vodičov pre domáce použitie
Počet žíl rôznych značiek káblov
Možnosti lankových káblov
Všeobecný proces výpočtu začíname výpočtom najskôr pomocou vzorca:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Kde:
- P - sila všetkých spotrebiteľov pripojených k vypočítanej vetve vo wattoch.
- P1, P2, PN - sila prvého spotrebiteľa, druhého, n-teho, vo wattoch.
Po prijatí výsledku na konci výpočtov podľa vyššie uvedeného vzorca bol čas obrátiť sa na údaje tabuľky.
Teraz si musíte zvoliť požadovanú časť podľa tabuľky 1.
Tabuľka 1. Prierez vodičov musí byť vždy zvolený na najbližšej väčšej strane (+)
Fáza č. 1 - výpočet jalového a činného výkonu
Kapacity spotrebiteľov sú uvedené v dokumentácii k zariadeniu. Certifikáty zariadení zvyčajne označujú činný výkon spolu s jalovým výkonom.
Zariadenia s aktívnym typom záťaže premieňajú všetku prijatú elektrickú energiu, berúc do úvahy efektívnosť, na užitočnú prácu: mechanickú, tepelnú alebo jej inú formu.
Medzi zariadenia s aktívnym zaťažením patria žiarovky, ohrievače, elektrické sporáky.
Pre tieto zariadenia má výpočet energie pre prúd a napätie formu:
P = U * I,
Kde:
- P - príkon vo wattoch;
- U - napätie vo V;
- ja - súčasná sila v A.
Zariadenia s reaktívnym typom záťaže sú schopné akumulovať energiu zo zdroja a potom ju vrátiť. K takejto výmene dochádza v dôsledku posunu sínusového prúdu a sínusového napätia.
Pri posunutí nulovej fázy má výkon P = U * I vždy kladnú hodnotu. Takýto graf fáz prúdu a napätia sú zariadenia s aktívnym typom záťaže (I, i - prúd, U, u - napätie, π - pi číslo, rovnajúce sa 3,14)
Zariadenia na jalový výkon zahŕňajú elektrické motory, elektronické zariadenia všetkých veľkostí a účelov a transformátory.
Ak dôjde k fázovému posunu medzi sínusovým prúdom a sínusovým napätím, výkon P = U * I môže byť záporný (I, i je prúd, U, u je napätie, π je číslo pi rovnajúce sa 3,14). Reaktívne energetické zariadenie vracia uloženú energiu späť do zdroja
Elektrické siete sú vybudované takým spôsobom, že môžu prenášať elektrickú energiu v jednom smere od zdroja po záťaž.
Vrátená energia spotrebiteľa s reaktívnym zaťažením je preto parazitická a vynakladá sa na vyhrievanie vodičov a iných komponentov.
Jalový výkon závisí od fázového uhla medzi sínusom napätia a prúdu. Fázový uhol je vyjadrený ako cosφ.
Ak chcete nájsť plný výkon, použite vzorec:
P = Q / cosφ,
Kde Q - jalový výkon vo VA.
Údaje pasu na zariadení obvykle označujú jalový výkon a cosφ.
príklad: v cestovnom pase perforátor vykazuje jalový výkon 1200 VAR a cosφ = 0,7. Celková spotreba energie sa preto bude rovnať:
P = 1200 / 0,7 = 1714 W
Ak by nebolo možné nájsť cos found, pre veľkú väčšinu domácich elektrických spotrebičov sa cosφ môže rovnať 0,7.
Fáza č. 2 - hľadanie koeficientov simultánnosti a marže
K - bezrozmerný koeficient simultánnosti ukazuje, koľko spotrebiteľov môže byť súčasne zahrnutých do siete. Zriedkavo sa stáva, že všetky zariadenia súčasne spotrebúvajú elektrinu.
Súčasná prevádzka televízneho a hudobného centra je nepravdepodobná. Podľa zavedenej praxe sa K môže rovnať 0,8. Ak plánujete používať všetkých spotrebiteľov súčasne, K by sa malo považovať za rovné 1.
J - bezrozmerný bezpečnostný faktor. Charakterizuje vytvorenie rezervy energie pre budúcich spotrebiteľov.
Pokrok nezastaví, každý rok sa vymýšľajú nové a prekvapujúce nové a užitočné elektrické spotrebiče. Očakáva sa, že do roku 2050 dosiahne nárast spotreby elektriny 84%. Typicky sa predpokladá, že J je od 1,5 do 2,0.
Fáza č. 3 - vykonanie geometrického výpočtu
Pri všetkých elektrických výpočtoch sa berie do úvahy prierez vodiča - prierez jadra. Merané v mm2.
Často je potrebné naučiť sa, ako správne vypočítať prierez drôtu podľa priemeru drôtu vodiča.
V tomto prípade existuje jednoduchý geometrický vzorec pre monolitický kruhový drôt:
S = π * R2 = π * D2/4, alebo naopak
D = √ (4 * S / π)
Pre vodiče pravouhlého prierezu:
S = h * m,
Kde:
- S - plocha jadra v mm2;
- R - polomer jadra v mm;
- D - priemer jadra v mm;
- h, m - šírka a výška v mm;
- π Je číslo pi rovné 3,14.
Ak si kúpite lanko, v ktorom jeden vodič pozostáva z mnohých skrútených drôtov kruhového prierezu, výpočet sa vykoná podľa vzorca:
S = N * D2/1,27,
Kde N - počet drôtov v žile.
Drôty, ktoré sa skrútili z niekoľkých drôtov, majú všeobecne lepšiu vodivosť ako monolitické. Je to kvôli zvláštnostiam prúdu, ktorý tečie cez kruhový vodič.
Elektrický prúd predstavuje pohyb rovnakých nábojov pozdĺž vodiča. Poplatky s rovnakým menom odpudzujú, preto je hustota distribúcie náboja posunutá na povrch vodiča.
Ďalšou výhodou laniek je ich flexibilita a mechanická odolnosť. Monolitické drôty sú lacnejšie a používajú sa hlavne na pevnú inštaláciu.
Fáza č. 4 - výpočet výkonovej časti v praxi
úloha: Celkový výkon spotrebiteľov v kuchyni je 5 000 wattov (čo znamená, že sa počíta sila všetkých reaktívnych spotrebiteľov). Všetci spotrebitelia sú pripojení k jednofázovej 220 V sieti a majú napájanie z jednej vetvy.
Tabuľka 2. Ak plánujete v budúcnosti pripojiť ďalších spotrebiteľov, tabuľka zobrazuje požadované kapacity bežných domácich spotrebičov (+)
rozhodnutie:
Koeficient simultánnosti K sa považuje za rovný 0,8. Kuchyňa je miestom neustálej inovácie, nevadí vám, bezpečnostný faktor J = 2,0. Celková odhadovaná kapacita bude:
P = 5 000 * 0,8 * 2 = 8 000 W = 8 kW
Pri použití hodnoty projektovaného výkonu hľadáme najbližšiu hodnotu v tabuľke 1.
Najbližší vhodný prierez vodiča pre jednofázovú sieť je medený vodič s prierezom 4 mm2, Podobná veľkosť drôtu s hliníkovým jadrom 6 mm2.
Pre jednožilové káble bude minimálny priemer 2,3 mm a 2,8 mm. V prípade viacjadrového variantu sa pripočítava prierez jednotlivých jadier.
Galéria obrázkov
Foto z
Izba s maximálnym počtom domácich spotrebičov
Technické vybavenie kúpeľní a kombinovaných kúpeľní
Pripojenie odberateľov energie
Bloková zásuvka pre nízkonapäťové zariadenie
Varná doska vyžaduje správne pripojenie
Elektrické vedenie pre práčku
Oddelené rozvody energie pre chladničky
Výkonní spotrebitelia energie v kúpeľniach a kúpeľniach
Výpočet aktuálneho prierezu
Výpočty požadovaného prierezu pre prúd a výkon káblov a vodičov poskytnú presnejšie výsledky. Takéto výpočty umožňujú vyhodnotiť všeobecný vplyv rôznych faktorov na vodiče, vrátane tepelného zaťaženia, stupňa vodičov, typu uloženia, prevádzkových podmienok atď.
Celý výpočet sa vykonáva v nasledujúcich krokoch:
- výber sily všetkých spotrebiteľov;
- výpočet prúdov prechádzajúcich vodičom;
- výber vhodného prierezu podľa tabuliek.
Pri tejto verzii výpočtu sa berie do úvahy aktuálna sila spotrebičov s napätím bez ohľadu na korekčné faktory. Budú sa brať do úvahy pri sčítaní súčasnej sily.
1. etapa - výpočet aktuálnej sily pomocou vzorcov
Pre tých, ktorí zabudli na školský fyzikálny kurz, ponúkame základné vzorce vo forme grafického diagramu ako vizuálnu cheat list:
"Klasické koleso" demonštruje prepojenie vzorcov a vzájomnú závislosť charakteristík elektrického prúdu (I - prúdová sila, P - výkon, U - napätie, R - polomer jadra).
Napíšme závislosť sily prúdu I od výkonu P a sieťového napätia U:
I = P / Ul,
Kde:
- ja - aktuálna sila v ampéroch;
- P - príkon vo wattoch;
- Ul - sieťové napätie vo voltoch.
Lineárne napätie vo všeobecnosti závisí od zdroja napájania, je jedno- a trojfázové.
Vzťah lineárneho a fázového napätia:
- Ul = U * cosφ v prípade jednofázového napätia.
- Ul = U * √ 3 * cosφ v prípade trojfázového napätia.
Pre elektrické spotrebiče pre domácnosť sa berie cosφ = 1, takže lineárne napätie sa môže prepísať:
- Ul = 220 V pre jednofázové napätie.
- Ul = 380 V pre trojfázové napätie.
Ďalej sumarizujeme všetky prúdy spotrebované vzorcom:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Kde:
- ja - celková prúdová sila v ampéroch;
- I1..IN - súčasná sila každého spotrebiteľa v ampéroch;
- K - koeficient simultánnosti;
- J - faktor bezpečnosti.
Koeficienty K a J majú rovnaké hodnoty, aké boli použité pri výpočte celkového výkonu.
Môže nastať prípad, keď v trojfázovej sieti prúdi cez rôzne fázové vodiče prúd nerovnakej sily.
Stáva sa to, keď sú jednofázové spotrebiče a trojfázové spotrebiče súčasne spojené s trojfázovým káblom. Napájané je napríklad trojfázové zariadenie a jednofázové osvetlenie.
Vynára sa prirodzená otázka: ako sa v týchto prípadoch počíta prierez lankového drôtu? Odpoveď je jednoduchá - výpočty sa robia pre najviac zaťažené jadro.
2. etapa - výber vhodného oddielu podľa tabuliek
V pravidlách prevádzky elektrických inštalácií (PES) je uvedených niekoľko tabuliek na výber požadovanej časti káblového jadra.
Vodivosť vodiča závisí od teploty. V prípade kovových vodičov sa odpor zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.
Ak je prekročená určitá prahová hodnota, proces sa stáva sebestačným: čím vyšší je odpor, tým vyššia je teplota, tým vyšší je odpor atď. pokiaľ vodič nezhorí alebo nespôsobí skrat.
Nasledujúce dve tabuľky (3 a 4) znázorňujú prierez vodičov v závislosti od prúdov a spôsobu inštalácie.
Tabuľka 3. Najprv musíte zvoliť spôsob kladenia drôtov, záleží to na tom, ako efektívne prebieha chladenie (+)
Kábel sa líši od vodiča tým, že všetky vodiče vybavené vlastnou izoláciou sú skrútené do zväzku a uzavreté v bežnom izolačnom obale. Ďalšie podrobnosti o rozdieloch a typoch káblových produktov sú uvedené v tomto článku.
Tabuľka 4.Otvorená metóda je uvedená pre všetky hodnoty prierezu vodičov, avšak v praxi nie sú prierezy pod 3 mm2 otvorené z dôvodu mechanickej pevnosti (+).
Pri použití tabuliek sa na prípustný trvalý prúd vzťahujú tieto faktory:
- 0,68, ak žilo 5 až 6;
- 0,63, ak žilo 7-9;
- 0,6, ak žilo 10 až 12 rokov.
Klesajúce koeficienty sa použijú na aktuálne hodnoty zo stĺpca „otvorené“.
Nulové a uzemňovacie vodiče nie sú zahrnuté v počte vodičov.
Podľa štandardov PES sa voľba prierezu nulového jadra pre prípustný trvalý prúd robí najmenej ako 50% fázového jadra.
Nasledujúce dve tabuľky (5 a 6) ukazujú závislosť prípustného trvalého prúdu pri jeho ukladaní do zeme.
Tabuľka 5. Prípustné závislosti trvalého prúdu pre medené káble pri pokladaní vo vzduchu alebo na zemi
Aktuálne zaťaženie pri položení a pri prehlbovaní do zeme je rôzne. Ak sa položenie do zeme vykonáva pomocou podnosov, považujú sa za rovnocenné.
Tabuľka 6. Prípustné závislosti trvalého prúdu pre hliníkové káble pri kladení vo vzduchu alebo na zemi
Nasledujúca tabuľka (7) sa vzťahuje na usporiadanie dočasných napájacích vedení (prepravujte, ak je na súkromné použitie).
Tabuľka 7. Prípustný trvalý prúd pri použití prenosných hadicových káblov, prenosných hadicových a banských káblov, svetlometov, flexibilných prenosných káblov. Používajú sa iba medené vodiče
Pri ukladaní káblov do zeme je okrem vlastností odvádzania tepla potrebné brať do úvahy aj odpor, ktorý sa odráža v nasledujúcej tabuľke (8):
Tabuľka 8. Korekčný faktor pri výpočte prierezu kábla v závislosti od typu a odporu pôdy na prípustný trvalý prúd (+)
Výpočet a výber medených vodičov do 6 mm2 alebo hliník do 10 mm2 vykonávané ako pri trvalom prúde.
V prípade veľkých prierezov je možné použiť redukčný faktor:
0,875 * √Tpv
Kde Tpv - pomer doby zaradenia k trvaniu cyklu.
Trvanie zahrnutia sa počíta z výpočtu nie dlhšieho ako 4 minúty. V takom prípade by cyklus nemal prekročiť 10 minút.
Pri výbere kábla na rozvod elektrickej energie v drevenom dome sa osobitná pozornosť venuje jeho požiarnej odolnosti.
Fáza # 3 - výpočet prierezu vodiča prúdu pomocou príkladu
úloha: vypočítajte požadovaný prierez medeného kábla na pripojenie:
- 4000 W trojfázový drevospracujúci stroj;
- 6 000 W trojfázový zvárací stroj;
- domáce spotrebiče v dome s celkovou kapacitou 25 000 wattov;
Spojenie sa uskutoční pomocou päťžilového kábla (trojfázové vodiče, jeden nula a jedno uzemnenie) položený v zemi.
Izolácia káblových produktov sa počíta na základe špecifickej hodnoty prevádzkového napätia. Malo by sa poznamenať, že prevádzkové napätie výrobcu jeho produktu musí byť vyššie ako napätie v sieti
Rozhodnutie.
Krok 1. Vypočítame lineárne napätie trojfázového pripojenia:
Ul = 220 * -3 = 380 V
Krok 2. Domáce spotrebiče, obrábacie stroje a zváracie stroje majú jalový výkon, takže výkon strojov a zariadení bude:
Pty = 25000 / 0,7 = 35700 W
Potáčka = 10 000 / 0,7 = 1 400 W
Krok č. 3, Prúd potrebný na pripojenie domácich spotrebičov:
jaty = 35700/220 = 162 A
Krok č. 4, Prúd potrebný na pripojenie zariadenia:
jaotáčka = 14300/380 = 38 A
Krok č. 5, Potrebný prúd na pripojenie domácich spotrebičov sa vypočíta na základe výpočtu jednej fázy. Podľa stavu problému existujú tri fázy. V dôsledku toho môže byť prúd rozdelený do fáz. Pre jednoduchosť predpokladáme jednotné rozdelenie:
jaty = 162/3 = 54 A
Krok č. 6. Prúd na fázu:
jaF = 38 + 54 = 92 A
Krok č. 7. Zariadenia a domáce spotrebiče nebudú fungovať súčasne, s výnimkou toho si stanovíme maržu rovnajúcu sa 1,5. Po použití korekčných faktorov:
jaF = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Krok č. 8 Aj keď kábel obsahuje 5 žíl, berú sa do úvahy iba trojfázové žily.Podľa tabuľky 8 v stĺpci, trojžilového kábla v zemi, zistíme, že prúd 115 A zodpovedá prierezu jadra 16 mm2.
Krok č. 9, Podľa tabuľky 8 použijeme korekčný faktor v závislosti od charakteristík Zeme. Pre normálny typ pôdy je koeficient 1.
Krok č. 10, Voliteľne vypočítajte priemer jadra:
D = √ (4 x 16 / 3,14) = 4,5 mm
Ak sa výpočet urobil iba silou, bez ohľadu na vlastnosti kábla, prierez jadra bude 25 mm2, Výpočet sily prúdu je zložitejší, ale niekedy šetrí značné peniaze, najmä pokiaľ ide o viacžilové napájacie káble.
Vzťah medzi napätím a prúdom je možné nájsť podrobnejšie tu.
Výpočet úbytku napätia
Každý vodič, okrem supravodičov, má odpor. Preto pri dostatočnej dĺžke kábla alebo vodiča dochádza k poklesu napätia.
Normy PES vyžadujú, aby prierez káblového jadra bol taký, aby úbytok napätia nebol väčší ako 5%.
Tabuľka 9. Odolnosť bežných kovových vodičov (+)
To sa týka predovšetkým nízkonapäťových káblov malého prierezu.
Výpočet úbytku napätia je nasledovný:
R = 2 * (p * L) / S,
Upodložka = I * R,
U% = (Upodložka / Ulin) * 100,
Kde:
- 2 - koeficient v dôsledku skutočnosti, že prúd tečie nevyhnutne v dvoch jadrách;
- R - odpor vodiča, Ohm;
- ρ - špecifický odpor vodiča, Ohm * mm2/ m;
- S - časť vodiča, mm2;
- Upodložka - pokles napätia, V;
- U% - pokles napätia vzhľadom na Ulin,%.
Pomocou vzorcov môžete nezávisle vykonať potrebné výpočty.
Príklad výpočtu
úloha: vypočíta sa úbytok napätia medeného drôtu s prierezom jedného jadra 1,5 mm2, Na pripojenie jednofázového elektrického zváracieho stroja s celkovým výkonom 7 kW je potrebný drôt. Dĺžka drôtu 20 m.
Ak chcete k domácej vetve pripojiť zvárací stroj pre domácnosť, mali by ste zohľadniť situáciu, pre ktorú je kábel navrhnutý. Je možné, že celkový výkon ovládacích zariadení môže byť vyšší. Najlepšie je pripojenie spotrebiteľov k jednotlivým pobočkám
rozhodnutie:
Krok 1. Odpor medeného drôtu vypočítame pomocou tabuľky 9:
R = 2 * (0,0175 x 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Krok 2. Prúd tečúci pozdĺž vodiča:
I = 7000/220 = 31,8 A
Krok č. 3. Pokles napätia na vodiči:
Upodložka = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
Krok č. 4. Vypočítame percento poklesu napätia:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Záver: Na pripojenie zváracieho stroja je potrebný vodič s veľkým prierezom.
Výpočet prierezu vodiča podľa vzorcov:
Odporúčania odborníkov na výber produktov z káblov a drôtov:
Vyššie uvedené výpočty platia pre medené a hliníkové vodiče pre priemyselné použitie. Pre ostatné typy vodičov je celkový prestup tepla vopred vypočítaný.
Na základe týchto údajov sa maximálny prúd schopný pretekať vodičom vypočíta bez toho, aby spôsobil nadmerné zahrievanie.
Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa metodiky výpočtu prierezu káblov alebo ak sa chcete podeliť o svoje osobné skúsenosti, zanechajte prosím komentáre k tomuto článku. Spätná väzba sa nachádza nižšie.