Plánujete modernizovať elektrickú sieť alebo dodatočne rozšíriť elektrické vedenie do kuchyne na pripojenie nového elektrického sporáka? Toto bude užitočná minimálna znalosť prierezu vodiča a vplyv tohto parametra na silu a silu prúdu.
Dohodnite sa, že nesprávny výpočet prierezu kábla vedie k prehriatiu a skratu alebo k zbytočným nákladom.
Je veľmi dôležité vykonávať výpočty vo fáze návrhu, pretože porucha skrytého vedenia a následná výmena sú spojené s významnými nákladmi. Pomôžeme Vám vysporiadať sa so zložitosťou výpočtov, aby sme sa vyhli problémom pri ďalšej prevádzke elektrických sietí.
Aby sme vás nezaťažovali komplexnými výpočtami, vybrali sme jasné vzorce a výpočtové možnosti, poskytli informácie v prístupnej forme a poskytli vysvetlenia vzorcov. K článku boli pridané aj tematické fotografie a video materiály, ktoré umožnili vizuálne pochopiť podstatu posudzovaného problému.
Výpočet prierezu spotrebičov
Hlavným účelom vodičov - dodávka elektrickej energie spotrebiteľom v požadovanom množstve. Pretože supravodiče nie sú k dispozícii za normálnych prevádzkových podmienok, je potrebné vziať do úvahy odolnosť materiálu vodiča.
Výpočet požadovaného prierezu vodičov a káblov v závislosti na celkovom výkone spotrebičov je založený na dlhoročných prevádzkových skúsenostiach.
Prierez kábla je jednou zo základných hodnôt pri výbere pre elektroinštaláciu. 
Prierez určuje, ktorý prúdový prúd je schopný viesť kábel bez prehriatia v dôsledku nadmerného výkonu 
Základom kábla je jednovodičový alebo viacvodičový medený vodič, ktorý môže byť v priereze kruhový, trojuholníkový alebo pravouhlý. 
Ak je v vodiči viac ako dve žily, potom sú najčastejšie skrútené. Menovitý prierez viacžilových produktov je súčtom prierezov všetkých existujúcich žíl.
Všeobecný priebeh výpočtov začíname vykonaním výpočtov pomocou vzorca:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
kde:
- P je výkon všetkých spotrebičov pripojených k vypočítanej vetve vo wattoch.
- P1, P2, PN - výkon prvého spotrebiča, druhý, n-tý, vo wattoch.
Po získaní výsledku na konci výpočtov s použitím vyššie uvedeného vzorca sa obrátil na tabuľkové údaje.
Teraz si musíme vybrať potrebnú časť v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Prierez vodičov je vždy potrebný na výber najbližšej veľkej strany (+)
Stupeň # 1 - výpočet reaktívneho a aktívneho výkonu
Kapacity spotrebiteľov sú uvedené v dokumentoch k zariadeniu. Zvyčajne sa v pasoch zariadenia uvádza aktívny výkon spolu s jalovým výkonom.
Zariadenia s aktívnym typom záťaže transformujú všetku prijatú elektrickú energiu, berúc do úvahy efektívnosť, na užitočnú prácu: mechanickú, tepelnú alebo inú.
Zariadenia s aktívnym zaťažením zahŕňajú žiarovky, ohrievače, elektrické sporáky.
Pre takéto zariadenia je výpočet výkonu prúdom a napätím:
P = U * I,
kde:
- P - výkon vo W;
- U je napätie vo V;
- I - prúd v A.
Zariadenia s reaktívnym typom zaťaženia môžu akumulovať energiu zo zdroja a potom sa vracať. K takejto výmene dochádza v dôsledku posunu sínusoidného prúdu a napäťového sínusoidu.
Pri nulovom fázovom posunutí má výkon P = U * vždy kladnú hodnotu. Taký graf fáz prúdu a napätia má zariadenia s aktívnym typom zaťaženia (I, i je prúd, U, u je napätie, π je číslo pi, rovné 3, 14)
Zariadenia s jalovým výkonom zahŕňajú elektromotory, elektronické zariadenia všetkých veľkostí a účelov, transformátory.
Keď existuje fázový posun medzi sínusoidným prúdom a sínusoidným napätím, výkon P = U * I môže byť záporný (I, i je prúd, U, u je napätie, π je číslo pi, rovné 3, 14). Zariadenie s jalovým výkonom vracia uloženú energiu späť do zdroja
Elektrické siete sú konštruované takým spôsobom, že môžu produkovať prenos elektrickej energie v jednom smere od zdroja k záťaži.
Vrátená energia spotrebiteľa s reaktívnym zaťažením je preto parazitická a je použitá na vykurovanie vodičov a iných komponentov.
Reaktívny výkon má závislosť od uhla fázového posunu medzi napätím a prúdovými sinusoidmi. Fázový uhol je vyjadrený ako cosφ.
Ak chcete nájsť plný výkon, použite vzorec:
P = P p / cosφ,
Kde P p - jalový výkon vo wattoch.
Zvyčajne sa v pasových údajoch na zariadení zobrazoval jalový výkon a cosφ.
Príklad : v pase perforátora je jalový výkon 1200 W a cosφ = 0, 7. Celková spotreba energie sa teda rovná:
P = 1200 / 0, 7 = 1714 W
Ak sa cosφ nedá nájsť, pre väčšinu domácich spotrebičov sa cosφ môže považovať za 0, 7.
Fáza č. 2 - hľadanie simultánnosti a pomeru marže
K - bezrozmerný súčiniteľ simultánnosti, ukazuje, koľko spotrebiteľov môže byť súčasne pripojených k sieti. Zriedkavo sa stáva, že všetky zariadenia súčasne spotrebúvajú elektrickú energiu.
Súčasná prevádzka televízie a hudobného centra je nepravdepodobná. Zo zavedenej praxe sa K môže rovnať 0, 8. Ak plánujete súčasne používať všetkých spotrebiteľov, K by sa malo brať ako 1.
J - bezrozmerný bezpečnostný faktor. Charakterizuje vytvorenie rezervy energie pre budúcich spotrebiteľov.
Pokrok nestojí v pokoji, každý rok vynašiel všetky nové úžasné a užitočné elektrické spotrebiče. Očakáva sa, že do roku 2050 bude rast spotreby elektriny 84%. Obyčajne sa predpokladá, že J je od 1, 5 do 2, 0.
Stupeň # 3 - vykoná výpočet geometrickou metódou
Pri všetkých elektrických výpočtoch sa berie do úvahy prierezová plocha vodiča - jadrová časť. Merané v mm2.
Často je potrebné naučiť sa správne vypočítať prierez vodiča na priemere vodičového vodiča.
V tomto prípade existuje jednoduchý geometrický vzorec pre monolitický drôt kruhového prierezu:
S = π * R2 = π * D2/4 alebo naopak
D = √ (4 * S / π)
Pre pravouhlé vodiče:
S = h * m,
kde:
- S je plocha jadra v mm2;
- R je polomer jadra v mm;
- D je priemer jadra v mm;
- h, m - šírka a výška v mm;
- π je pi, rovné 3, 14.
Ak získate viacžilový vodič, v ktorom sa jeden vodič skladá zo sady krútených kruhových drôtov, potom sa výpočet vykonáva podľa vzorca:
S = N * D 2 / 1, 27,
Kde N je počet vodičov v žile.
Drôty, ktoré sú skrútené z niekoľkých drôtov žily, vo všeobecnosti majú najlepšiu vodivosť než monolitické. Je to kvôli zvláštnostiam prúdenia prúdu cez kruhový vodič.
Elektrický prúd je pohyb podobných nábojov pozdĺž vodiča. Podobne sa náboje navzájom odpudzujú, preto je hustota rozloženia náboja posunutá na povrch vodiča.
Ďalšou výhodou laniek je ich pružnosť a mechanická odolnosť. Monolitické drôty sú lacnejšie a používajú sa hlavne na pevnú inštaláciu.
Stupeň # 4 - výpočet výkonu v praxi
Úloha : celkový výkon spotrebiteľov v kuchyni je 5000 W (čo znamená, že sa prepočítava výkon všetkých reaktívnych spotrebiteľov). Všetci spotrebitelia sú pripojení k jednofázovej sieti 220 V a sú napájaní z jednej vetvy.
Tabuľka 2. Ak plánujete v budúcnosti pripojiť ďalších spotrebiteľov, tabuľka zobrazuje potrebný výkon bežných domácich spotrebičov (+)
Riešenie :
Koeficient simultánnosti K je rovný 0, 8. Kuchyňa je miestom neustálej inovácie, nikdy neviete, bezpečnostným faktorom je J = 2, 0. Celkový odhadovaný výkon bude:
P = 5000 * 0, 8 2 = 8000 W = 8 kW
Pomocou hodnoty odhadovaného výkonu hľadáme najbližšiu hodnotu v tabuľke 1.
Najbližšia vhodná hodnota prierezu vodiča pre jednofázovú sieť je medený vodič s prierezom 4 mm 2 . Rovnaká veľkosť drôtu s hliníkovým jadrom 6 mm 2 .
Pre jednovodičové vedenie je minimálny priemer 2, 3 mm a 2, 8 mm. V prípade viacžilového prevedenia sa prierez jednotlivých vodičov sčíta.
Kuchyne majú zvyčajne najvýkonnejšie spotrebiče energie a menej „nenápadné“ domáce spotrebiče. 
Kúpeľne a kombinované kúpeľne môžu mať tiež impozantné množstvo elektrického vybavenia. 
V závislosti od výkonu technickej jednotky je napájaný zo spoločného alebo samostatného elektrického vedenia. Výpočty sa vykonávajú pre skupinu zásuviek, pre odberateľov jednotlivých vedení sa vyberajú podľa výkonu 
K zásuvkovému bloku, napájanému jedným vedením, môžete pripojiť iba nízkonapäťové zariadenia: mixéry, sušiče vlasov, mlynčeky na kávu atď. 
Pripojenie na samostatné elektrické vedenie vyžaduje mikrovlnné rúry, varné dosky a elektrické rúry. 
Bežná prevádzka štandardnej práčky by mala byť zabezpečená samostatným elektrickým vedením. 
Povinné položenie samostatnej elektrickej vetvy si vyžaduje chladničky a elektrické sporáky 
V hygienických priestoroch sú umiestnené oddelené linky pre vírivku, elektronické bidety, sprchové kúty.
Výpočet aktuálneho úseku
Výpočty požadovaného prierezu prúdu a výkonu káblov a vodičov poskytnú presnejšie výsledky. Takéto výpočty umožňujú odhadnúť celkový vplyv rôznych faktorov na vodiče, vrátane tepelného zaťaženia, typu vodičov, typu inštalácie, prevádzkových podmienok atď.
Celý výpočet sa vykonáva v priebehu nasledujúcich fáz:
- výber všetkých spotrebiteľov;
- výpočet prúdov prechádzajúcich vodičom;
- výber vhodného prierezu podľa tabuliek.
Pre túto verziu výpočtu sa berie do úvahy výkon prúdových spotrebičov s napätím bez zohľadnenia korekčných faktorov. Budú zohľadnené pri sčítaní prúdu.
Stupeň # 1 - výpočet prúdovej sily pomocou vzorcov
Pre tých, ktorí zabudli na kurz fyziky, ponúkame základné vzorce vo forme grafickej schémy ako vizuálnej postieľky:
„Klasické koleso“ jasne demonštruje vzťah vzorcov a vzájomnú závislosť charakteristík elektrického prúdu (I - prúdová pevnosť, P - výkon, U - napätie, R - polomer jadra)
Zaznamenávame závislosť intenzity prúdu I na výkone P a sieťovom napätí U:
I = p / u l,
kde:
- I - prúdová sila v ampéroch;
- P - výkon vo wattoch;
- U l - lineárne napätie vo voltoch.
Sieťové napätie vo všeobecnom prípade závisí od zdroja napájania, môže byť jednofázové a trojfázové.
Vzťah lineárneho a fázového napätia:
- U l = U * cosφ v prípade jednofázového napätia.
- U l = U * √3 * cosφ v prípade trojfázového napätia.
Pre domácich elektrických spotrebičov vezmite cosφ = 1, takže lineárne napätie môže byť prepísané:
- U l = 220 V pre jednofázové napätie.
- L l = 380 V pre trojfázové napätie.
Ďalej sumarizujeme všetky spotrebované prúdy podľa vzorca:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
kde:
- I - celkový prúd v ampéroch;
- I1..IN - prúdová sila každého spotrebiteľa v ampéroch;
- K je koeficient súbežnosti;
- J je bezpečnostný faktor.
Koeficienty K a J majú rovnaké hodnoty, ktoré boli použité pri výpočte celkového výkonu.
Môže nastať prípad, keď prúd nerovnakého výkonu preteká trojfázovou sieťou cez rôzne fázové vodiče.
To sa stáva, keď sú jednofázové a trojfázové spotrebiče pripojené k trojfázovému káblu súčasne. Napríklad poháňaný trojfázový stroj a jednofázové osvetlenie.
Vyvstáva prirodzená otázka: ako sa v takýchto prípadoch vypočíta prierezový prierez vodiča? Odpoveď je jednoduchá - výpočty sa vykonávajú na najviac zaťaženom jadre.
Stupeň # 2 - výber príslušnej časti tabuľkami
V pravidlách prevádzky elektrických zariadení (PES) je niekoľko tabuliek na výber požadovaného prierezu káblového jadra.
Vodivosť vodiča závisí od teploty. Pre kovové vodiče so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odpor.
Ak je prekročená určitá prahová hodnota, proces sa automaticky podporuje: čím vyšší je odpor, tým vyššia je teplota, tým vyšší je odpor, atď. kým vodič nevyfúkne alebo nespôsobí skrat.
Nasledujúce dve tabuľky (3 a 4) zobrazujú prierez vodičov v závislosti od prúdov a spôsobu inštalácie.
Tabuľka 3. Najprv je potrebné zvoliť spôsob ukladania vodičov, záleží na tom, ako efektívne prebieha chladenie (+)
Kábel sa líši od kábla tým, že kábel všetkých vodičov, ktorý je vybavený vlastnou izoláciou, je uviaznutý vo zväzku a uzavretý v spoločnom izolačnom puzdre. Ďalšie podrobnosti o rozdieloch a typoch káblových produktov sú uvedené v tomto článku.
Tabuľka 4. Metóda otvorenia je uvedená pre všetky hodnoty prierezu vodičov, avšak v praxi nie sú úseky pod 3 mm2 otvorené z dôvodov mechanickej pevnosti (+).
Pri použití tabuliek sa na prípustný trvalý prúd aplikujú nasledujúce faktory:
- 0, 68, ak žil 5-6;
- 0, 63, ak žil 7-9;
- 0, 6 ak 10-12 žil
Redukčné faktory sa aplikujú na hodnoty prúdov z "otvoreného" stĺpca.
V počte vodičov nie sú zahrnuté nulové a uzemňovacie vodiče.
Podľa noriem PES sa voľba prierezu nulového vodiča podľa prípustného nepretržitého prúdu vykoná ako najmenej 50% fázového vodiča.
Nasledujúce dve tabuľky (5 a 6) ukazujú závislosť prípustného nepretržitého prúdu pri jeho ukladaní do zeme.
Tabuľka 5. Závislosti prípustného nepretržitého prúdu pre medené káble pri kladení do vzduchu alebo zeme
Prúdové zaťaženie pri otvorení a pri zapustení do zeme sa líši. Ak sú pokládky v zemi vykonávané pomocou podnosov, berú sa za rovnocenné.
Tabuľka 6. Závislosti prípustného nepretržitého prúdu pre hliníkové káble pri kladení do vzduchu alebo zeme
Pre zariadenie dočasných napájacích vedení (na privátne použitie) platí nasledujúca tabuľka (7).
Tabuľka 7. Prípustný nepretržitý prúd pri použití prenosných hadicových káblov, prenosných hadicových a banských káblov, káblov vyhľadávacích svetiel, flexibilných prenosných vodičov. Používa sa len medený vodič.
Pri pokládke káblov do zeme sa okrem vlastností odvádzajúcich teplo musí brať do úvahy aj odpor, ako sa uvádza v nasledujúcej tabuľke (8):
Tabuľka 8. Korekčný koeficient v závislosti od typu a špecifickej odolnosti pôdy voči prípustnému nepretržitému prúdu pri výpočte prierezu kábla (+)
Výpočet a výber medených vodičov do 6 mm 2 alebo hliníka do 10 mm 2 sa vykonáva ako pri nepretržitom prúde.
V prípade veľkých úsekov je možné uplatniť redukčný faktor:
0, 875 * √Т пв
kde T pv - pomer trvania zaradenia k dobe trvania cyklu.
Trvanie inklúzie sa uskutočňuje rýchlosťou maximálne 4 minúty. V tomto prípade by cyklus nemal presiahnuť 10 minút.
Pri výbere kábla na distribúciu elektriny v drevenom dome sa osobitná pozornosť venuje jeho požiarnej odolnosti.
Stupeň 3 - výpočet prierezu vodiča prúdom na príklade
Úloha : vypočítajte požadovaný prierez medeného kábla pre pripojenie:
- 4000 W trojfázový drevoobrábací stroj;
- 6000 W trojfázový zvárací stroj;
- domáce spotrebiče v dome s celkovou kapacitou 25 000 wattov;
Spojenie bude tvorené päťžilovým káblom (trojfázové vodiče, jeden nulový a jeden uzemnený), uložené v zemi.
Izolácia kábla sa vypočíta pre špecifickú hodnotu prevádzkového napätia. Treba poznamenať, že prevádzkové napätie špecifikované výrobcom pre jeho výrobok musí byť vyššie ako sieťové napätie.
Rozhodnutie.
Krok # 1. Vypočítajte trojfázové napätie siete:
U = 220 * √ = 380 V
Krok # 2. Domáce spotrebiče, stroje a zváracie stroje majú jalový výkon, takže výkon zariadenia a vybavenia bude:
P tech = 25000 / 0, 7 = 35, 700 W
P zariadenie = 10000 / 0, 7 = 14300 W
Krok č . Prúd potrebný na pripojenie domácich spotrebičov:
I tech = 35700/220 = 162 A
Krok č . Prúd potrebný na pripojenie zariadenia:
I = 14300/380 = 38 A
Krok č . Požadovaný prúd na pripojenie domácich spotrebičov sa vypočíta rýchlosťou jednej fázy. Podmienkou problému sú tri fázy. Preto môže byť prúd rozdelený do fáz. Pre jednoduchosť predpokladajte rovnomerné rozdelenie:
I tech = 162/3 = 54 A
Krok # 6. Aktuálna hodnota za fázu:
If = 38 + 54 = 92 A
Krok # 7. Zariadenia a domáce spotrebiče nebudú fungovať v rovnakom čase, s výnimkou, že položíme zásoby rovné 1, 5. Po použití korekčných faktorov:
If = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Krok # 8. Hoci kábel má 5 jadier, berú sa do úvahy iba trojfázové jadrá. Podľa tabuľky 8 v stĺpcovom trojžilovom kábli v zemi zistíme, že prúd 115 A zodpovedá prierezu jadra 16 mm 2 .
Krok č . Podľa tabuľky 8 aplikujeme korekčný faktor v závislosti od vlastností pozemku. Pre normálny typ pôdy je koeficient 1.
Krok č . Nie je povinné, vypočítame priemer jadra:
D = √ (4 x 16 / 3, 14) = 4, 5 mm
Ak bol výpočet vykonaný len pre výkon bez zohľadnenia vlastností kladenia káblov, prierez jadra bude 25 mm 2 . Výpočet sily prúdu je zložitejší, ale niekedy šetrí značné peniaze, najmä pokiaľ ide o uviaznuté napájacie káble.
O vzťahu napätia a prúdu je tu podrobnejšie.
Výpočet poklesu napätia
Akýkoľvek vodič, okrem supravodičov, má odpor. Preto s dostatočnou dĺžkou kábla alebo kábla dôjde k poklesu napätia.
Normy PES vyžadujú, aby bol prierez káblového vodiča taký, aby pokles napätia nebol väčší ako 5%.
Tabuľka 9. Špecifický odpor bežných kovových vodičov (+) \ t
Predovšetkým ide o nízkonapäťové káble malej časti.
Výpočet poklesu napätia je nasledovný: \ t
R = 2 * (p * L) / S,
U pad = I * R,
U % = (U pad / U lin ) * 100,
kde:
- 2 - koeficient kvôli skutočnosti, že prúd prúdi nevyhnutne cez dva vodiče;
- R - odpor vodičov, Ohm;
- ρ je odpor vodiča, Ohm * mm 2 / m;
- S - prierez vodiča, mm 2 ;
- U pad - pokles napätia, V;
- U % - pokles napätia vo vzťahu k U lin, %.
Pomocou vzorcov môžete nezávisle vykonať potrebné výpočty.
Príklad výpočtu
Úloha : vypočítajte pokles napätia pre medený drôt s prierezom jedného vodiča 1, 5 mm 2 . Drôt je potrebný na pripojenie jednofázového elektrického zváracieho prístroja s celkovým výkonom 7 kW. Dĺžka drôtu 20 m.
Tí, ktorí chcú pripojiť domáce zváracie zariadenie na napájaciu vetvu, by mali brať do úvahy aktuálnu situáciu, pre ktorú je použitý kábel. Je možné, že celkový výkon pracovných zariadení môže byť vyšší. Najlepšou možnosťou je pripojiť spotrebiteľov k jednotlivým pobočkám.
riešenie:
Krok # 1. Vypočítajte odpor medeného drôtu pomocou tabuľky 9:
R = 2 * (0, 0175 * 20) / 1, 5 = 0, 47 Ohm
Krok # 2. Prúd prúdiaci cez vodič:
I = 7000/220 = 31, 8 A
Krok # 3. Pokles napätia na vodiči:
U podložka = 31, 8 * 0, 47 = 14, 95 V
Krok # 4. Vypočítajte percento poklesu napätia:
U % = (14, 95 / 220) * 100 = 6, 8%
Záver: na pripojenie zváracieho stroja je potrebný vodič s veľkým prierezom.
Závery a užitočné video na túto tému
Výpočet prierezu vodiča podľa vzorcov:
Odporúčania odborníkov na výber káblových produktov:
Vyššie uvedené výpočty platia pre priemyslové medené a hliníkové vodiče. Pre iné typy vodičov je vopred vypočítaný plný prenos tepla.
Na základe týchto údajov sa vypočíta maximálny prúd schopný prúdiť cez vodič bez toho, aby spôsobil nadmerné zahrievanie.
Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa spôsobu výpočtu káblovej sekcie alebo máte záujem zdieľať osobné skúsenosti, zanechajte prosím pripomienky k tomuto článku. Blok pre recenzie sa nachádza nižšie.