Расчет сечения кабеля: для чего делать расчет, формулы, таблицы и примеры расчета

Электрика

Не стоит полагаться на авось при замене электропроводки. Безопасность работ требуют произвести массу расчётов, что позволят избежать негативных последствий — нагрева проводов, их произвольного возгорания. Как грамотно распознать сечение провода? Сделать расчёт сечения кабеля по мощности, вычислить его по току, узнать причины падения напряжения. Всё это в нашем обзоре с примерами расчётов и видео.

Содержание (развернуть)

Несколько базовых понятий

Во избежание двусмысленности, ряд базовых аспектов необходимо раскрыть подробнее.

Провода одножильные и многожильные

На практике встречаются проводники, уложенные в виде одного силового кабеля, либо представляющие собой пучок жил. Оба варианта с позиции электропроводимости тождественны. Несмотря на то, что использование одножильного провода является оптимальным решением с точки зрения экономии материалов и простоты, к нему прибегают не всегда. Если в приоритете гибкость кабеля, прокладка осуществляется в местах с различными разветвлениями, то стоит задуматься о конструкции многожильного провода, элементы которого перекручены в косичку, отделены изоляцией друг от друга. Жёсткие одножильные провода целесообразнее применять на статических участках, таких как заливные кладки, многожильные — в зонах, требующих подвижности. Ярким примером выступают кабели питания бытовой техники, световых установок.

Среди электриков бытует мнение, что использование провода с большим количеством жил приводит к его дальнейшему окислению. Несмотря на оплётку изоляции проводника, под неё попадает кислород из воздушного пространства, который влияет на окисление поверхности медного провода. Количество проводников прямо пропорционально увеличению площади окисления, влияющей на уменьшение площади сечения. Наибольший катастрофический эффект окисления проявляется у краёв среза кабеля, а также в комнатах с перепадом разниц температур и местах повышенной влажности. Поэтому монтажники рекомендуют использовать моножилу, устойчивую к окислению и сохранению первоначального сечения, так важного при проведении расчётов в дальнейшем.

Диаметр и площадь поперечного сечения провода

Диаметр и площадь поперечного сечения провода

Важнейшие аспекты, взаимозависимые между собой, которые зачастую путают. Для упрощения понимания разницы, представим их схематично:

Слева в окружности в виде прямой представлен диаметр проводника, который отображается в миллиметрах. Справа заштрихованная область — площадь торцевого сечения проводника, измеряется в квадратных миллиметрах. Во многих справочниках речь идёт о сечении, в связи с тем, что по данному критерию происходит классификация различных наименований проводов (кабелей). При невозможности идентифицировать наименование кабеля, расчёт торцевого сечения происходит на основе полученных значений длины диаметра, что легко измеряется микрометром, штангенциркулем.

Из основ геометрии известно — площадь круга рассчитывается по формуле:

S = π·d2/4 ≈ 3,14·d2/4 ≈ 0,785·d2

Обозначение примерного равенства (≈) в данном случае используется с целью округления π в пределах сотых (установленно π ≈ 3,14…).

Это простое выражение расчёта сечения одножильного проводника. При определении сечения неустановленного провода, состоящего из множества жил требуется посчитать их общее количество, распустив косичку, после чего, используя точный инструмент — штангенциркуль, распознать диаметр одной жилки. Полученную сумму жилок обозначаем буквой n и подставляем в предыдущую формулу, преобразовав её в следующий вид:

S = n·π·d2/4 ≈ n·3,14·d2/4 ≈ 0,785·n·d2

Калькулятор пересчёта диаметра проводника в площадь его поперечного сечения

Представляет собой универсальный инструмент или программу, переводящую численность проволочек жилы, а также диаметр одного проводника в общую площадь его сечения. Известные параметры вносятся в подготовленные реквизиты программы, после чего в режиме онлайн происходит точный расчёт площади торционного сечения.

Основные электрические параметры сети

При осуществлении будущих расчётов пригодятся формулы, отражающие взаимосвязь между базовыми электрическими характеристиками.

Главной формулой цепей периодического, постоянного тока служит небезызвестный закон физика Ома, говорящий¸ «сила тока…прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению…». Отображается:

I = U/R

I — сила тока.

U — разница потенциалов напряжения.

R — электрическое сопротивление.

Из вышеуказанной формулы проистекают другие:

U = I·R

R = U/I

Стоит сфокусировать также внимание на мощности электротока.

Первым делом определяем показатель работы, проделанной электрическим током. Он равен умножению силы тока на напряжение и на продолжительность промежутка времени, за который этот рабочий процесс происходит. Однако более выразительным значением является мощность как оценка работы, сделанной за определённый временной цикл.

A = I·U·Δt

где А — работа электротока.

Δt — продолжительность цикла в секундах.

где P — мощность электротока.

Основополагающая формула является источником множества производных от неё других формул, раскрывающих взаимозависимость всех электрических характеристик сети по отношению к мощности. Не стоит забывать о таких влияющих величинах, как материи изготовления провода, его геометрических характеристиках. Их связь определяется формулой:

R = p·L/S

где р — изолированное сопротивление материального ресурса, из которого выполнен провод. Показатель отражает степень сопротивления провода протяжённостью в 1 метр с площадью торционного сечения один кв. мм. В повседневной жизни в электроцепях используются алюминий, либо медь. Изредка вставляют стальные проводки в виде токонесущих элементов электротехнической конструкции. У алюминия установлено удельное сопротивление составляет 0,029 ом/м, меди ниже - 0,0175 ом/м, что подтверждает истину — медь лучший проводник электричества.

Немаловажно знать показатели, влияющие на резистивную утрату мощности на удлинённых линиях:

L — метровая протяжённость цепи.

S — площадь торционного сечения провода.

Обращаем внимание ещё на одной взаимозависимости, затронутой ранее. Это — общее количество тепла, выдаваемого проводом во время прохождении электротока по нему. Известно выражающее его уравнение Джоуля-Ленца.

Q = I²·R·Δt

из которой следует, что нагрев провода находится в квадратной корреляции от силы тока, сопротивления. Отсюда вывод — при равных значениях показателей медная жила имеет уменьшенное сопротивление по сравнению с алюминиевой, а значит, при такой же нагрузке медносодержащая греется намного меньше.

Стоит упомянуть о плотности тока — это общая сумма ампер на единицу площади рассечения провода. Данный параметр необходим при анализе проводки в целом. Пусть часть определений не используются напрямую для расчёта сечения, но их представление поможет раскрыть взаимосвязи, увидеть, как изменение одного параметра оказывает влияние на другой.

Материалы изготовления проводки

В качестве материалов изготовления проводников используют медь или алюминий. Специфика использования сплавов других металлов очень узка и ограничена. При сравнении вышеуказанных металлов, алюминий уступает по многим показателям. Чего стоит одно удельное сопротивление — у медносодержащих оно в полтора раза ниже, чем у алюминиевых. Кислород несомненно оказывает разрушительное влияние на оба металла, вступая в контакт с поверхностью проводника, но в случае с медью он не понижает её токопроводимые свойства, в том числе в местах, где проходят контактные спайки. Этого нельзя сказать об алюминиевых контактах, где под воздействием кислорода образуется окислы схожие по свойствам с диэлектриками. Неудивительно, что они нуждаются в зачистке, а зачастую, в применении специальных составов, защищающих алюминий от разъедания металла.

Степень прочности меди также выше чем у алюминия. При кажущейся ослабленной структуре сломать медный провод сложнее. Благодаря пластичности тот будет только гнуться, тогда как алюминий сломается по сгибу после нескольких повторных движений. Эти физические преимущества меди прекрасно реализуются, когда при обжиме формируются качественные контакты. Недостаток упругости алюминия сводится к его текучести после обжима. Вследствие чего прочность механического соединительного контакта на постоянной основе снижается. Это принуждает пользователя его регулярно подтягивать. Если речь идёт о таком способе соединений контактов, как пайка, то сплав алюминия также проигрывает по данному вопросу. Медь легко плавится без применения сложных технологических операций. Для сплавов алюминия потребуются специальные припои, вспомогательные материалы. Процесс пайки затруднителен по времени и сложности проведения. Почему же тогда алюминий вообще используют в электроцепях? Он дешевле меди и по весу в 3 раза её легче. Видимо поэтому в прошлом веке он широко использовался при строительно-монтажных работах в многоэтажных зданиях.

По нормативам действующих ПУЭ пункт семь раздел 1.34 в прокладке электролинии для жилого сектора должна использоваться только медь.

Эксперты настоятельно не рекомендуют использовать алюминий в электросетях. В качестве аргументов приводят причины:

  • Скрутки алюминия сложно спаять, полученные же спаянные контакты не очень надёжны.
  • Хрупкость металла приводит к переломам проводов, если их несколько раз случайно изогнули.
  • Высокая сопротивляемость проводника будет «съедать» силу тока. В конечном счёте это оказывает влияние на расход электроэнергии.

Используя медь, вы избежите множества проблем, её провода прослужат длительное время и не будут требовать повторного вмешательства в процесс подачи электричества в дом.

Как правильно определить сечение провода

Как правильно определить сечение провода

Существует ряд факторов, влияющих на расчёт показателей сечения проводов, предназначенных для укладки в цепь:

  • Длина кабеля, ведь чем она больше, тем более подверженнее потерям энергии. Причинами этого служит увеличение параметров сопротивления, возрастающего параллельно увеличению протяжённости провода. Особенно прослеживается этот момент при использовании в проводках алюминиевых сплавов. Если использовать медносодержащие провода в процессе формирования электропроводки в жилом помещении, протяжённость кабеля особо не учитывают. Хватает запаса в диапазоне от 20 до 30% при прокладывании скрытой проводки для компенсации потерь при повышении сопротивления из-за протяжённости провода.
  • Тип проводов — медный или алюминиевый.
  • Конструкция электрощита. Тут важнопонимать, что если весь комплекс проводов, являющихся источниками потребления в доме, подключаются к одному автомату, то он по умолчанию будет являться слабым звеном в электросистеме. Любая повышенная нагрузка повлияет на увеличение температуры клемм на колодках. Нарушенный номинал будет постоянно срабатывать. Специалисты советуют делить электропроводку на несколько независимых линий, установив для каждой отдельный автомат.

Приведённые критерии не являются исчерпывающими. К ним стоит отнести: тип изоляции, способы прокладки кабеля, температурные условия, степень влажности помещения, максимальные показатели перегрева, а также разницу мощностей всех токоприёмников. Учёт всех этих характеристик увеличивает точности расчётов, их эффективность применения энергии в тех масштабах, которые необходимы. Более того, грамотные расчёты помогут минимизировать риски перегрева, быстрого разрушения слоя изоляции проводов.

Для бытовых нужд разработаны стандартизированные правила использования оптимальных величин кабельного сечения: для розеток размещённых в помещениях нужно применять проводники с торционным сечением 3,5 квадратных миллиметра; для элементов направленного освещения стоит воспользоваться проводами, имеющими сечением в полтора квадратных миллиметра; приборам повышенной мощности нужны провода площадью сечения от четырёх до шести квадратных миллиметров.

Расчёт сечения по мощности потребителей

Расчёт сечения по мощности потребителей

При оптимальном значении сечения электричество дойдёт до конечного потребителя без нагрева проводника. По какой причине возникает нагрев? На примере простого чайника, включённого в розетку можно увидеть, что он потребляет мощность два киловатта. Когда провод, проложенный к розетке способен передать лишь один киловатт, то страдает пропускная способность из-за степени сопротивления проводника, вследствие чего провод нагревается, а вместе с ним и изоляция, которая под воздействием высоких температур разрушается. При правильно рассчитанном сечении электроток до потребителя дойдёт полностью, причин нагревания проводов не возникнет. Исходя из чего при прокладке электропроводки, стоит учесть потребляемую мощность всех электроприборов в совокупности. Найти такое значение несложно в техпаспорте электроприбора, либо на приклеенной к корпусу наклейке. Складывая максимальные показатели приборов, можно использовать вычисление: I=(P1+P2+Р3+…+Pn)/220.Как результат - выходит значение полной силы тока. Рп в данном контексте означает указанную в техдокументации мощность электрического прибора, при стандартном напряжении 220 В.

Применительно к 3-хфазной системе выражение преобразуется: I=(P1+P2+Р3+….+Pn)/√3/380.Конечное значение измеряется Амперами, и на его базе подбирается необходимое сечение проводника. Установлено, пропускная способность медносодержащего проводника — десять А/мм, тогда как алюминиевого всего восемь А/мм. Для вычисления сечения провода, требуется величину тока поделить на вышеуказанные параметры в зависимости от состава кабеля.

Для примера, произведём расчёт такой величины при подключении микроволновой печи с грилем, потребляемая мощность образует 2 тыс.200 Вт. Тогда, I = 2200 Вт/220 В=10 А. Для увеличения запаса прочности, исходя из золотого правила «5 Ампер» к полученному результату прибавляем обозначенные пять Ампер и получаем 15 Ампер. С учётом стандартной прокладки 3-хжильных кабелей в помещении квартиры, используя таблицу, можно увидеть, для установки микроволновки понадобится провод сечением не меньше двух кв. мм.

Этап # 1 — расчёт реактивной и активной мощности

Этап # 1 — расчёт реактивной и активной мощности

Как уже говорилось, мощности потребителей учтены в технической документации оборудования. В их содержании мощность отражается в двух положениях: активной, реактивной. Приборы с активной нагрузкой преобразуют всю взятую электроэнергию в полезную — механическую, тепловую, либо другие виды энергии. К таким приборам можно отнести микроволновые печи, стиральные машины, светильники.

Вычислительная формула для такой категории оборудования представлена следующим образом :

P = U·I,

Оборудование с реактивной нагрузкой накапливает энергию приходящую от источника, после чего отдает её обратно. Это своеобразный бартер посредством смещения кривой по графику силы тока, напряжения.

К устройствам, обладающим реактивной мощностью причисляют электродвигатели, трансформаторы и другие электроприборы различных промышленных масштабов.

Когда происходит смещение фаз между кривыми графика силы тока, напряжения, мощь стремится к своему отрицательному значению. В таком случае устройства отдают аккумулируемую энергию назад к источнику. Известно, что электросети осуществляют передачу электричества в одном направлении от источника сети к нагрузке. В связи с чем вернувшаяся энергия с реактивной составляющей относится к вредной. Она нагревает проводники, другие элементы сети.

Реактивная мощность зависит от градуса смещения фаз графического отображения тока, напряжения. Этот угол отражается посредством cоsφ.

Для определения полной мощности используют формулу:

P = Q/cоsφ,

при этом Q — реактивная мощность.

В техническом паспорте оборудования содержатся количественные значения реактивной мощности, а также cоsφ.

Например: в документации на электродрель прописана реактивная мощность 1100 ВАр, а также cоsφ равный 0,7. Значит, общая мощность вычисляется:

P = 1100/0,7 = 1571 Вт.

В случаях если cоsφ не получается определить, то следует знать, что львиная доля бытовой техники имеет показатель cоsφ равный 0,7.

Этап # 2 — поиск коэффициентов одновременности и запаса

K — безразмерный коэффициент одновременности. Он определяет численность потребителей единовременно подсоединившихся к сети. Ситуации, когда все электроприборы сразу включены в сеть, встречаются крайне редко. Никто не слушает одновременно магнитофон, телевизор и музыку через компьютерные колонки. Но если всё-таки вы решили провести эксперимент, включив все приборы, то в этом случае К будет = 1. В повседневном использовании его значение ниже, около 0,8.

J — безразмерный коэффициент запаса. Он олицетворяет образование запаса мощности для последующих потребителей. Обычно значение J рассматривается в диапазоне от полутора до двух. Не исключено, что в обозримом будущем показатель J станет больше, так как в нашу жизнь входит всё больше полезных элетроприборов.

По оценке экспертов к середине текущего века уровень потребления электричества возрастёт до 84%.

Этап # 3 — выполнение расчёта геометрическим методом

При вычислении показателей необходимых для электромонтажных работ за основу берётся площадь торционного сечения провода. Этот параметр измеряется в квадратных миллиметрах. Иногда возникает необходимость произвести расчёты показателя исходя из внешнего диаметра проволоки. В таком случае используем геометрическую формулу одножильного провода, имеющего округлое сечение:

S = πхR2 = πхD2/4,

при этом:

D = √(4·S/π).

Формула для проводов, имеющих прямоугольное сечение:

S = hхm,

при этом: S — площадь жилы в квадратных мм; R — радиус проводника; D — это непосредственно диаметр провода, состоящий из суммы двух радиусов; h, m — соответствующая высота, ширина. Всё измеряется в миллиметрах. Число π всем известно — 3,14159…

В случае использования многожильного провода, где обычный провод состоит из нескольких завитых проводков округлого сечения, то рассчитывать площадь нужно:

S = nхD2/1,27,

где n — численность проводков в жиле.

Известно, что провода, состоящие из свитых проводков обладают лучшей проводимостью, по сравнению с одножильным. Это продиктовано спецификой протекания электричества по проводу округлого сечения.

Этап # 4 — рассчитываем сечение по мощности на практике

В качестве примера приведём задачу с такими условиями: суммарная мощность реактивных потребителей в гостиной составляет пять тысяч Вт. Все потребители подсоединены к обычной однофазной сети, подпитываются от одной линии.

Решение:

Если брать за основу базовое значение К = 0,8 с учётом будущих покупок техники домой, а также предусмотреть коэффициент запаса J=2,0, тогда расчётная мощность выливается в такое решение:

P = 5000·0,8·2 = 8000 Вт.

Ищем ближайшее значение в соответствующей таблице. Наиболее приближённым с таким значением применительно к сети с одной фазой будет медный провод с площадью сечения четыре кв. мм. Такой же алюминиевый провод потребует площадь сечения шесть кв. мм. При проведении проводки, имеющей только одну жилу, минимальный диаметр для разных основ провода — 2,3 мм и 2,8 мм. При проведении многожильной проводки, каждая жилка замеряется, и в дальнейшем их значения приплюсовываются.

Расчёт сечения по току

Расчёт сечения по току

Для выявления выверенных сверхточных результатов требуется провести расчёты сечения по току и мощности проводника. Данные вычисления помогают проанализировать влияние множества факторов, влияющих на проводники (вид провода, тепловая нагрузка, условия эксплуатации, вид прокладки). Алгоритм расчёта сводится к этапам:

  • Суммарный выбор мощности потребителей.
  • Вычисление параметров тока, проходящегопо кабелю.
  • Использование специальных таблиц требуемого торционного сечения.

При этом проведении расчёта мощи потребителей по току с имеющимся напряжением осуществляется без каких-либо поправочных коэффициентов. Они учитываются в последующем при сложении всех показателей силы тока.

Этап # 1 — расчёт силы тока по формулам

Из курса физики многие помнят графическую схему в виде колеса, в котором визуально представлены взаимосвязи характеристик электротока (U - напряжения, I - силы тока, P - мощности, R - радиуса жилы). На основе таких зависимостей строятся большинство формул. Например, покажем отношение силы тока от его мощности и уровня линейного напряжения:

I = P/Uл,

Линейное напряжение по умолчанию зависит от источника электроснабжения, а значит бывает одно- и 3-хфазным.

Взаимозависимость фазного напряжения по отношению к линейному:

Uл = Uхcоsφ — при 1-фазном напряжении.

Uл= Uх√3хcоsφ — при 3-хфазном.

В случае с использованием бытовой техники принимают cоsφ=1, тогда линейное напряжение приводят к виду:

Uл = 220 В 1-фазного.

Uл = 380 В 3-хфазного.

После чего складываем величины потребляемого тока:

I = (I1+I2+…IN)хKхJ,

где:

I — общая сила тока;

I1..IN — сила тока отдельного потребителя;

K — коэффициент одновременности;

J — коэффициент запаса.

К коэффициентам K и J применяются стандартные значения вычисления полной мощности.

Встречаются ситуации, когда в 3-хфазной сети через различные фазные проводники протекает ток неравномерной силы. Это говорит о том, что к 3-хфазному кабелю подсоединены одновременно 1-фазные и 3-хфазные потребители. Допустим, запитан 3-хфазный токарный станок и 1-фазное освещение над ним. Возникает резонный вопрос: как тогда производят вычисления площади сечения провода с множеством жил? Ответ кроется в том, что расчёт осуществляется с применением характеристик самой нагруженной жилы.

Этап # 2 — выбор подходящего сечения по таблицам

В правилах эксплуатации электроустановок разработан и предоставлен к ознакомлению целый ряд таблиц, использующихся при выборе требуемого сечения жилы кабеля. Известно, что проводимость проводника зависит от условий температурного режима. У проводников, состоящих из металлов, при резком повышении температуры моментально увеличивается сопротивление. При достижении критического порога процесс автоматически поддерживается, другими словами, чем больше сопротивление, тем выше уровень температуры, опять тем больше сопротивление и по нарастающей, пока проводник полностью не перегорит или не вызовет короткое замыкание. Существуют таблицы, которые показывают отклонение показателей сечения проводников в зависимости от токов и способа укладки. В случаях чтения таблиц применительно к допустимому длительному току используются коэффициенты:

  • 0,68 для пяти-шести жил.
  • 0,63 для семи-девяти жил.
  • 0,6 для десяти-двенадцати жил.

Не стоит забывать о понижающих коэффициентах. Заметим, нулевая и заземляющая жилы в общее число рассчитываемых жил не включены.

По требованиям ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по длительному току, осуществляется с учётом значений не менее пятидесяти процентов от фазной жилы. Стандартный подсчёт и выбор медных жил до шести кв. мм и алюминиевых до десяти кв.10 ммучитывается таким же образом, как для длительного тока.

В ситуациях с использованием увеличенных значений сечений имеются варианты применения понижающего коэффициента:

0,875х√Тпв

Tпв — взаимозависимость продолжительности включения по отношению к продолжительности цикла. Эта продолжительность возникает из расчёта не превышающего по времени четыре минуты. Сам цикл при этом не должен быть по продолжительности более десяти минут.

При выборе кабеля для организации разводки электричества доме из дерева основное внимание сосредотачивают на его огнестойкости.

Таким образом таблицы являются вспомогательным инструментом для пользователя, избегающего самостоятельных расчётов. В табличных формах приведены расчёты, выполненные специалистами по вышеуказанным формулам. Ими очень удобно пользоваться, особенно в условиях ремонта.

В качестве примера приведём наиболее востребованную таблицу расчёта сечения исходя из имеющихся мощностей для меди и алюминия:

 выбор подходящего сечения по таблицам

Этап # 3 — расчёт сечения проводника по току на примере

Рассмотрим решение задачи, где следует рассчитать сечение медносодержащего кабеля для подключения:

  1. 3-хфазноготокарного станка мощностью четыре тысячи Ватт;
  2. 3-хфазногосварочного аппарата мощностью шесть тысяч Ватт;
  3. Бытовой техники в квартире общей мощностью двадцать пять тысяч Ватт;

Подключение планируется произвести с помощью 5-тижильного кабеля (3 жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), протянутых в земле.

Изоляция кабельной продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учесть, что указанное изготовителем рабочее напряжение оборудования должно быть выше напряжения сети.

Решение.

Шаг № 1. Производим вычисление линейного напряжения 3-хфазного подключения:

Uл = 220х√3 = 380 В.

Шаг № 2. Вся бытовая техника, станок и в купе с ними сварочный аппарат имеют реактивную мощность, в связи с чем мощность техники и оборудования составит:

Pтех = 25000/0,7 = 35700 Вт.

Pобор = 10000/0,7 = 14300 Вт.

Шаг № 3. Ток подключения электроприборов:

Iтех = 35700/220 = 162 А.

Шаг № 4. То подключения оборудования:

Iобор = 14300/380 = 38 А.

Шаг № 5. Необходимый ток подключения бытовой техники вычислен из расчёта одной фазы. Однако по условию задачи у нас три фазы. Значит, ток распределяем по фазам. Чтобы не усложнять расчёты, допустим их равномерное распределение:

Iтех = 162/3 = 54 А.

Шаг № 6. Ток поступающий на каждую фазу:

Iф = 38+54 = 92 А.

Шаг № 7. Так как оборудование и электроприборы одновременно эксплуатироваться не будут, а запас заложим равный полтора, то после использования поправочных коэффициентов получим:

Iф = 92·1,5·0,8 = 110 А.

Шаг № 8. Несмотря на то, что структура кабеля имеет пять жил, в расчёт берутся только три фазные жилы. По соответствующей таблице в столбце 3-хжильный кабель в земле находим, что силе тока 115 А соответствует сечение жилы шестнадцать кв. мм.

Шаг № 9. По тем же таблицам применяем поправочные коэффициенты с учётом характеристики земли. У обычного типа земли коэффициент равен единице.

Шаг № 10. Необязательный расчёт на диаметр жилы:

D = √(4·16/3,14) = 4,5 мм.

Если бы вычисления проводились только по мощности, без учёта особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составило бы двадцать пять кв. мм. Конечно, расчёт по силе тока немного сложнее, но он позволяет сэкономить значительные денежные средства при покупке материалов прокладки многожильных силовых кабелей.

Расчёт падения напряжения

Расчёт падения напряжения

Потеря напряжения в кабеле — величина, полученная от разности между установившимися значениями текущего напряжения, измеренного в двух точках системы электроснабжения. При равенстве сопротивлений Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 электротока в нулевом проводе нет, поэтому для 3-хфазных линий потери напряжения вычисляются для одного проводника. В 2-х и 1-фазных линиях, в цепи постоянного тока, он идёт по двум проводникам, в связи с чем по умолчанию вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп1=Zп2).

Расчёт потерь линейного напряжения в кабеле при 3-хфазном переменном токе производится по формулам:
ΔU(в) = (PRL+QXL)/Uл;

ΔU(%) = (100(PRL+QXL))/ Uл² или (если известен ток) ΔU(в) = √3·I(R·cоsφ·L+X·sinφ·L);

ΔU(%) = (100√3·I(R·cоsφ·L+X·sinφ·L))/Uл, где: Q = Uл·I·sinφ
Расчёт потерь фазного напряжения в кабеле производится по формулам:
ΔU(в) = 2·(PRL+QXL)/Uф;

ΔU(%) = 2·(100(PRL+QXL))/Uф² или (если известен ток) ΔU(в) = 2·I(R·cоsφ·L+X·sinφ·L);

ΔU(%) = 2·(100·I(R·cоsφ·L+X·sinφ·L))/Uф, где: Q = Uф·I·sinφ.
При расчёте потерь линейного напряжения U = 380 В (3 фазы).
При расчёте потерь фазного напряжения U = 220 В (1 фаза).
Для постоянного тока cоsφ = 1 (1 фаза).

P — активная мощность в Вт;
Q — реактивная мощность в ВА/р;
R — удельное активное сопротивление, ом/м;
X — удельное индуктивное сопротивление, ом/м;
L — метраж кабеля.
Uл — линейное напряжение.
Uф — фазное напряжение.

Возможная поправка сечения жилы на сопротивление линии

Известно, чтопроводник имеет своё собственное сопротивление. Оба металла, используемых в электрике обладают достойной проводимостью, и на небольших по протяжённости отрезках собственное сопротивление линии не оказывает искажающего влияния на общие параметры цепи. Но если в намерения монтажника входит прокладка линии большей протяжённости, а также в случае изготовления удлинителя, служащего для подключения приборов в определённом удалении от дома, следует вычислить собственное сопротивление, после чего сравнить показатели напряжения с напряжением питания в сети. При падении напряжения более чем на 5% от номинального сетевого значения, правила эксплуатации электроустановок требуют использовать проводники с жилами большего сечения. Допустим, делается переноска-удлинитель сварочного аппарата. Если сопротивление кабеля будет запредельным, провода при нагрузке будут перегреваться, само же напряжение будет слабым.

Собственное сопротивление кабеля (Rk) вычисляется по формуле:

Rk = 2×р×L/S,

2 — длина кабеля умножается на 2, так как путь прохождения тока учитывается в обе стороны.

р — удельное сопротивление жилы кабеля.

L — непосредственная протяжённость кабеля в метрах.

S — площадь торционного сечения жилы.

В большинстве случаев известно, какой ток используется при подключении нагрузки. Рассчитав силу, не составит усилий применить закон Ома, произведя расчёт падения напряжения, сравнив его в дальнейшем с номиналом.

Ur = Rk×I

ΔU(%) = (Ur/Uном)×100

Когда проверочный результат превышает пять процентов, то следует увеличить сечение жил кабеля на шаг. Быстро организовать проверку, используя калькулятор онлайн.

Калькулятор проверки падения напряжения на линии большой протяжённости

Требует введения параметров через онлайн-программу:

  • Номинальное напряжение на линии (вольт).
  • Ток нагрузки покоторому выбиралось сечение провода (ампер).
  • Материал металла.
  • Длина участка в метрах.
  • Сечение токонесущей жилы в кв.мм.

Затем проверяется падение напряжения к номинальному.

Причины нагрева кабеля

Когда во время эксплуатации бытовой техники нагреваются провода, то требуется незамедлительно устранить причины по которым это происходит. К основным факторам и причинам нагрева проводов относятся:

  • Малая площадь сечения, то есть чем объёмнее жилы кабеля, тем маловероятнее их нагрев при проведении электротока. Узнать о параметре можно, установив маркировку кабельной продукции. Как вариант, можно самолично измерить при помощи точных приборов. Конечно при этом провод не должен быть под напряжением.
  • Теплопроводимость металла внутри провода. Медносодержащие провода практически не греются, так как обладают малым сопротивлением, передают напряжение в полном объёме допотребителя.
  • Общее число жил. Одножильные кабели передают большую силу тока, чем многожильные.
  • Метод укладки кабельной продукции, при которой компактноуложенные провода, размещённые в полой трубе греются намного больше тех, что проложены открытым способом.
  • Плохой материал, качествоизоляции. Дешёвые провода имеют соответствующую низкокачественную изоляцию, которая подвержена влиянию высоких температур в большей степени, по отношению к проводам с хорошей обмоткой.

Пример расчёта переноски

Приведём условия задач: требуется рассчитать снижение напряжения медного проводника с поперечным сечением одной жилы полтора кв. мм. Провод необходим в подключении однофазного электросварочного аппарата мощностью семь кВт. Длина провода — двадцать метров. Пользователям, планирующим подключить сварочный механизм к ветке электросети следует учесть силу тока, на которую рассчитан вышеуказанный кабель. Не исключено, что сумма всех мощностей работающих приборов может быть больше. Оптимально — подключить источники потребления к отдельным линиям.

Решение:

Шаг № 1. Рассчитываем сопротивление медносодержащего провода по соответствующей таблице.

R = 2·(0,0175·20)/1,5 = 0,47 ом.

Шаг № 2. Устанавливаем силу тока, проходящую по проводу:

I = 7000/220 = 31.8 Ампер.

Шаг № 3. Вычисляем снижение напряжения провода:

U = 31,8·0,47 = 14,95 Ватт.

Шаг № 4. Делаем расчёт снижения напряжения:

U% = (14,95/220)·100 = 6,8 процентов.

Итог: для подключения сварочного аппарата, нужен проводник большего сечения.

Видео: как правильно выбрать сечение провода

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru