Kabeļa šķērsgriezuma aprēķins pēc jaudas un strāvas: kā pareizi aprēķināt vadu

Vai plānojat darīt elektrotīkla modernizācija vai papildus pagarināt elektrības vadu līdz virtuvei, lai pieslēgtu jaunu elektrisko plīti? Šeit noderēs minimālas zināšanas par vadītāja šķērsgriezumu un šī parametra ietekmi uz jaudu un strāvu.

Piekrītiet, ka nepareizs kabeļa šķērsgriezuma aprēķins izraisa pārkaršanu un īssavienojumu vai nepamatotas izmaksas.

Ir ļoti svarīgi veikt aprēķinus projektēšanas stadijā, jo neveiksmes slēptā elektroinstalācija un turpmāka nomaiņa ir saistīta ar ievērojamām izmaksām. Palīdzēsim izprast aprēķinu smalkumus, lai izvairītos no problēmām turpmākajā elektrotīklu darbībā.

Lai neapgrūtinātu jūs ar sarežģītiem aprēķiniem, esam izvēlējušies skaidras formulas un aprēķinu iespējas, sniedzām informāciju pieejamā veidā un nodrošinājām formulas ar paskaidrojumiem. Rakstam pievienotas arī tematiskas fotogrāfijas un video materiāli, kas ļauj skaidri izprast izskatāmā jautājuma būtību.

Šķērsgriezuma aprēķins patērētāja jaudai

Vadītāju galvenais mērķis ir piegādāt patērētājiem elektroenerģiju vajadzīgajā daudzumā. Tā kā parastos darbības apstākļos supravadītāji nav pieejami, jāņem vērā vadītāja materiāla pretestība.

Nepieciešamās sadaļas aprēķins vadītāji un kabeļi atkarībā no patērētāju kopējās jaudas ir balstīta uz ilgtermiņa darbības pieredzi.

Sāksim vispārējo aprēķinu gaitu, vispirms veicot aprēķinus, izmantojot formulu:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Kur:

• P – visu aprēķinātajai atzarai pieslēgto patērētāju jauda vatos.
• P1, P2, PN – pirmā, otrā, n-tā patērētāja jauda, ​​attiecīgi, vatos.

Saņemot rezultātu aprēķinu beigās, izmantojot iepriekš minēto formulu, bija pienācis laiks pievērsties tabulas datiem.

Tagad jums ir jāizvēlas vajadzīgā sadaļa saskaņā ar 1. tabulu.

1. tabula. Vada šķērsgriezums vienmēr ir jāizvēlas līdz tuvākajai lielākajai malai (+)

Posms #1 - reaktīvās un aktīvās jaudas aprēķins

Patērētāju jaudas ir norādītas aprīkojuma dokumentos. Parasti aprīkojuma datu lapās ir norādīta aktīvā jauda kopā ar reaktīvo jaudu.

Ierīces ar aktīvo slodzes veidu pārvērš visu saņemto elektroenerģiju, ņemot vērā efektivitāti, lietderīgā darbā: mehāniskā, termiskā vai cita veida.

Ierīces ar aktīvo slodzi ietver kvēlspuldzes, sildītājus un elektriskās plītis.

Šādām ierīcēm jaudas aprēķins pēc strāvas un sprieguma ir šāds:

P=U*I,

Kur:

• P – jauda W;
• U – spriegums V;
• es – strāvas stiprums A.

Ierīces ar reaktīvo slodzi spēj uzkrāt enerģiju, kas nāk no avota, un pēc tam to atgriezt. Šī apmaiņa notiek strāvas sinusoīda un sprieguma sinusoīda nobīdes dēļ.

Pie nulles fāzes nobīdes jaudai P=U*I vienmēr ir pozitīva vērtība. Ierīcēm ar aktīvo slodzes veidu ir šāds strāvas un sprieguma fāžu grafiks (I, i - strāva, U, u - spriegums, π - pi vienāds ar 3,14)

Ierīces ar reaktīvo jaudu ietver elektromotorus, visu izmēru un mērķu elektroniskās ierīces un transformatorus.

Ja starp strāvas sinusoīdu un sprieguma sinusoīdu ir fāzes nobīde, jauda P=U*I var būt negatīva (I, i - strāva, U, u - spriegums, π - pi vienāds ar 3,14). Reaktīvās jaudas ierīce atgriež uzkrāto enerģiju atpakaļ avotā

Elektriskie tīkli ir izbūvēti tā, lai tie varētu nodot elektrisko enerģiju vienā virzienā no avota uz slodzi.

Tāpēc patērētāja ar reaktīvo slodzi atgrieztā enerģija ir parazitāra un tiek iztērēta vadītāju un citu komponentu sildīšanai.

Reaktīvā jauda ir atkarīga no fāzes leņķa starp sprieguma un strāvas sinusoīdiem. Fāzes nobīdes leņķi izsaka caur cosφ.

Lai uzzinātu kopējo jaudu, izmantojiet formulu:

P = Q / cosφ,

Kur J – reaktīvā jauda VAR.

Parasti ierīces datu lapā ir norādīta reaktīvā jauda un cosφ.

Piemērs: āmura urbjmašīnas pasē norādīta reaktīvā jauda 1200 VAr un cosφ = 0,7.Tādējādi kopējais enerģijas patēriņš būs vienāds ar:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Ja cosφ nevar atrast, lielākajai daļai mājsaimniecības elektroierīču cosφ var pieņemt vienādu ar 0,7.

2. posms - vienlaicības un starpības koeficientu meklēšana

K – bezdimensiju vienlaicības koeficients, parāda, cik daudz patērētāju var vienlaikus pieslēgt tīklam. Reti gadās, ka visas ierīces vienlaikus patērē elektroenerģiju.

Televizora un mūzikas centra vienlaicīga darbība ir maz ticama. No iedibinātās prakses K var pieņemt vienādu ar 0,8. Ja plānojat izmantot visus patērētājus vienlaikus, K ir jāiestata uz 1.

Dž – bezizmēra drošības koeficients. Raksturo jaudas rezerves izveidi nākamajiem patērētājiem.

Progress nestāv uz vietas, katru gadu tiek izgudrotas jaunas pārsteidzošas un noderīgas elektriskās ierīces. Paredzams, ka līdz 2050. gadam elektroenerģijas patēriņš pieaugs par 84%. Parasti J tiek uzskatīts par vērtību no 1,5 līdz 2,0.

#3 posms - aprēķinu veikšana, izmantojot ģeometrisko metodi

Visos elektriskajos aprēķinos tiek ņemts vadītāja šķērsgriezuma laukums - serdes šķērsgriezums. Mērīts mm².

Bieži vien ir jāiemācās pareizi aprēķināt stieples diametrs vadītāju vadi.

Šajā gadījumā monolītam apaļajam vadam ir vienkārša ģeometriskā formula:

S = π*R² = π*D²/4, vai otrādi

D = √(4*S/π)

Taisnstūrveida vadītājiem:

S = h * m,

Kur:

• S – serdes laukums mm²;
• R – serdes rādiuss mm;
• D – serdes diametrs mm;
• h, m – platums un augstums attiecīgi mm;
• π — pi ir vienāds ar 3,14.

Ja iegādājaties savītu vadu, kurā viens vadītājs sastāv no daudziem savītām apaļa šķērsgriezuma vadiem, tad aprēķinu veic pēc formulas:

S = N*D²/1,27,

Kur N – vadu skaits serdē.

Vadiem, kuru serdeņi ir savīti no vairākiem vadiem, parasti ir labāka vadītspēja nekā monolītajiem. Tas ir saistīts ar strāvas plūsmas īpatnībām caur vadītāju ar apaļu šķērsgriezumu.

Elektriskā strāva ir līdzīgu lādiņu kustība pa vadītāju. Tāpat kā lādiņi atgrūž viens otru, tāpēc lādiņu sadalījuma blīvums tiek novirzīts uz vadītāja virsmu.

Vēl viena savīto vadu priekšrocība ir to elastība un mehāniskā pretestība. Monolītās stieples ir lētākas un galvenokārt tiek izmantotas stacionārai uzstādīšanai.

4. posms — aprēķiniet jaudas šķērsgriezumu praksē

Uzdevums: kopējā patērētāju jauda virtuvē ir 5000 W (tas nozīmē, ka visu reaktīvo patērētāju jauda ir pārrēķināta). Visi patērētāji ir savienoti ar vienfāzes 220 V tīklu un tiek baroti no vienas filiāles.

2. tabula. Ja nākotnē plānojat pieslēgt papildu patērētājus, tabulā ir norādīta kopējās sadzīves tehnikas nepieciešamā jauda (+)

Risinājums:

Ņemsim vienlaicības koeficientu K, kas vienāds ar 0,8. Virtuve ir pastāvīga inovāciju vieta, nekad nevar zināt, drošības koeficients ir J=2,0. Kopējā paredzamā jauda būs:

P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW

Izmantojot aprēķinātās jaudas vērtību, mēs meklējam tuvāko vērtību 1. tabulā.

Tuvākais piemērotais dzīslas šķērsgriezums vienfāzes tīklam ir vara vadītājs ar šķērsgriezumu 4 mm². Līdzīgs stieples izmērs ar 6 mm alumīnija serdi².

Viena kodola elektroinstalācijai minimālais diametrs būs attiecīgi 2,3 mm un 2,8 mm.Ja tiek izmantota daudzkodolu opcija, tiek summēts atsevišķu serdeņu šķērsgriezums.

Strāvas šķērsgriezuma aprēķins

Kabeļu un vadu nepieciešamās strāvas un jaudas šķērsgriezuma aprēķini sniegs precīzākus rezultātus.Šādi aprēķini ļauj novērtēt dažādu faktoru kopējo ietekmi uz vadītājiem, tostarp termisko slodzi, vadu marku, guldīšanas veidu, ekspluatācijas apstākļus utt.

Viss aprēķins tiek veikts šādos posmos:

• visu patērētāju jaudas izvēle;
• caur vadītāju ejošo strāvu aprēķins;
• piemērota šķērsgriezuma izvēle, izmantojot tabulas.

Šim aprēķina variantam patērētāju jauda strāvas un sprieguma izteiksmē tiek ņemta, neņemot vērā korekcijas koeficientus. Tie tiks ņemti vērā, summējot pašreizējo spēku.

1. posms - strāvas stipruma aprēķins, izmantojot formulas

Tiem, kuri ir aizmirsuši skolas fizikas kursu, mēs piedāvājam pamata formulas grafiskās diagrammas veidā kā vizuālu apkrāptu lapu:

“Classic Wheel” skaidri parāda formulu saistību un elektriskās strāvas raksturlielumu savstarpējo atkarību (I - strāvas stiprums, P - jauda, ​​U - spriegums, R - serdes rādiuss)

Pierakstīsim strāvas I atkarību no jaudas P un līnijas sprieguma U:

I = P/U_l,

Kur:

• es — strāvas stiprums, izteikts ampēros;
• P — jauda vatos;
• U_l — līnijas spriegums voltos.

Līnijas spriegums parasti ir atkarīgs no barošanas avota; tas var būt vienfāzes vai trīsfāzes.

Attiecība starp lineāro un fāzes spriegumu:

1. U_l = U*cosφ vienfāzes sprieguma gadījumā.
2. U_l = U*√3*cosφ trīsfāzu sprieguma gadījumā.

Mājsaimniecības elektriskajiem patērētājiem tiek pieņemts cosφ=1, tāpēc lineāro spriegumu var pārrakstīt:

1. U_l = 220 V vienfāzes spriegumam.
2. U_l = 380 V trīsfāzu spriegumam.

Tālāk mēs apkopojam visas patērētās strāvas, izmantojot formulu:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Kur:

• es – kopējā strāva ampēros;
• I1..IN – katra patērētāja strāvas stiprums ampēros;
• K – vienlaicības koeficients;
• Dž – drošības koeficients.

Koeficientiem K un J ir tādas pašas vērtības kā tām, kuras izmanto, aprēķinot kopējo jaudu.

Var būt gadījums, kad trīsfāzu tīklā caur dažādiem fāzu vadītājiem plūst nevienādas stiprības strāva.

Tas notiek, ja vienfāzes un trīsfāžu patērētāji vienlaikus tiek savienoti ar trīsfāžu kabeli. Piemēram, tiek darbināta trīsfāžu mašīna un vienfāzes apgaismojums.

Rodas dabisks jautājums: kā šādos gadījumos tiek aprēķināts savītas stieples šķērsgriezums? Atbilde ir vienkārša - aprēķini tiek veikti, pamatojoties uz visvairāk noslogoto kodolu.

2. posms - piemērotas sadaļas izvēle, izmantojot tabulas

Elektroinstalācijas (PEU) ekspluatācijas noteikumos ir vairākas tabulas, lai izvēlētos nepieciešamo kabeļa serdes šķērsgriezumu.

Vadītāja vadītspēja ir atkarīga no temperatūras. Metāla vadītājiem pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai.

Pārsniedzot noteiktu slieksni, process kļūst pašpietiekams: jo lielāka pretestība, jo augstāka temperatūra, jo lielāka pretestība utt. līdz vadītājs izdeg vai izraisa īssavienojumu.

Nākamajās divās tabulās (3 un 4) ir parādīts vadītāju šķērsgriezums atkarībā no strāvas stipruma un uzstādīšanas metodes.

3. tabula. Pirmkārt, jums jāizvēlas vadu novietošanas metode, kas nosaka dzesēšanas efektivitāti (+)

Kabelis no stieples atšķiras ar to, ka visi kabeļu serdeņi, kas aprīkoti ar savu izolāciju, ir savīti saišķī un ievietoti kopējā izolācijas apvalkā. Sīkāka informācija par kabeļu izstrādājumu atšķirībām un veidiem ir rakstīta šajā rakstu.

4. tabula. Atvērtā metode ir norādīta visām vadītāju šķērsgriezuma vērtībām, taču praksē posmi, kas mazāki par 3 mm2, netiek ieklāti atklāti mehāniskās stiprības dēļ (+)

Izmantojot tabulas, pieļaujamajai nepārtrauktai strāvai tiek piemēroti šādi koeficienti:

• 0,68 ja 5-6 serdeņi;
• 0,63 ja 7-9 serdeņi;
• 0,6 ja 10-12 serdeņi.

Samazināšanas koeficienti tiek piemēroti pašreizējām vērtībām no kolonnas “atvērts”.

Nulles un zemējuma vadi nav iekļauti vadītāju skaitā.

Saskaņā ar PES standartiem nulles vada šķērsgriezuma izvēle atbilstoši pieļaujamajai nepārtrauktai strāvai tiek veikta vismaz 50% no fāzes vadītāja.

Nākamās divas tabulas (5 un 6) parāda pieļaujamās ilgtermiņa strāvas atkarību, to ieliekot zemē.

5. tabula. Pieļaujamās ilgtermiņa strāvas atkarības vara kabeļiem, ja tie ir novietoti gaisā vai zemē

Pašreizējā slodze, ieklājot atklāti un dziļi zemē, atšķiras. Tie tiek pieņemti kā vienādi, ja ieklāšana zemē tiek veikta, izmantojot paplātes.

6. tabula. Pieļaujamās nepārtrauktās strāvas atkarības alumīnija kabeļiem, ja tie ir ielikti gaisā vai zemē

Pagaidu elektroapgādes līniju uzstādīšanai (pārnēsāšanai, ja tās paredzētas privātai lietošanai), attiecas šī tabula (7).

7. tabula. Pieļaujamā nepārtrauktā strāva, izmantojot portatīvos šļūteņu vadus, pārnēsājamās šļūtenes un vārpstas kabeļus, prožektoru kabeļus, elastīgus portatīvos vadus. Tiek izmantoti tikai vara vadītāji

Ieliekot kabeļus zemē, papildus siltuma izkliedes īpašībām ir jāņem vērā pretestība, kas atspoguļota šajā tabulā (8):

8. tabula. Korekcijas koeficients atkarībā no grunts veida un pretestības pieļaujamajai ilgtermiņa strāvai, aprēķinot kabeļa šķērsgriezumu (+)

Vara serdeņu aprēķins un izvēle līdz 6 mm² vai alumīnijs līdz 10 mm² tiek veikta kā nepārtrauktai strāvai.

Lielu šķērsgriezumu gadījumā ir iespējams piemērot samazinājuma koeficientu:

0,875 * √T_pv

Kur T_pv — pārslēgšanas ilguma attiecība pret cikla ilgumu.

Tiek pieņemts, ka ieslēgšanas ilgums nepārsniedz 4 minūtes. Šajā gadījumā cikls nedrīkst pārsniegt 10 minūtes.

Izvēloties kabeli elektrības sadalei koka māja Īpaša uzmanība tiek pievērsta tā ugunsizturībai.

3. posms - vadītāja pašreizējā šķērsgriezuma aprēķins, izmantojot piemēru

Uzdevums: aprēķiniet vajadzīgo sadaļu vara kabelis savienojumam:

• trīsfāzu kokapstrādes mašīna ar jaudu 4000 W;
• trīsfāzu metināšanas iekārta ar jaudu 6000 W;
• mājsaimniecības tehnika mājā ar kopējo jaudu 25 000 W;

Savienojums tiks veikts ar piecu dzīslu kabeli (trīs fāzu vadi, viens neitrāls un viens zemējums), kas ielikts zemē.

Kabeļu un stiepļu izstrādājumu izolācija tiek aprēķināta noteiktam darba spriegumam. Jāņem vērā, ka ražotāja norādītajam viņa produkta darba spriegumam ir jābūt augstākam par tīkla spriegumu

Risinājums.

1. darbība. Mēs aprēķinām trīsfāzu savienojuma lineāro spriegumu:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2. darbība. Sadzīves tehnikai, darbgaldam un metināšanas iekārtai ir reaktīvā jauda, ​​tāpēc mašīnu un iekārtu jauda būs:

P_tie = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

3. darbība. Sadzīves tehnikas pievienošanai nepieciešamā strāva:

es_tie = 35700/220 = 162 A

4. darbība. Iekārtas pievienošanai nepieciešamā strāva:

es_obor = 14300/380 = 38 A

5. darbība. Nepieciešamā strāva sadzīves tehnikas pievienošanai tiek aprēķināta, pamatojoties uz vienu fāzi. Atbilstoši problēmai ir trīs fāzes. Tāpēc strāvu var sadalīt starp fāzēm. Vienkāršības labad mēs pieņemam vienmērīgu sadalījumu:

es_tie = 162/3 = 54 A

6. darbība. Strāva fāzē:

es_f = 38 + 54 = 92 A

Solis #7. Iekārtas un sadzīves tehnika nedarbosies vienlaicīgi, papildus atvēlēsim rezervi 1,5. Pēc korekcijas koeficientu piemērošanas:

es_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Solis #8. Lai gan kabelis satur 5 serdeņus, tiek ņemti vērā tikai trīs fāzu serdeņi. Saskaņā ar 8. tabulu kolonnā trīsdzīslu kabelis zemē, mēs atklājam, ka strāva 115 A atbilst serdes šķērsgriezumam 16 mm².

Solis #9. Saskaņā ar 8. tabulu mēs piemērojam korekcijas koeficientu atkarībā no zemes īpašībām. Parastam zemes tipam koeficients ir 1.

10. darbība. Pēc izvēles aprēķiniet serdes diametru:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Ja aprēķinu veiktu tikai pēc jaudas, neņemot vērā kabeļu ieguldīšanas īpatnības, tad serdes šķērsgriezums būtu 25 mm². Strāvas aprēķināšana ir sarežģītāka, taču dažreiz ļauj ievērojami ietaupīt naudu, it īpaši, ja runa ir par daudzkodolu strāvas kabeļiem.

Jūs varat lasīt vairāk par sprieguma un strāvas vērtību saistību šeit.

Sprieguma krituma aprēķins

Jebkuram vadītājam, izņemot supravadītājus, ir pretestība. Tāpēc, ja kabelis vai vads ir pietiekami garš, rodas sprieguma kritums.

PES standarti nosaka, ka kabeļa serdes šķērsgriezumam jābūt tādam, lai sprieguma kritums nebūtu lielāks par 5%.

9. tabula. Parasto metāla vadītāju pretestība (+)

Tas galvenokārt attiecas uz zemsprieguma kabeļiem ar mazu šķērsgriezumu.

Sprieguma krituma aprēķins ir šāds:

R = 2*(ρ * L)/S,

U_pakete = I * R,

U_% = (U_pakete /u_lin) * 100,

Kur:

• 2 - koeficients, kas saistīts ar to, ka strāva obligāti plūst caur diviem vadiem;
• R – vadītāja pretestība, Ohm;
• ρ — vadītāja pretestība, Ohm*mm²/m;
• S – vadītāja šķērsgriezums, mm²;
• U_pakete – krituma spriegums, V;
• U_% - sprieguma kritums attiecībā pret U_lin,%.

Izmantojot formulas, jūs varat patstāvīgi veikt nepieciešamos aprēķinus.

Pārnēsāšanas aprēķina piemērs

Uzdevums: aprēķina sprieguma kritumu vara stieplei ar vienas serdes šķērsgriezumu 1,5 mm². Vads ir nepieciešams, lai savienotu vienfāzes elektrisko metināšanas iekārtu ar kopējo jaudu 7 kW. Vada garums 20 m.

Tiem, kas vēlas pieslēgt sadzīves metināšanas iekārtu elektrotīkla atzaram, jāņem vērā strāvas siets, kuram paredzētais izmantotais kabelis. Iespējams, ka darba ierīču kopējā jauda var būt lielāka. Labākais variants ir savienot patērētājus ar atsevišķām filiālēm

Risinājums:

1. darbība. Mēs aprēķinām vara stieples pretestību, izmantojot 9. tabulu:

R = 2* (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 omi

2. darbība. Strāva, kas plūst caur vadītāju:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

3. darbība. Sprieguma kritums uz vada:

U_pakete = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

4. darbība. Mēs aprēķinām sprieguma krituma procentuālo daudzumu:

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Secinājums: lai savienotu metināšanas iekārtu, nepieciešams vadītājs ar lielu šķērsgriezumu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Vadītāja šķērsgriezuma aprēķins, izmantojot formulas:

Speciālistu ieteikumi par kabeļu un vadu izstrādājumu izvēli:

Iepriekš minētie aprēķini attiecas uz vara un alumīnija vadītājiem rūpnieciskai lietošanai. Citu veidu vadītājiem kopējā siltuma pārnese ir iepriekš aprēķināta.

Pamatojoties uz šiem datiem, tiek aprēķināta maksimālā strāva, kas var plūst caur vadītāju, neizraisot pārmērīgu karsēšanu.

Ja jums ir kādi jautājumi par kabeļa šķērsgriezuma aprēķināšanas metodi vai vēlaties dalīties ar savu personīgo pieredzi, lūdzu, atstājiet komentārus par šo rakstu.Pārskatu sadaļa atrodas zemāk.