Расчет сечения кабеля по мощности и току

Не правильно подобранный кабель может привести к перегреву проводки и короткому замыканию. В статье по шагам описано, как рассчитать сечение проводки в зависимости от требуемой мощности потребления и силы тока.

Рассчитывать сечение проводника необходимо правильно на этапе закладки электропроводки, ибо ошибки в расчетах приводят к превышению мощности потребителей над силой тока, которая может проходить по кабелю. Вследствие недостаточной площади сечения электропроводки возникают перегрев, короткое замыкание, выбивает тумблер счетчика.

Расчет сечения проводника в зависимости от мощности потребления

Необходимое сечение проводников в зависимости от количества потребителей и необходимой им общей мощности электропроводки рассчитываем первым способом.

Для расчета требуемого сечения кабеля, необходимо пройти три этапа подсчетов.

1. На первом этапе рассчитывается два показателя мощности: активная и реактивная.
2. На втором определяется коэффициент единовременности и запаса.
3. Третий этап расчетов предполагает определение сечения кабеля с использованием геометрического метода.

Чтобы определить мощность потребителей в Ваттах, необходимо знать, сколько приборов будут присоединяться к проводке единовременно, какой мощности требует каждый из них в Ваттах и какой запас им нужен в непредвиденных обстоятельствах.

Общую мощность определим путем сложения требуемых каждым потребителем мощностей в Ваттах. Затем перемножим количество единовременных потребителей, общую требуемую мощность в Ваттах и коэффициент запаса:

P=∑P*K*J,

где:

P – общая требуемая мощность электропроводки;

∑P – сумма общей требуемой всеми единовременными потребителями мощности;

K – количество единовременных потребителей;

J – коэффициент запаса.

Диаметр кабеля можно найти экспертным путем, основанным на опыте многих лет.

Таблица 1

Сечение токопроводящих жил в миллиметрах определяем по таблице в зависимости от рассчитанной требуемой общей мощности потребления.

Важно! Сечение жил кабеля рекомендуется выбирать с запасом.

Кроме последовательности подсчетов, важно знать несколько особенностей электропроводников. Чтобы обеспечить возможность доставки электрической энергии до потребителей в нужном объеме, при проектировании сети необходимо учитывать сопротивление материала кабеля.

Электроприборы активного и реактивного типа: расчет мощности

Все приборы, которые питаются от электросети, делятся на два типа:

• активного типа;
• реактивного.

Первый тип электротехники – приборы, демонстрирующие активный вид нагрузки. Их работа состоит в превращении электроэнергии в энергию других типов: механическую, тепловую либо иную другую полезную работу. Устройства первого типа – это обогреватели, телевизоры, компьютерная техника, энергосберегающие и светодиоидные лампы, электроплиты, сварочные аппараты.

Второй тип приборов демонстрируют нагрузку реактивного вида. Они работают по принципу накопления полученной из сети электроэнергии, которую затем возвращают в сеть обратно. Происхождение такого типа обмена энергией — смещение синусоид силы тока и напряжения. К категории устройств второго типа причисляют конденсаторы, катушки индуктивности, электродвигатели, трансформаторы.

В документах на электрическое оборудование указывается соответствующий типу прибора показатель мощности: активная или реактивная.

Внимание! Мощность прибора следует смотреть в паспорте к нему!

Мощность проводки для приборов первого типа рассчитывается так:

P=U*I,

где:

P – мощность электросети в Ваттах;

U – напряжение в Вольтах;

I – сила тока в Амперах.

Электросети способны на передачу энергии только в одном направлении – от источника питания к прибору. Электроэнергия, которая идет в обратную сторону, приводит к нагреванию проводки.

Наблюдается зависимость реактивной мощности от угла смещения фаз между силой тока и напряжения, который выражается показателем cosφ.

Мощность электросети в случае с реактивными приборами корректируется по формуле:

P= Q/ cosφ,

где:

Q – реактивная мощность в ВАрах.

Внимание! Оба показателя (Q и cosφ) указываются в паспортах на приборы.

Если не удается найти cosφ, то его значения принимается на уровне 0,7.

В современных условиях приборы реактивного типа практически не используются, поэтому cosφ можно смело не учитывать (принимать за 1).

Определение коэффициента единовременности и запаса

На втором этапе подсчетов необходимо найти два показателя:

• K – количество приборов, которые подключаются к электропроводке и работают в одно и то же время;
• J – коэффициент запаса.

Что они означают и как их рассчитать?

Коэффициент единовременности следует понимать как долю приборов из всех имеющихся в доме, причем только тех из них, что предполагается подключать к сети в одно и то же время.

Обычно нет необходимости в одновременной работе всех устройств. С такими установками K принимают равным 0,8. Однако, если планируется подключать все, что есть в доме, в одно и то же время, тогда рекомендуется принять K на уровне 1.

Второй показатель запаса принимается с расчетом на перспективу. Предполагается, что потребление электроэнергии будет со временем только возрастать. В следующих периодах в доме появятся новые приборы, питающиеся от электричества.

В зависимости от активности жильцов дома в пользовании новинками электротехники значение J может равняться 1,5 или 2 .

Определение площади сечения электропроводника в поперечном разрезе

В таблицах, рекомендованных к использованию согласно Правил эксплуатации электроустановок, сечение провода в поперечном разрезе определяется разными показателями:

• диаметром кабеля в мм;
• радиусом в мм;
• площадью в мм².

Во всех электротехнических расчетах востребован показатель площади сечения. Он измеряется в мм ².

С целью расчета площади сечения в зависимости от формы кабеля применяются различные формулы.

Площадь монолитного кабеля, имеющего круглое сечение, рассчитывается по формуле:

Для проводов, у которых прямоугольное сечение, применяют формулу:

S=h*m,

где:

S – площадь жилы в поперечном разрезе в мм²;

R – радиус провода в мм;

D – диаметр в мм;

h, — ширина в мм;

m – высота в мм;

π – число, оно равняется 3,14.

В случае использования многожильного кабеля, свитого из проводков круглого сечения, следует делать расчеты по формуле:

S=N*D²/1,27,

где:

N – число жил в кабеле.

Монолитные кабели – более дешевые, используются для стационарного монтажа.

Особенности протекания тока по кабелю заключается в движении одноименных зарядов по жилам, одинаковые заряды отталкиваются друг от друга. Таким образом, плотность распределения зарядов смещается к поверхности кабеля.

Важно! Лучшее качество многожильных проводов подтверждается их лучшей проводимостью, гибкостью и механической стойкостью.

Вместе с тем опытные электрики рекомендуют выбирать медные одножильные провода. Их соединение в клемниках не ослабевает со временем, чего нельзя сказать о многожильных.

Расчет размера поперечного разреза жил кабеля (практический пример)

Приведем практический пример определения сечения электропровода в зависимости от требуемой мощности потребителей по изложенной выше методике.

К примеру, на кухне одновременно работают приборы, имеют совокупную мощность 5000 Вт. Вся техника подключается к единой ветке однофазной сети в 220 В. Мощность приборов реактивного типа пересчитана заблаговременно.

Если планируется покупка и установка дополнительных приборов, в таблице 2 для информации приведены их мощности:

Таблица 2

Показатель единовременности K примем на уровне 0,8, запаса J — 2.

Рассчитываем общую единовременную мощность:

5000 Вт*0,8*2=8кВт

Площади поперечного разреза подходящих проводников смотрим по таблице 1. Для однофазной сети наиболее подходящим будет медный кабель с площадью в поперечном срезе 4 мм², неплох также и алюминиевый, имеющий площадь 6 мм². Для одножильного кабеля соответственно требуются такие минимальные размеры диаметра: из меди — 2,3 мм и из алюминия — 2,8 мм.

При использовании провода, состоящего из большего количества жил, все значения поперечных разрезов каждой жилы складываются.

Расчет требуемой площади проводника в поперечном разрезе в зависимости от силы тока

Излагаем второй путь вычислений.

Вычисления площади поперечного разреза кабеля этим способом дает более надежные результаты расчетов по сравнению с вычислениями в зависимости от требуемой мощности потребления электроэнергии.

Данные подсчеты позволяют заблаговременно предотвратить недостаточную мощность электропроводки, так как позволяют сравнить общую единовременную мощность, требуемую всеми потребителями, и допустимую мощность проводки. В результате появляется возможность закладки кабеля достаточной мощности или с запасом, что уберегает от короткого замыкания и перегорания проводки, а также позволяет пользоваться всей электротехникой без ограничений.

В результате таких расчетов происходит оценка влияния на надежность проводки нескольких факторов:

• повышения температуры от нагревания провода;
• марки материала кабеля;
• эксплуатационных условий;
• типа прокладывания электропроводки.

В ходе исчисления выделяются три шага.

1. Подсчет совокупной мощности всех электроустановок, которые будут подключены единовременно.
2. Определение силы тока в кабеле.
3. Выбор площади поперечного разреза провода по таблице.

Поправочные коэффициенты при втором способе расчетов вводятся в модель в процессе складывания силы тока в отличие от корректировки требуемой совокупной мощности всех единовременных потребителей, как это было продемонстрировано в первом способе.

Определение силы тока

Этот показатель измеряется а Амперах, его значение зависит от мощности сети в Ватах и напряжения в Вольтах. Взаимосвязь между выше указанными показателями выражает формула:

I=P/Uл,

где:

I — сила тока;

P — мощность;

Uл — линейное напряжение.

Важно! Следует различать однофазное и трехфазное напряжение, что определяется типом кабеля для электропроводки.

Совокупная мощность корректируется с учетом того, что некоторые приборы работают по реактивному типу. Коррекцию производят на величину cosφ.

Исходя из расчетных формул для определения совокупной мощности всех питающихся от сети приборов, для одной фазы показатели напряжения умножают на cosφ.

Для трех фаз показатели напряжения умножают на cosφ и на √3.

Для большинства современных электроприборов, использующихся в быту, cosφ приравнивается к 1. Таким образом, напряжение при однофазном источнике питания принимается равным 220 В, трехфазном — 380 В.

Сложим все электротоки, которые потребляются приборами, и откорректируем общую силу тока на коэффициенты единовременности и запаса:

I=∑ I*K*J,

где:

I — общая сила тока в Амперах;

I1… In — силы токов для каждого прибора от 1 до n;

K — показатель единовременности;

J — коэффициент запаса.

Значения показателей K и J следует брать на том же уровне, как и в предыдущих расчетах. Коэффициент единовременности K равен от 0,8 до 1. Показатель запаса J предлагается выбрать в значениях от 1,5 до 2.

Однако, встречаются ситуации, в которых ток проходит через различные жилы трехфазной сети, поэтому является неравнозначным. В этом случае от сети питаются потребители обоих типов. Например, осветительные приборы и станок. В этом случае размеры поперечного разреза кабеля необходимо рассчитывать по наиболее загруженной жиле.

Выбор площади поперечного среза кабеля по таблицам

На проводимость электротока проводником влияет температура. Нагревание проводов из металла происходит во время течения тока по ним. Следовательно, также повышается и сопротивление кабелей.

Всегда есть предел, при достижении которого проводка нагревается до такой степени, что не выдерживает.

Важно! Следует отличать между собой кабель и провод. Разница между ними в том, что у кабеля все жилы имеют собственную изоляцию, они скручиваются в пучок и помещаются в совместную изоляционную оболочку.

Требуемую площадь поперечного разреза кабеля можно выбирать по таблицам, приведенным в Правилах эксплуатации электрических установок.

В таблицах 3 и 4 представлено, какая должна быть площадь поперечного разреза у проводника в зависимости от силы тока и способа укладывания кабеля.

Таблица 3

Сначала предстоит выбрать способ укладки кабеля. Эффективность охлаждения проводки зависит именно от этого.

Таблица 4

Внимание! По соображениям прочности кабели меньше 3 мм² открытым способом в реальности не бывают проложены.

К указанным показателям применяются коэффициенты понижения:

• для пяти- и шестижильного кабеля — 0,68;
• семи- и девятижильного — 0,63;
• десяти- и двенадцатижильного — 0,6.

На них следует умножать значения по столбцу «Открыто». При этом нулевая и заземляющая жилы в счет не входят.

Для нулевой жилы площадь поперечного разреза выбирается на уровне от 50% от фазной — такие рекомендации содержатся в Правилах эксплуатации электросетей.

При различных способах прокладывания кабелей допустимая нагрузка током различается. Она приравнивается друг к другу, если укладка проводки в землю проводится в лотках.

В таблице 5 подаются значения площади сечения кабеля для временных проводок (переносок, частных линий электросети).

Эти значения применяются только для медной проводки типа:

• шнуров типа шланга;
• переносных проводников (шахтных и шланговых);
• прожекторных;
• переносок.

Таблица 5

Если кабели проложены в грунте, кроме свойств теплоотвода, по ним следует рассчитывать и удельное сопротивление. Его рекомендуемые величины приведены в таблице 6.

Таблица 6

В процессе расчетов учитывается поправочный коэффициент, который зависит от типа грунта и его удельного сопротивления.

Для большой площади сечения рекомендуется применять коэффициент понижения 0,875. Он умножается на квадратный корень отношения длительности включения (до 4 минут) к длительности цикла (до 10 минут).

Важно! Для деревянного дома при прокладывании электропроводки уделяют значительное внимание огнестойкости кабеля.

Расчет диаметра сечения кабеля (пример)

Условие. Необходимо рассчитать площадь сечения медного кабеля, если планируется подключение таких потребителей:

• станка (4000 ВТ);
• аппарата (6000 ВТ);
• бытовых устройств (25000 ВТ).

Станок и аппарат — трехфазные.

Планируется прокладывать 5-фазный кабель:

• с тремя фазными жилами;
• 1 нулевой;
• 1 жилой заземления.

Кабель планируется прокладывать в грунте.

Важно! Изоляция проводников зависит от напряжения, значение которого должно быть больше, чем напряжение в электросети.

Производим расчеты.

1. Определяем напряжение для 3-фазного подключения: Uл=220*√3=380В.
2. Находим реактивную мощность приборов, которые будут питаться от электросети: 25000: 0,7= 35700 Вт и 10000: 0,7= 14300 Вт.
3. Определяем, какой ток необходим для подключения бытовых приборов: 35700:220= 162А.
4. Находим ток для подсоединения станка и аппарата: 14300:380=38А.
5. Так как показатели тока, от которого будет питаться бытовая техника, подсчитаны для одной фазы, то его можно распределить по трем фазам кабеля равномерно: 162:3=54А.
6. Подсчитываем, какой ток будет проходить через одну фазу: 38+54= 92А.
7. Допустим, что все устройства не будут работать одновременно, коэффициент запаса — 1,5: 92*1,5*0,8= 110А.
8. В расчет берем только три жилы кабеля из пяти. По таблице 8 находим, что проложенный в земле 3-жильный кабель при 115 А тока должен иметь сечение жилы 16 мм^2.
9. Применяем коэффициент 1 для грунта.
10. Рассчитаем диаметр жилы как √4*16/3,14. Получим 4,5 мм.

Важно! Без учета особенностей прокладки кабеля диаметр сечения жилы по мощности составляет 25 мм², с учетом — 16. Можно сэкономить деньги при прокладывании многожильных кабелей.

Расчет падения напряжения

В любых проводниках при значительной длительности кабельной линии падает напряжение, поскольку им свойственно сопротивление.

По нормам Правил эксплуатации электроустановок (таблица 7), площадь сечения проdjдников должна допускать потерю напряжения до 5%. Особенно это касается линий, имеющих малое сечение.

Таблица 7.

Формулы, используемые для определения потери напряжения:

R=2*(p*L)/S,

Uпад=I*R,

U%=(Uпад/Uлин)*100,

где:

2 — коэффициент двухжильности электрической проводки, так как ток протекает по 2 жилам одновременно;

R — сопротивление в Омах;

p — удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м;

S — площадь сечения, мм²;

Uпад — падение напряжения, В;

U% — падение напряжения относительно к линейному напряжению в %.

Пример. Однофазный медный провод длиной 20м с сечением 1,5 мм². Подключаем аппарат, он потребляет 7 кВт электроэнергии.

Важно! Прежде, чем подключать сварочный аппарат, необходимо рассчитать силу тока. Возможно, что она окажется ниже, чем совокупная мощность потребителей.

Если сила тока недостаточна, рекомендуется подключать разные приборы к разным веткам электропроводки.

Расчитывать падение напряжения будем в такой последовательности.

1. Определим сопротивление кабеля из меди по таблице 9.

R=2×(0,0175×20м)/1,5=47 Ом.

2. Найдем силу тока, которая будет проходить по проводнику.

I=7000/220=31,8 А.

3. Определим падение напряжения.

Uпад=31,8×0,47=14,95 В.

4. Ищем процент падения напряжения.

U%=(14,95/220)×100=6,8%.

По результатам расчетов напрашивается вывод, что данный кабель будет недостаточным для сварочного аппарата. Чтобы не происходили сбои в электросети, необходимо использовать проводку с большей площадью сечения.

Онлайн калькулятор расчета сечения кабеля по мощности и току

Таким образом, ошибки в расчетах при проектировании электросетей приводят к плачевным последствиям. Электросеть может не выдержать нагрузки и дать сбои. В процессе вынужденного ремонта требуются значительные вложения средств. Чтобы такого случая не произошло, электросеть следует проектировать исходя из предварительных расчетов площади сечения кабеля в зависимости от требуемых киловаттов потребления электричества всеми имеющимися приборами и силы тока в электропроводке. На практических примерах в статье был показан ход вычислений двумя способами. В расчетах учтены различия в мощности приборов активного и реактивного типа, коэффициенты единовременности и запаса, а также падения напряжения и сопротивления проводки. Изложена теоретическая база расчетов, приведены таблицы с экспертными данными.

Как вам статья?