Beräkning av kabeltvärsnitt efter effekt och ström: hur man beräknar ledningar korrekt

Planerar du att göra modernisering av elnätet eller förutom att utöka kraftledningen till köket för att ansluta en ny elektrisk spis? Här är minimal kunskap om ledarens tvärsnitt och effekten av denna parameter på effekt och strömstyrka användbar.

Håller med om att felaktig beräkning av kabeltvärsnittet leder till överhettning och kortslutning eller till oberättigade kostnader.

Det är mycket viktigt att göra beräkningar i konstruktionsstadiet, eftersom misslyckandet med dolda ledningar och efterföljande byte är fylld med betydande kostnader. Vi hjälper dig att hantera komplikationerna i beräkningarna för att undvika problem under vidare drift av elnätet.

För att inte belasta dig med komplexa beräkningar, valde vi förståelige formler och beräkningsmöjligheter, gav information i en tillgänglig form, och gav formlerna förklaringar. Tematiska foton och videomaterial lades också till artikeln, som gör det möjligt att tydligt förstå kärnan i frågan.

Beräkning av tvärsnittet genom konsumenternas kraft

Ledarnas huvudsyfte är att leverera elektrisk energi till konsumenterna i önskad mängd. Eftersom superledare inte är tillgängliga under normala driftsförhållanden måste ledningsmaterialets motstånd beaktas.

Beräkning av önskat avsnitt ledare och kablar beroende på konsumenternas totala kapacitet baserat på långsiktig driftsupplevelse.

Vi börjar den allmänna beräkningsprocessen genom att först utföra beräkningarna med formeln:

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

där:

• P - kraften hos alla konsumenter som är anslutna till den beräknade filialen i Watts.
• Pl, P2, PN - kraften hos den första konsumenten, den andra respektive n-th i Watts.

Efter att ha fått resultatet i slutet av beräkningarna enligt ovanstående formel var det dags att vända sig till tabelldata.

Nu måste du välja önskat avsnitt enligt tabell 1.

Tabell 1. Ledningarnas tvärsnitt måste alltid väljas på närmaste större sida (+)

Steg nr 1 - beräkning av reaktiv och aktiv effekt

Konsumenternas kapacitet anges i dokumenten för utrustning. Vanligtvis indikerar utrustningsbetyg aktiv effekt tillsammans med reaktiv effekt.

Enheter med en aktiv typ av last förvandlar all mottagen elektrisk energi, med hänsyn till effektiviteten, till användbart arbete: mekanisk, termisk eller dess andra form.

Enheter med aktiv last inkluderar glödlampor, värmare och elektriska spisar.

För sådana enheter har beräkningen av effekt för ström och spänning formen:

P = U * I,

där:

• P - effekt i watt;
• U - spänning i V;
• jag - strömstyrka i A.

Enheter med en reaktiv typ av belastning kan samla energi från källan och sedan returnera den. Ett sådant utbyte sker på grund av förskjutningen av sinusformad ström och sinusformad spänning.

Vid noll fasförskjutning har effekten P = U * Jag alltid ett positivt värde. En sådan graf över faserna av ström och spänning är anordningar med en aktiv typ av belastning (I, i - ström, U, u - spänning, π - pi-tal, lika med 3,14)

Reaktiva kraftenheter inkluderar elektriska motorer, elektroniska enheter i alla storlekar och syften och transformatorer.

När det är en fasförskjutning mellan sinusformad ström och sinusformad spänning, kan kraften P = U * I vara negativ (I, i är strömmen, U, u är spänningen, π är antalet pi lika med 3,14). Reaktiv effektenhet returnerar lagrad energi tillbaka till källan

Elektriska nät är byggda på ett sådant sätt att de kan överföra elektrisk energi i en riktning från källan till lasten.

Därför är konsumentens returnerade energi med en reaktiv belastning parasitisk och spenderas på värmeledare och andra komponenter.

Reaktiv effekt är beroende av fasvinkeln mellan spänningen och nuvarande sinusoider. Fasvinkeln uttrycks i termer av cosφ.

För att hitta full effekt använder du formeln:

P = Q / cosφ,

var Q - reaktiv effekt i VA.

Vanligtvis indikerar passdata på enheten reaktiv effekt och cosφ.

exempel: i passet visar perforatorn en reaktiv effekt på 1200 VAR och cosφ = 0,7. Därför kommer den totala energiförbrukningen att vara lika med:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Om cosφ inte kunde hittas, för den stora majoriteten av hushållens elektriska apparater, kan cosφ tas lika med 0,7.

Steg 2 - sök efter samtidighet och marginalförhållanden

K - dimensionslös samtidighetskoefficient, visar hur många konsumenter som samtidigt kan inkluderas i nätverket. Det händer sällan att alla enheter samtidigt förbrukar el.

Samtidig drift av TV- och musikcentret är osannolikt. Från etablerad praxis kan K tas lika med 0,8. Om du planerar att använda alla konsumenter samtidigt, bör K tas lika med 1.

J - måttlös säkerhetsfaktor. Det kännetecknar skapandet av en maktreserv för framtida konsumenter.

Framstegen står inte stilla, varje år uppfinns nya och överraskande nya och användbara elektriska apparater. År 2050 förväntas elförbrukningen uppgå till 84%. Vanligtvis antas J vara från 1,5 till 2,0.

Steg 3 - utför en geometrisk beräkning

Vid alla elektriska beräkningar tas ledarens tvärsnittsarea - kärnsektionen. Mätt i mm².

Det är ofta nödvändigt att lära sig att beräkna korrekt tråddiameter trådledare.

I det här fallet finns det en enkel geometrisk formel för en monolitisk rund tråd:

S = π * R² = π * D²/4eller vice versa

D = √ (4 * S / π)

För ledare med rektangulärt tvärsnitt:

S = h * m,

där:

• S - kärnarea i mm²;
• R - kärnans radie i mm;
• D - kärndiameter i mm;
• h, m - bredd respektive höjd i mm;
• π Är antalet pi lika med 3,14.

Om du köper en strandad tråd, där en ledare består av många tvinnade ledningar med cirkulärt tvärsnitt, utförs beräkningen enligt formeln:

S = N * D²/1,27,

var N - antalet ledningar i venen.

Trådar med tvinnade kärnor i flera trådar har i allmänhet bättre konduktivitet än monolitiska ledningar. Detta beror på särdragen hos strömmen som strömmar genom en cirkulär ledare.

Elektrisk ström är rörelsen av samma laddningar längs ledaren. Laddningarna med samma namn avvisar därför laddningsfördelningstätheten till ledarens yta.

En annan fördel med strandade ledningar är deras flexibilitet och mekaniska motstånd. Monolitiska ledningar är billigare och används främst för fast installation.

Steg 4 - beräkna kraftsektionen i praktiken

uppgift: den totala kraften hos konsumenterna i köket är 5000 watt (vilket betyder att kraften hos alla reaktiva konsumenter berättas om). Alla konsumenter är anslutna till ett enfas 220 V-nätverk och har ström från en gren.

Tabell 2. Om du planerar att ansluta ytterligare konsumenter i framtiden visar tabellen den nödvändiga kapaciteten för vanliga hushållsapparater (+)

beslutet:

Samtidighetskoefficienten K antas vara lika med 0,8. Köket är en plats för ständig innovation, du bryr dig inte, en säkerhetsfaktor på J = 2,0. Total uppskattad kapacitet kommer att vara:

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

Med hjälp av värdet på designkraften letar vi efter det närmaste värdet i tabell 1.

Det närmast lämpliga ledartvärsnittet för ett enfasnät är en kopparledare med ett tvärsnitt på 4 mm². Liknande trådstorlek med aluminiumkärna 6 mm².

För kablar med en enda kärna är minimidiametern 2,3 mm respektive 2,8 mm. När det gäller ett flerkärnigt alternativ läggs tvärsnittet av enskilda kärnor upp.

Beräkning av det aktuella tvärsnittet

Beräkningar av det erforderliga tvärsnittet för ström och kraft för kablar och ledningar ger mer exakta resultat. Sådana beräkningar gör det möjligt att utvärdera den allmänna effekten av olika faktorer på ledare, inklusive värmebelastning, trådkvalitet, typ av packning, driftsförhållanden etc.

Hela beräkningen utförs under följande steg:

• maktval av alla konsumenter;
• beräkning av strömmar som passerar genom ledaren;
• val av lämpligt tvärsnitt enligt tabellerna.

För denna version av beräkningen tas den nuvarande kraften hos konsumenter med spänning utan att ta hänsyn till korrigeringsfaktorer. De kommer att beaktas vid summering av aktuell styrka.

Steg # 1 - beräkning av aktuell styrka med formlerna

För dig som har glömt kursen i skolfysik erbjuder vi de grundläggande formlerna i form av ett grafiskt diagram som ett visuellt fuskark:

Det "klassiska hjulet" visar sammankopplingen av formler och det beroende av egenskaperna hos elektrisk ström (I - strömstyrka, P - effekt, U - spänning, R - kärnradie)

Vi skriver beroendet av strömstyrkan I på kraften P och linjespänningen U:

I = P / U_l,

där:

• jag - strömstyrka, taget i ampere;
• P - effekt i watt;
• U_l - linjespänning i volt.

Linjär spänning beror i allmänhet på strömförsörjningskällan, det är en- och trefas.

Förhållandet mellan den linjära och fasspänningen:

1. U_l = U * cosφ vid enfasspänning.
2. U_l = U * √3 * cosφ vid trefasspänning.

För elektriska hushållskonsumenter, ta cosφ = 1, så att den linjära spänningen kan skrivas om:

1. U_l = 220 V för enfasspänning.
2. U_l = 380 V för trefasspänning.

Därefter sammanfattar vi alla strömmar som konsumeras av formeln:

I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,

där:

• jag - totalström i ampere;
• I1..IN - Nuvarande styrka för varje konsument i ampere.
• K - samtidighetskoefficient;
• J - säkerhetsfaktor.

Koefficienterna K och J har samma värden som användes för att beräkna den totala effekten.

Det kan vara fall när i en trefasnät strömmar av ojämn styrka genom olika fasledare.

Detta händer när enfasskonsumenter och trefaskonsumenter är anslutna till en trefas kabel samtidigt. Till exempel drivs en trefasmaskin och enfasbelysning.

En naturlig fråga uppstår: hur beräknas tvärsnittet av en strandad tråd i sådana fall? Svaret är enkelt - beräkningarna görs för den mest laddade ledaren.

Steg 2 - välj ett lämpligt avsnitt enligt tabellerna

I reglerna för drift av elektriska installationer (PES) anges ett antal tabeller för val av önskad kabelkärnsektion.

Ledarledningsförmåga är temperaturberoende. För metallledare ökar motståndet med ökande temperatur.

När en viss tröskel överskrids blir processen självbärande: ju högre motstånd, desto högre temperatur, desto högre motstånd etc. tills ledaren bränner ut eller orsakar en kortslutning.

Följande två tabeller (3 och 4) visar ledarens tvärsnitt beroende på strömmar och installationsmetod.

Tabell 3. Först måste du välja metod för att lägga ledningarna, det beror på hur effektivt kylningen sker (+)

Kabeln skiljer sig från tråden genom att alla ledningar med egen isolering på kabeln är vridna till ett bunt och inneslutna i en gemensam isolerande mantel. Mer information om skillnader och typer av kabelprodukter skrivs i detta Artikel.

Tabell 4. En öppen metod anges för alla värden på ledarnas tvärsnitt, men i praktiken läggs emellertid inte tvärsnitt under 3 mm2 av skäl av mekanisk hållfasthet (+)

Vid användning av tabeller tillämpas följande faktorer på den tillåtna kontinuerliga strömmen:

• 0,68 om 5-6 levde;
• 0,63 om 7-9 levde;
• 0,6 om 10-12 levde.

Minskande koefficienter tillämpas på de aktuella värdena från kolumnen “öppen”.

Noll- och jordledare ingår inte i antalet ledare.

Enligt PES-standarder görs valet av tvärsnittet av nollkärnan enligt den tillåtna kontinuerliga strömmen som minst 50% av faskärnan.

Följande två tabeller (5 och 6) visar beroendet av den tillåtna kontinuerliga strömmen när du lägger den i marken.

Tabell 5. Tillåtna kontinuerliga strömberoende för kopparkablar vid läggning i luft eller mark

Den nuvarande belastningen när du lägger öppet och när du fördjupar i marken är olika. De tas lika om de läggs i marken med hjälp av brickor.

Tabell 6. Tillåtna kontinuerliga strömberoende för aluminiumkablar vid läggning i luft eller mark

Följande tabell (7) gäller för arrangemang av tillfälliga kraftförsörjningsledningar (transport, om de är för privat bruk).

Tabell 7. Tillåten kontinuerlig ström vid användning av bärbara slangledningar, bärbara slang- och gruvkablar, strålkastare, flexibla bärbara ledningar. Endast kopparledare som används

När du lägger kablar i marken, förutom värmeavlägsningsegenskaper, är det nödvändigt att ta hänsyn till resistiviteten, vilket återspeglas i följande tabell (8):

Tabell 8. Korrigeringsfaktor beroende på jordens typ och resistivitet för tillåten kontinuerlig ström vid beräkning av kabeltvärsnittet (+)

Beräkning och val av kopparledare upp till 6 mm² eller aluminium upp till 10 mm² ledd som för kontinuerlig ström.

Vid stora tvärsnitt är det möjligt att tillämpa en reduktionsfaktor:

0,875 * √T_ns

var T_ns - förhållandet mellan varaktigheten för inkludering och cykelns varaktighet.

Varaktigheten för införandet tas från beräkningen av högst 4 minuter. I detta fall bör cykeln inte överstiga 10 minuter.

När du väljer en kabel för elanslutning trähus särskild uppmärksamhet ägnas åt dess brandmotstånd.

Steg 3 - beräkning av tvärsnittet för strömledaren med hjälp av ett exempel

uppgift: beräkna önskat tvärsnitt kopparkabel för anslutning:

• 4000 W trefas träbearbetningsmaskin;
• 6000 W trefas svetsmaskin;
• hushållsapparater i huset med en total kapacitet på 25 000 watt;

Anslutningen görs med en femkärnig kabel (trefasledare, en neutral och en jord) som ligger i marken.

Isolering av kabelprodukter beräknas på ett specifikt värde på driftspänningen. Man bör komma ihåg att tillverkarens driftsspänning för sin produkt måste vara högre än nätspänningen

Beslut.

Steg 1. Vi beräknar den linjära spänningen för en trefasanslutning:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Steg 2. Hushållsapparater, verktygsmaskiner och svetsmaskiner har reaktiv kraft, så kraften hos maskiner och utrustning kommer att vara:

P_{av dessa} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_Equi = 10000 / 0,7 = 14300 W

Steg 3. Ström som krävs för att ansluta hushållsapparater:

jag_{av dessa} = 35700/220 = 162 A

Steg 4. Ström som krävs för att ansluta utrustning:

jag_Equi = 14300/380 = 38 A

Steg 5. Den erforderliga strömmen för att ansluta hushållsapparater beräknas baserat på beräkningen av en fas. Av problemets tillstånd finns det tre faser. Följaktligen kan strömmen fördelas i faser. För enkelhets skull antar vi en enhetlig distribution:

jag_{av dessa} = 162/3 = 54 A

Steg 6. Ström per fas:

jag_f = 38 + 54 = 92 A

Steg 7 Utrustning och hushållsapparater fungerar inte samtidigt, förutom lägger vi en marginal lika med 1,5. Efter tillämpning av korrigeringsfaktorer:

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

Steg 8. Även om kabeln innehåller 5 kärnor beaktas endast trefaskärnor. Enligt tabell 8 finner vi i en kolonn med en tre-kärnkabel i marken att en ström på 115 A motsvarar ett tvärsnitt av en kärna på 16 mm².

Steg # 9. Enligt tabell 8 tillämpar vi korrigeringsfaktorn beroende på jordens egenskaper. För en normal landtyp är koefficienten 1.

Steg # 10. Valfritt, beräkna kärndiametern:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Om beräkningen endast gjordes med kraft, utan att ta hänsyn till kabelns funktioner, kommer kärnans tvärsnitt att vara 25 mm². Beräkningen av strömstyrkan är mer komplicerad, men ibland sparar det avsevärda pengar, särskilt när det gäller flerkärniga kraftkablar.

Du kan läsa mer om förhållandet mellan spänning och ström här.

Beräkning av spänningsfall

Alla ledare, utom superledare, har motstånd. Därför uppstår ett spänningsfall med en tillräcklig kabel- eller trådlängd.

PES-standarder kräver att kabelns tvärsnitt är sådan att spänningsfallet inte överstiger 5%.

Tabell 9. Motståndskraft för vanliga metallledare (+)

Detta avser främst lågspänningskablar med litet tvärsnitt.

Beräkningen av spänningsfallet är som följer:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_dyna = I * R,

U_% = (U_dyna / U_ling) * 100,

där:

• 2 - koefficient på grund av att strömmen nödvändigtvis flyter i två kärnor;
• R - ledningsmotstånd, Ohm;
• ρ - ledarens specifika motstånd, Ohm * mm²/ m;
• S - ledarens tvärsnitt, mm²;
• U_dyna - spänningsfall, V;
• U_% - spänningsfall med avseende på U_ling,%.

Med hjälp av formler kan du självständigt utföra nödvändiga beräkningar.

Exempel på kalkylering

uppgift: beräkna spänningsfallet för en koppartråd med ett tvärsnitt av en kärna på 1,5 mm². En tråd behövs för att ansluta en enfas elektrisk svetsmaskin med en total effekt på 7 kW. Trådlängd 20 m.

Om du vill ansluta en hushållssvetsmaskin till elnätet, bör du ta hänsyn till situationen för vilken kabeln är utformad. Det är möjligt att driftsenheternas totala effekt kan vara högre. Det bästa alternativet är att ansluta konsumenter till enskilda filialer

lösning:

Steg 1. Vi beräknar koppartrådens motstånd med tabell 9:

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

Steg 2. Strömmen som strömmar längs ledaren:

I = 7000/220 = 31,8 A

Steg 3. Spänningsfall på ledningen:

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

Steg 4. Vi beräknar andelen spänningsfall:

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

Slutsats: för att ansluta svetsmaskinen krävs en ledare med ett stort tvärsnitt.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Beräkningen av ledarens tvärsnitt enligt formlerna:

Rekommendationer från specialister om val av kabel- och trådprodukter:

Ovanstående beräkningar gäller för koppar- och aluminiumledare för industriellt bruk. För andra typer av ledare är den totala värmeöverföringen förberäknad.

Baserat på dessa data beräknas den maximala strömmen som kan strömma genom ledaren utan att orsaka överdriven upphettning.

Om du har några frågor om metoden för beräkning av kabeltvärsnittet eller om du vill dela personlig erfarenhet, vänligen lämna kommentarer till den här artikeln. Återkopplingsrutan finns nedan.