Планирате ли да модернизирате електрическата мрежа или допълнително да разширите електропровода до кухнята, за да свържете новата електрическа печка? Това ще бъде полезно минимално познаване на напречното сечение на проводника и ефекта на този параметър върху силата и силата на тока.
Приемам, че неправилното изчисляване на напречното сечение на кабела води до прегряване и късо съединение или до ненужни разходи.
Много е важно да се извършват изчисления на етапа на проектиране, тъй като отказът на скритото окабеляване и последващата подмяна са свързани със значителни разходи. Ние ще ви помогнем да се справите с тънкостите на изчисленията, за да избегнете проблеми при по-нататъшната работа на електрическите мрежи.
За да не ви обременяваме със сложни изчисления, ние взехме ясни формули и изчислителни опции, предоставихме информация в достъпна форма, давайки обяснения за формулите. Към статията са добавени и тематични снимки и видео материали, позволяващи визуално да разберат същността на разглеждания въпрос.
Изчисляване на напречното сечение на консуматори на енергия
Основната цел на проводниците - доставката на електрическа енергия до потребителите в необходимото количество. Тъй като свръхпроводниците не са достъпни при нормални работни условия, е необходимо да се вземе под внимание съпротивлението на проводящия материал.
Изчисляването на необходимото напречно сечение на проводници и кабели в зависимост от общата мощност на потребителите се основава на дълъг експлоатационен опит.
Напречното сечение на кабела е една от основните стойности при избора й за окабеляване. 
Напречното сечение определя кой мощностен ток е способен да провежда кабела без прегряване поради излишната мощност 
Основата на кабела е едножилен или многожилен меден проводник, който в напречно сечение може да бъде кръгъл, триъгълен или правоъгълен 
Ако в проводника има повече от две вени, те най-често са усукани. Номиналното напречно сечение на многоядрените продукти е сумата от напречните сечения на всички съществуващи вени.
Започваме общия ход на изчисленията, като първо извършваме изчисления по формулата:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
когато:
- P е мощността на всички потребители, свързани към изчисления клон в Watts.
- P1, P2, PN - мощност на първия потребител, втори, n-ти, съответно, във ватове.
След като получихме резултата в края на изчисленията, използвайки горната формула, беше ред да се обърнем към табличните данни.
Сега трябва да изберем необходимата част в таблица 1.
Таблица 1. Сечението на жиците винаги е необходимо да се избере най-близката голяма страна (+)
Етап # 1 - изчисляване на реактивна и активна мощност
Капацитетите на потребителите са изброени в документите за оборудването. Обикновено в паспортите на оборудването се посочва активната мощност, заедно с реактивната мощност.
Устройствата с активен тип натоварване преобразуват цялата получена електрическа енергия, като отчитат ефективността, в полезна работа: механична, топлинна или друга.
Устройствата с активно натоварване включват лампи с нажежаема жичка, нагреватели, електрически печки.
За такива устройства изчисляването на мощността по ток и напрежение е:
P = U * I,
когато:
- P - мощност в W;
- U е напрежението във V;
- I - ток в A.
Устройствата с реактивен тип товар могат да акумулират енергия от източника и след това да се върнат. Такъв обмен се осъществява поради изместването на синусоидния синусоиден ток и напрежение.
При нулево изместване на фазата, мощността P = U * I винаги има положителна стойност. Такава графика на фазите на тока и напрежението има устройства с активен вид на натоварване (I, i е ток, U, u е напрежението, π е числото Pi, равно на 3.14)
Уредите с реактивна мощност включват електрически двигатели, електронни устройства от всякакъв размер и предназначение, трансформатори.
Когато има фазово изместване между синусоида на ток и синусоида на напрежението, мощността P = U * I може да бъде отрицателна (I, i е ток, U, u е напрежението, π е числото на Pi, равно на 3.14). Устройство с реактивна мощност връща съхранената енергия обратно към източника
Електрическите мрежи са конструирани така, че да могат да произвеждат пренос на електрическа енергия в една посока от източника до товара.
Ето защо, върнатата енергия на потребителя с реактивно натоварване е паразитна и се изразходва за нагревателни проводници и други компоненти.
Реактивната мощност има зависимост от ъгъла на фазово изместване между синусоидите на напрежението и тока. Фазовият ъгъл се изразява чрез cosφ.
За да намерите пълната мощност, използвайте формулата:
P = P p / cos,
Където P p - реактивна мощност във ватове.
Обикновено в паспортните данни на устройството се посочва реактивна мощност и cosφ.
Пример : в паспорта на перфоратора реактивната мощност е 1200 W и cosφ = 0.7. Следователно общата консумация на енергия ще бъде равна на:
Р = 1200 / 0.7 = 1714 W
Ако cosφ не може да бъде намерен, за по-голямата част от домакинските уреди cosφ може да се приеме за 0.7.
Етап # 2 - търсене на коефициенти за едновременност и маржин
K - безразмерният коефициент на едновременност, показва колко потребители могат да бъдат едновременно свързани към мрежата. Рядко се случва всички устройства едновременно да консумират електроенергия.
Едновременното действие на телевизията и музикалния център е малко вероятно. От установената практика, К може да бъде взето равно на 0.8. Ако планирате да използвате всички потребители едновременно, K трябва да бъде взето равно на 1.
J - безразмерна сигурност. Той характеризира създаването на резерв за енергия за бъдещите потребители.
Напредъкът не стои на място, всяка година изобретява всички нови удивителни и полезни електрически уреди. Очаква се до 2050 г. ръстът на потреблението на електроенергия да бъде 84%. Обикновено J се приема, че е от 1.5 до 2.0.
Етап # 3 - изчислението се извършва по геометричен метод
При всички електрически изчисления се взема напречното сечение на проводника - сърцевината. Измерено в mm 2 .
Често е необходимо да се научите как правилно да се изчисли напречното сечение на проводника по диаметъра на проводника.
В този случай има проста геометрична формула за монолитна жица с кръгло сечение:
S = π * R 2 = π * D 2/4, или обратното
D = √ (4 * S / π)
За правоъгълни проводници:
S = h * m,
когато:
- S е площта на сърцевината в mm2;
- R е радиусът на сърцевината в mm;
- D е диаметърът на сърцевината в mm;
- h, m - съответно широчина и височина в mm;
- π е pi, равно на 3.14.
Ако придобиете многожилен проводник, в който един проводник се състои от набор от усукани кръгли проводници, тогава изчислението се извършва по формулата:
S = N * D 2 / 1.27,
Където N е броят на жиците във вена.
Проводниците, които са усукани от няколко жици на вена, като цяло имат най-добра проводимост, отколкото монолитна. Това се дължи на особеностите на потока на ток през кръгов проводник.
Електрическият ток е движението на подобни заряди по проводник. Както зарядите се отблъскват, така и плътността на разпределението на заряда се измества към повърхността на проводника.
Друго предимство на шнуровете е тяхната гъвкавост и механична устойчивост. Монолитни проводници са по-евтини и се използват главно за фиксирани инсталации.
Етап # 4 - на практика изчислете силовата секция
Задача : общата мощност на потребителите в кухнята е 5000 W (което означава, че мощността на всички реактивни потребители се преизчислява). Всички потребители са свързани към еднофазна мрежа от 220 V и се захранват от един клон.
Таблица 2. Ако планирате в бъдеще да свържете допълнителни потребители, таблицата показва необходимата мощност на общите домакински уреди (+)
Решение :
Коефициентът на едновременност K се приема равен на 0.8. Кухнята е място на постоянни иновации, никога не се знае, коефициентът на безопасност е J = 2.0. Общата очаквана мощност ще бъде:
P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Използвайки стойността на изчислената мощност, ние търсим най-близката стойност в таблица 1.
Най-близката подходяща стойност на напречното сечение на проводника за еднофазна мрежа е меден проводник с напречно сечение 4 mm 2 . Същият размер на жицата с алуминиева сърцевина 6 mm 2 .
За проводници с един проводник, минималният диаметър е съответно 2, 3 mm и 2, 8 mm. В случай на многоядрен вариант, напречното сечение на отделните проводници се сумира.
Кухните обикновено имат най-мощните консуматори на енергия и по-малко „ненаситни“ домакински уреди. 
Баните и комбинираните бани също могат да имат впечатляващо количество електрическо оборудване. 
В зависимост от мощността на техническия модул, той се захранва от общ или отделен електропровод. Изчисленията се правят за група контакти, за потребители на отделни линии се избират според мощността 
Към гнездовия блок, захранван от един захранващ кабел, можете да свържете само устройства с ниска мощност: миксери, сешоари, кафемелачки и др. 
Свързването към отделен електропровод изисква микровълни, котлони и електрически фурни. 
Нормалната работа на стандартна перална машина трябва да се осигурява от отделен захранващ кабел. 
Задължителното полагане на отделна електроразпределение изисква хладилници и електрически печки 
В хигиенните помещения са положени отделни линии за джакузито, електронни капаци за биде, душ кабини.
Изчисляване на текущия раздел
Изчисленията на необходимото напречно сечение за ток и мощност на кабели и проводници ще дадат по-точни резултати. Такива изчисления позволяват да се оцени цялостното въздействие на различни фактори върху проводниците, включително топлинното натоварване, вида на проводниците, вида на инсталацията, работните условия и др.
Цялото изчисление се извършва в следните етапи:
- избор на мощност на всички потребители;
- изчисляване на токовете, преминаващи през проводника;
- избор на подходящо напречно сечение според таблиците.
За тази версия на изчислението мощността на токовите консуматори с напрежение се взема без отчитане на коефициентите на корекция. Те ще бъдат взети предвид при сумиране на тока.
Етап # 1 - изчисляване на силата на тока с помощта на формули
За тези, които са забравили учебния курс по физика, ние предлагаме основните формули под формата на графична схема като визуална ясла:
"Класическо колело" ясно показва връзката на формулите и взаимозависимостта на характеристиките на електрическия ток (I - сила на тока, P - мощност, U - напрежение, R - радиус на ядрото)
Записваме зависимостта на силата на тока I от мощността P и напрежението на линията U:
I = p / l,
когато:
- I - сила на тока, взета в ампери;
- P - мощност във ватове;
- U l - линейно напрежение във волтове.
Линейно напрежение в общия случай зависи от източника на захранване, то може да бъде едно- и трифазно.
Връзката между линейното и фазовото напрежение:
- U l = U * cosφ в случай на еднофазно напрежение.
- U l = U * √3 * cosφ в случай на трифазно напрежение.
За битови електрически консуматори вземете cosφ = 1, така че линейното напрежение може да бъде пренаписано:
- U l = 220 V за еднофазно напрежение.
- L l = 380 V за трифазно напрежение.
По-нататък обобщаваме всички консумирани токове по формулата:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
когато:
- I - общ ток в ампери;
- I1..IN - сила на тока на всеки потребител в ампери;
- K е коефициентът на едновременност;
- J е коефициентът на безопасност.
Коефициентите K и J имат същите стойности, които са използвани при изчисляването на общата мощност.
Може да има случай, когато поток от неравномерна мощност преминава през трифазна мрежа през различни фазови проводници.
Това се случва, когато еднофазните и трифазните потребители са свързани към трифазния кабел едновременно. Например, захранвана трифазна машина и еднофазно осветление.
Възниква естествен въпрос: как в такива случаи се изчислява напречното сечение на проводника? Отговорът е прост - изчисленията се правят на най-натовареното ядро.
Етап # 2 - избор на подходяща секция по таблици
В правилата за експлоатация на електрическите инсталации (ПЕС) са известен брой таблици за избор на желаното напречно сечение на кабелното ядро.
Проводимостта на проводника зависи от температурата. За метални проводници с повишаване на температурата се увеличава съпротивлението.
Ако даден праг е превишен, процесът става автоматично поддържан: колкото по-висока е съпротивлението, толкова по-висока е температурата, толкова по-висока е съпротивлението и т.н. докато проводникът не удря или не предизвика късо съединение.
Следващите две таблици (3 и 4) показват напречното сечение на проводниците в зависимост от токовете и начина на монтаж.
Таблица 3. Първо е необходимо да се избере начинът на полагане на проводниците, зависи от това колко ефективно се извършва охлаждането (+)
Кабелът е различен от проводника, тъй като кабелът на всички проводници, снабден със собствена изолация, е оплетен в сноп и е затворен в обща изолационна обвивка. Повече подробности за разликите и видовете кабелни продукти са описани в тази статия.
Таблица 4. Отвореният метод е показан за всички стойности на напречното сечение на проводниците, но на практика секции под 3 mm2 не са открито изложени поради механична якост (+)
Когато се използват таблици, към допустимия непрекъснат ток се прилагат следните фактори:
- 0.68 ако са живели 5-6;
- 0.63 ако са живели 7-9;
- 0.6, ако са живели 10-12 години
Коефициентите на намаление се прилагат към стойностите на токовете от "отворената" колона.
Нулеви и заземителни проводници не са включени в броя на проводниците.
Съгласно стандартите на ПЕС изборът на напречното сечение на нулевия проводник в съответствие с допустимия непрекъснат ток е поне 50% от фазовия проводник.
Следващите две таблици (5 и 6) показват зависимостта на допустимия непрекъснат ток при полагането му в земята.
Таблица 5. Зависимостите на допустимия непрекъснат ток за медни кабели при полагане на въздух или земя
Текущото натоварване при отваряне и при вдлъбнатина в земята се различава. Те се вземат равни, ако полагането в земята се извършва с помощта на тави.
Таблица 6. Зависимости на допустимия непрекъснат ток за алуминиеви кабели при полагане на въздух или земя
За устройството на временни захранващи линии (пренасяне, ако е за лична употреба), се прилага следната таблица (7).
Таблица 7. Допустим непрекъснат ток при използване на преносими кабели за маркучи, преносими кабели за маркучи и мини, кабели за прожектори, гъвкави преносими кабели. Използва се само меден проводник.
При полагане на кабели в земята, в допълнение към свойствата на разсейване на топлината, трябва да се вземе под внимание съпротивлението, както е отразено в следната таблица (8):
Таблица 8. Коефициент на корекция в зависимост от вида и специфичното съпротивление на почвата към допустимия непрекъснат ток при изчисляване на напречното сечение на кабела (+)
Изчисляването и селекцията на медни проводници до 6 mm 2 или алуминий до 10 mm 2 се извършва както за непрекъснат ток.
В случай на големи участъци е възможно да се приложи редуциращ фактор:
0.875 * пТ пв
където T pv - съотношението на продължителността на включването към продължителността на цикъла.
Продължителността на включването се взема в размер на не повече от 4 минути. В този случай цикълът не трябва да надвишава 10 минути.
При избора на кабел за разпределение на електричество в дървена къща се обръща специално внимание на неговата огнеустойчивост.
Етап # 3 - изчисляване на напречното сечение на проводника по ток на пример
Задача : изчислете необходимото напречно сечение на медния кабел за свързване:
- 4000 W трифазна дървообработваща машина;
- 6000 W трифазна заваръчна машина;
- домакински уреди в къщата с общ капацитет 25 000 вата;
Връзката се осъществява чрез петжилен кабел (трифазни проводници, една нула и една земя), положени в земята.
Изолацията на кабела се изчислява за определена стойност на работното напрежение. Трябва да се отбележи, че работното напрежение, определено от производителя за неговия продукт, трябва да бъде по-високо от напрежението на мрежата.
Решението.
Стъпка # 1. Изчислете трифазното мрежово напрежение:
U l = 220 * 3 = 380 V
Стъпка # 2. Домакинските уреди, машината и заваръчната машина имат реактивна мощност, така че мощността на оборудването и оборудването ще бъде:
Р = 25000 / 0.7 = 35.700 W
P оборудване = 10000 / 0.7 = 14300 W
Стъпка # 3 . Ток, необходим за свързване на домакински уреди:
I tech = 35700/220 = 162 A
Стъпка # 4 . Ток, необходим за свързване на оборудването:
I = 14300/380 = 38 A
Стъпка # 5 . Необходимият ток за свързване на домакинските уреди се изчислява със скорост на една фаза. По условието на проблема има три фази. Следователно, токът може да бъде разпределен във фази. За простота приемете равномерно разпределение:
I tech = 162/3 = 54 A
Стъпка # 6. Текущата фаза:
I f = 38 + 54 = 92 А
Стъпка # 7. Оборудването и домакинските уреди няма да работят едновременно, с изключение на това, че ще имаме запас, равен на 1.5. След прилагане на корекционните коефициенти:
I f = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Стъпка # 8. Въпреки че кабелът има 5 жила, се вземат предвид само три фазови ядра. Съгласно таблица 8 в трижилния кабел на колоната в земята установяваме, че токът 115 А съответства на напречното сечение на сърцевината 16 mm 2 .
Стъпка # 9 . Съгласно таблица 8, прилагаме корекционния коефициент в зависимост от характеристиките на земята. За нормален тип земя коефициентът е 1.
Стъпка # 10 . Не е задължително, ние изчисляваме диаметъра на ядрото:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm
Ако изчислението е направено само за мощност, без да се вземат предвид характеристиките на полагане на кабели, напречното сечение на сърцевината ще бъде 25 mm 2 . Изчисляването на силата на тока е по-сложно, но понякога спестява значителни средства, особено когато става дума за кабели с електрическа мрежа.
За връзката напрежение и ток може да бъде по-подробно тук.
Изчисляване на спадане на напрежението
Всеки проводник, с изключение на свръхпроводниците, има съпротивление. Ето защо, с достатъчна дължина на кабела или проводника, възниква спад на напрежението.
Стандартите на PES изискват напречното сечение на кабелния проводник да бъде такова, че спадането на напрежението да не е повече от 5%.
Таблица 9. Специфично съпротивление на обикновени метални проводници (+)
На първо място това се отнася до кабелите за ниско напрежение на малка секция.
Изчисляването на спада на напрежението е както следва:
R = 2 * (ρ * L) / S,
U pad = I * R,
U % = (U pad / U lin ) * 100,
когато:
- 2 - коефициент поради факта, че токът непременно преминава през два проводника;
- R - съпротивление на проводника, Ohm;
- ρ е съпротивлението на проводника, Ohm * mm 2 / m;
- S - секция на проводника, mm 2 ;
- U пад - напрежение, V;
- U % - спад на напрежението спрямо U lin, %.
Използвайки формули, можете самостоятелно да извършите необходимите изчисления.
Пример за изчисляване
Задача : изчислете спада на напрежението за меден проводник с напречно сечение на един проводник 1, 5 mm 2 . Телта е необходима за свързване на еднофазни електрически заваръчни апарати с обща мощност 7 kW. Дължина на проводника 20 m.
Тези, които желаят да свържат домакинските заваръчни машини към електроразпределителния бранш, трябва да вземат предвид настоящата ситуация, за която е предназначен използваният кабел. Възможно е общата мощност на работещите устройства да е по-висока. Най-добрият вариант е да се свържат потребителите към отделни клонове.
решение:
Стъпка # 1. Изчислете съпротивлението на медна тел, като използвате таблица 9:
R = 2 * (0, 0175 * 20) / 1, 5 = 0, 47 Ом
Стъпка # 2. Ток, протичащ през проводник:
I = 7000/220 = 31.8 А
Стъпка # 3. Падането на напрежението на проводника:
U подложка = 31.8 * 0.47 = 14.95 V
Стъпка # 4. Изчислете процента на напрежението:
U % = (14.95 / 220) * 100 = 6.8%
Заключение: за свързване на заваръчната машина е необходим проводник с голямо напречно сечение.
Заключения и полезно видео по темата
Изчисляване на напречното сечение на проводника по формулите:
Препоръки на експерти по избор на кабелни продукти:
Горните изчисления са валидни за медни и алуминиеви проводници от индустриален клас. За други типове проводници е пресметнат пълният топлообмен.
Въз основа на тези данни се изчислява максималният ток, който може да тече през проводника, без да се причинява прекомерно нагряване.
Ако имате някакви въпроси относно начина на изчисляване на кабелната секция или имате желание да споделите личен опит, моля, оставете коментари по тази статия. Блокът за прегледи се намира по-долу.