Рассчитать сечение кабеля по нагрузке: Как правильно рассчитать нагрузку на кабель | Полезные статьи — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Расчет сечения кабеля. Таблица расчета сечения кабеля

Для долгой и надежной службы кабеля его необходимо правильно выбрать и рассчитать. Электрики при монтаже проводки большей частью выбирают сечение жил, основываясь в основном на опыте. Порой это приводит к ошибкам. Расчет сечения кабеля необходим, прежде всего, в плане электробезопасности. Будет неправильно, если диаметр проводника будет меньше или больше требуемого.

Сечение кабеля занижено

Этот случай является наиболее опасным, поскольку проводники перегреваются от высокой плотности тока, при этом изоляция плавится и происходит короткое замыкание. При этом может также разрушиться электрооборудование, произойти пожар, а работники могут попасть под напряжение. Если для кабеля установить автоматический выключатель, он будет слишком часто срабатывать, что создаст определенный дискомфорт.

Сечение кабеля выше требуемого

Здесь главный фактор — экономический. Чем больше сечение провода, тем он дороже. Если сделать проводку всей квартиры с большим запасом, это обойдется в большую сумму. Иногда целесообразно делать главный ввод большего сечения, если предполагается дальнейшее увеличение нагрузки на домашнюю сеть.

Если для кабеля установить соответствующий автомат, будут перегружены следующие линии, когда на какой-либо из них не сработает свой автоматический выключатель.

Как рассчитать сечение кабеля?

Перед монтажом целесообразно произвести расчет сечения кабеля по нагрузке. Каждый проводник обладает определенной мощностью, которая не должна быть меньше, чем у подключаемых электроприборов.

Расчет мощности

Самым простым способом является расчет суммарной нагрузки на вводной провод. Расчет сечения кабеля по нагрузке сводится к определению общей мощности потребителей. У каждого из них имеется свой номинал, указанный на корпусе или в паспорте. Затем суммарную мощность умножают на коэффициент 0,75. Это связано с тем, что все приборы не могут быть включены одновременно. Для окончательного определения необходимого размера применяется таблица расчета сечения кабеля.

Расчет сечения кабеля по току

Более точным методом является вычисление по токовой нагрузке. Расчет сечения кабеля производится через определение проходящего через него тока. Для однофазной сети применяется формула:

I_расч. = P/(U_ном∙cosφ),

где P — мощность нагрузки, U_ном. — напряжение сети (220 В).

Если общая мощность активных нагрузок в доме составляет 10 кВт, то расчетный ток I_расч. = 10000/220 ≈ 46 А. Когда делается расчет сечения кабеля по току, вводится поправка на условия прокладки шнура (указываются в некоторых специальных таблицах), а также на перегрузку при включении электроприборов приблизительно в сторону увеличения на 5 А. В результате I_расч. = 46 + 5 = 51 А.

Толщина жил определяется по справочнику. Расчет сечения кабеля с применением таблиц позволяет легко найти нужный размер по длительно допустимому току. Для трехжильного кабеля, проложенного в дом по воздуху, надо выбрать значение в сторону большего стандартного сечения. Оно составляет 10 мм². Правильность самостоятельного расчета можно проверить, применив онлайн-калькулятор — расчет сечения кабеля, который можно найти на некоторых ресурсах.

Нагрев кабеля при прохождении тока

При работающей нагрузке в кабеле выделяется тепло:

Q = I²Rn вт/см,

где I — ток, R — электрическое сопротивление, n — количество жил.

Из выражения следует, что количество выделяемой мощности пропорционально квадрату проходимого по проводу тока.

Расчет допустимой силы тока по температуре разогрева проводника

Кабель не может бесконечно нагреваться, так как тепло рассеивается в окружающую среду. В конце концов наступает равновесие и устанавливается постоянная температура проводников.

Для установившегося процесса справедливо соотношение:

P = ∆t/∑S = (t_ж — t_ср)/(∑S),

где ∆t = t_ж-t_ср — разница между температурой среды и жилы, ∑S — температурное сопротивление.

Длительно допустимый ток, проходящий по кабелю, находится из выражения:

I_доп = √((t_доп — t_ср)/( Rn∑S)),

где t_доп_{— допустимая температура разогрева жил (зависит от типа кабеля и способа прокладки). Обычно она составляет 70 градусов в обычном режиме и 80 — в аварийном.}

Условия отвода тепла при работающем кабеле

Когда кабель проложен в какой-либо среде, теплоотвод определяется ее составом и влажностью. Расчетное удельное сопротивление грунта обычно принимается равным 120 Ом∙°С/Вт (глина с песком при влажности 12-14 %). Для уточнения следует знать состав среды, после чего можно найти сопротивление материала по таблицам. Для увеличения теплопроводности траншею засыпают глиной. Не допускается наличие в ней строительного мусора и камней.

Теплоотдача от кабеля через воздух очень низкая. Она еще больше ухудшается при прокладке в кабель-канале, где появляются дополнительные воздушные прослойки. Здесь нагрузку по току следует снижать по сравнению с расчетной. В технических характеристиках кабелей и проводов приводят допустимую температуру короткого замыкания, составляющую 120 °С для изоляции ПВХ. Сопротивление грунта составляет 70 % от общего и является основным при расчетах. Со временем проводимость изоляции возрастает из-за ее высыхания. Это необходимо учитывать в расчетах.

Падение напряжения в кабеле

В связи с тем, что проводники обладают электрическим сопротивлением, часть напряжения уходит на их нагрев, и к потребителю его приходит меньше, чем было в начале линии. В результате по длине провода теряется потенциал из-за тепловых потерь.

Кабель надо не только выбирать по сечению, чтобы обеспечить его работоспособность, но также учитывать расстояние, на которое передается энергия. Увеличение нагрузки приводит к росту тока через проводник. При этом возрастают потери.

На точечные светильники подается небольшое напряжение. Если оно незначительно снижается, это сразу заметно. При неправильном выборе проводов дальше расположенные от блока питания лампочки выглядят тусклыми. Напряжение существенно снижается на каждом следующем участке, и это отражается на яркости освещения. Поэтому необходим расчет сечения кабеля по длине.

Самым важным участком кабеля является потребитель, расположенный дальше остальных. Потери считаются преимущественно для этой нагрузки.

На участке L проводника падение напряжения составит:

∆U = (Pr + Qx)L/U_н,

где P и Q- активная и реактивная мощность, r и x_{— активное и реактивное сопротивление участка L, а U_н_{— номинальная величина напряжения, при котором нагрузка нормально работает.}}

Допустимые ∆U от источников питания до главных вводов не превышают ±5 % для освещения жилых зданий и силовых цепей. От ввода до нагрузки потери не должны быть больше 4 %. Для линий с большой протяженностью нужно учитывать индуктивное сопротивление кабеля, которое зависит от расстояния между соседними проводниками.

Способы подключения потребителей

Нагрузки могут подключаться по-разному. Наиболее распространенными являются следующие способы:

в конце сети;
потребители распределены по линии равномерно;
к протяженному участку подключается линия с равномерно распределенными нагрузками.

Пример 1

Мощность электроприбора составляет 4 кВт. Длина кабеля равна 20 м, удельное сопротивление ρ = 0,0175 Ом∙мм².

Ток определяется из соотношения: I = P/U_ном = 4∙1000/220 = 18,2 А.

Затем берется таблица расчета сечения кабеля, и выбирается соответствующий размер. Для провода из меди он составит S = 1,5 мм².

Формула расчета сечения кабеля: S = 2ρl/R. Через нее можно определить электрическое сопротивление кабеля: R = 2∙0,0175∙20/1,5 = 0,46 Ом.

По известной величине R можно определить ∆U = IR/U∙100 % = 18,2*100∙0,46/220∙100 = 3,8 %.

Результат расчета не превышает 5 %, значит, потери будут допустимыми. В случае больших потерь следовало бы увеличить сечение жил кабеля, выбрав соседнее, большей величины из стандартного ряда — 2,5 мм².

Пример 2

Три цепи освещения подключены параллельно друг с другом на одну фазу трехфазной линии, сбалансированной по нагрузкам, состоящей из четырехжильного кабеля на 70 мм² длиной 50 м и проводящего ток 150 А. По каждой линии освещения длиной 20 м проходит ток 20 А.

Межфазные потери при действующей нагрузке составляют: ∆U_фаз= 150∙0, 05∙0,55 = 4,1 В. Теперь следует определить потери между нейтралью и фазой, поскольку освещение подключается на напряжение 220 В: ∆U_ф-н = 4,1/√3 = 2,36 В.

На одной подключенной цепи освещения падение напряжения составит: ∆U = 18∙20∙0,02=7,2 В. Общие потери определяются через сумму U_общ = (2,4+7,2)/230∙100 = 4,2 %. Расчетное значение находится ниже допустимых потерь, которые составляют 6 %.

Заключение

Для предохранения проводников от перегрева при длительно работающей нагрузке с помощью таблиц делается расчет сечения кабеля по длительно допустимому току. Кроме того, необходимо правильно рассчитать провода и кабели, чтобы потери напряжения в них не были больше нормы. При этом с ними суммируются потери в цепи питания.

Как рассчитать сечение кабеля по мощности и разобраться какие автоматы ставить в щиток

— Таблицы сечения проводов с пояснениями + инструкция расчёта

— Поправочные коэффициенты для расчёта мощности
— Нагрев проводов и при чём тут розетки

Эксперт MyFuseBox

139

14 декабря 2022

Универсальная таблица

Вам нужен чёткий ответ, поэтому сразу начну с таблицы сечений. В принципе на вопрос “какое должно быть сечение” можно дать быстрый ответ — такое-то, смотри таблицу сразу за этим абзацем. Но готов спорить, что вас такая краткость не удовлетворит и вы хотите разобраться в более научном обосновании. Кто читает такие статьи, обычно пытливы, как и мы. Раз так, то давай разбираться, тут есть что обсудить.

Если где-то специально не указано, то знайте, все данные в статье только для медного провода, т.к. другой вы и не будете применять.

Данная таблица содержит оптимальные соотношения сечений провода, номиналов автоматов и нагрузки на линию:

Сечение провода	Номинал автомата	Нагрузка максимальная
1.5 мм²	10 A	2.2 кВт
2.5 мм²	16 A	3.5 кВт
4.0 мм²	25 A	5.5 кВт
6.0 мм²	32 A	7.0 кВт
10 мм²	50 A	11 кВт

Теперь неплохо бы разобраться почему всё именно так, как написано в таблице.

Мы рассмотрим главные факторы, влияющие на выбор сечения и номинала автомата, опишем взаимосвязь и подводные камни, но тем не менее, как вы увидите к концу статьи, отчасти эту таблицу вам придётся принять на веру, уж слишком много переменных, чтобы в итоге собственных расчётов прийти к плюс-минус тем же данным, что в таблице. Поэтому берите её на вооружение как проверенную отправную точку, ну а теперь поговорим о научной базе.

Во-первых нужно определить мощность всей нагрузки

Табличные данные, которыми руководствуются все ответственные электрики это хорошо, но посчитать общую нагрузку именно вашего проекта точно стоит.

Считаем общую мощность будущих потребителей.
Для этого надо собрать список всех электроприборов, которые будут использоваться и просуммировать их паспортную мощность. Вы можете не знать сколько потребляет холодильник, стиральная машина или духовой шкаф, поэтому проще всего взять значения из описаний товаров в интернет-магазинах.

Для того, чтобы определить какой автомат ставить и какое сечение кабеля выбрать, вам не надо брать общую мощность всей квартиры или дома.

Вы же не из тех, кто планирует запитать все розетки от одного провода, т.е. у вас будет несколько отдельных групповых линий по комнатам, по назначению, разделённых по допустимой мощности группы, вы должны будете поделить всю нагрузку на группы как минимум согласно ограничениям автоматов. Про эти лимиты мы будем говорить далее в статье.

Примеры

Если вы рассчитываете кухню, то там все довольно понятно: холодильник, духовка, варочная панель, вытяжка, телевизор, розетки для более мелких кухонных приборов. Сценарии их совместного использования легко представить.

Со спальней, например, может быть некое замешательство, там не так много потребителей, чаще всего, комнаты вообще будут объединены одной питающей линией, и вы будете считать какая нагрузка в них предвидится. Там будут эпизодические включаемые фены и пылесосы, более часто и более длительно включенные компьютеры, телевизоры, приставки. Просто прикиньте реалистичные сценарии, при которых у вас будет включено максимальное кол-во приборов и берите в расчёт эту мощность.

Для уточнения мощности существуют поправочные коэффициенты

Коэффициент одновременного включения.
Обычно он составляет 0.75 — 0.8. Таким образом вы можете не думая много о сценариях просто просуммировать все возможные приборы в комнатах и умножить на коэффициент. Например, вы насчитали 4 кВт с 5-6 приборов, умножьте на 0.75 и получите 3 кВт, с которыми можно работать дальше.

Коэффициент реактивной мощности.
В некоторых приборах существует реактивная составляющая, в частности это касается насосов, двигателей, компрессоров. При запуске они мгновенно повышают ток до значения, большего чем при штатной работе. Реактивная мощность часто указана в документации устройства, также она может быть уже заложена в общую паспортную мощность. Это важный фактор и его можно усреднить до коэффициента 1.3. Таким образом к мощности некоторых приборов можно накинуть 30%.

Кроме этих кэфов существует практика закладывать повышающий коэффициент на будущий рост потребителей и модернизацию. Мы не будем в это углубляться.

Как можно в два клика сделать то же самое в калькуляторе Myfusebox

В этом конструкторе вы можете создать виртуальные помещения и поместить в них нагрузку из списка готовых пресетов. Каждый потребитель уже обладает запрограммированными свойствами, система знает о реактивной нагрузке и коэффициентах одновременного спроса.

Кроме этого, мы пока не обсуждали этот момент, некоторые устройства нельзя совмещать, т.к. они требуют отдельной качественно другой линии. Например, не стоит считать в общую нагрузку духовой шкаф и розетки для телевизоров, холодильников, микроволновок. Это также сразу учитывается в алгоритмах Myfusebox.

Дефолтную мощность выбранных потребителей можно отредактировать под свои требования.

Выбираете одну из схем построения электрощита и сразу получаете подсчитанные по мощности групповые линии и подборку автоматов под них.

Итак у вас теперь есть значения мощности линий.

Выбор автоматического выключателя

Для разбора берём строку №2 из универсальной таблицы: это простые розетки, запитанные кабелем 2. 5 кв.мм. с автоматами на 16 Ампер.

Почему автомат С16

Правила электромонтажа регламентируют, что по расчётным токам (исходным высчитанным данным по нагрузке) следует выбирать наименьшие номиналы и уставки устройств защиты. Правда делать это нужно так, чтобы при кратковременных перегрузках не было отключений линии.

Другими словами, номиналы, сечения, уставки должны быть рассчитанной логичной золотой серединой, а не вот этим вот бытовым “с запасом”. В электрике эти запасы чреваты.

Расшифровка ВТХ автоматов

В спецификации автоматических выключателей есть вот такое — время-токовые характеристики (коротко ВТХ). Выглядит страшно, но на самом деле штука простая — это кривая на плоскости с двумя осями: ток и время. Кривая показывает зависимость времени срабатывания от тока.

Так вот, согласно ВТХ, оказывается, что превышение номинального тока до 13% вообще не приводит к отключению, потому что 1.13 — это уставка нижнего порога срабатывания, условный ток нерасцепления.

Дальше ещё интереснее.

Верхний порог, ток условного расцепления — 1.45.

Помните, что кривая ВТХ показывает время срабатывания? Так вот мало того, что ток может превышать номинальный на 45%, так еще и

время срабатывания теплового расцепителя составит до одного часа!

Смотрите, автомат С16 может целый час пропускать ток в 23.2 А! Не на это мы рассчитывали, покупая автомат на 16 Ампер.

Эти значения уставок указаны для температуры окружающей среды 30°С. Температура окружения может повышаться при пакетном размещении группы автоматов с высокой нагрузкой, поэтому уставки являются условными, а не строгими.

Наконец подбираем сечение кабеля

Точнее, доказываем, что для автомата С16 на розетки сечение должно быть 2.5 мм²

Сечение выбирается по таблице длительных токов в разных комбинациях. ПУЭ предусматривает разные значения в зависимости от способа прокладки кабелей (открытый/закрытый), металла (медь/аллюминий), количества жил и проводов, но мы рассматриваем только медь и только трёхжильный кабель.

В квартирах и домах необходимо использовать трёхжильный провод. Так как заземляющий контакт не участвует в расчётах, то из всей таблицы смотрим данные только для одного двухжильного провода. Вот они:

Таблица пределов длительного тока для двухжильного провода:

Сечение жилы	1.0 мм²	1.2 мм²	1.5 мм²	2.0 мм²	2.5 мм²	3.0 мм²	4.0 мм²	5.0 мм²	6.0 мм²	8.0 мм²	10 мм²
Максимальный ток	15A	16A	18A	23A	25A	28A	32A	37A	40A	48A	55A

Сечение жилы	Максимальный ток
1. 0 мм²	15 A
1.2 мм²	16 A
1.5 мм²	18 A
2.0 мм²	23 A
2.5 мм²	25 A
3.0 мм²	28 A
4.0 мм²	32 A
5.0 мм²	37 A
6.0 мм²	40 A
8.0 мм²	48 A
10 мм²	55 A

Итак, автомат будет выдерживать 23.2 А, значит согласно таблице, нам подходит сечение 2.5 мм². Провод с этим сечением выдерживает 25 А, а провод 2 квадрата выдержит 23, но у нас 23.2, и хотя это очень близко к 23, мы не будем использовать для проводки кабель в 2 квадрата. Дальше поймёте почему

Кабель 2.5 квадрата способен длительно выдерживать ток 25 А, т.е. нагрузку в 5.5 кВт без перегрева и разрушения. Значит автомат, защищающий данную линию должен бы начинать отключаться при значении 25 А, иначе кабель начнёт греться. И автомат С16 прекрасно с этим справляется, в чём можно убедиться по кривой ВТХ — при 25 А (т.е. при перегрузке примерно в 1.56 — 1.57) автомат типа С отключится в условное время, равное 1 минуте. За это время при таком пограничном значении тока кабель даже не успеет вспотеть.

О розетках

Все не специальные розетки обычно рассчитаны на ток 16 А, при этом если вы когда-нибудь разбирали их, то могли убедиться, что иногда встречается качественная начинка, а бывает омеднённая фольга.

В теории розетка должна длительно выдерживать 3.5 кВт (16 * 220 = 3520 Вт), а превышение приведёт к её оплавлению. На практике же розетки могут начать греться и при меньшем токе.

И теперь, зная о поведении автоматов и возможностях провода, вы видите, что самое слабое звено в цепи — розетка. И это отличная новость. Провод часто будет в заштукатуренной штробе, под потолком, полом, в распаячных коробках, вы бы очень не хотели, чтобы он где-то на отрезке 20 метров начал оплавляться. Поэтому самый выгодный вариант — выход из строя розетки. Она рассчитана максимум на 16 А и имеет самый слабый прижим контактов во всей цепи.

Если бы мы строили линию от вводного кабеля к одной единственной розетке, то сразу понятно, что максимальная нагрузка, по которой можно вести расчёты — это 3.5 кВт. Однако, одной розетки не бывает, поэтому групповая линия может нести больше, чем 16 А. Главное не планируйте воткнуть в розетку тройник-разветвитель и раздать питание по всему дому (шутка, я знаю, что вы не станете)

Ещё о проводах, нагрузке и сечении

Провода нагреваются.
Чаще всего проводка у вас будет скрытая, а значит естественным образом замурованный кабель охлаждаться не будет. На этот фактор тоже необходим запас прочности. Сюда же можно отнести и температурный режим в помещениях.

Кабель под напряжением нагревается, часть энергии выделяется в виде тепла. Если провод тонкий, а ток большой, то тепловой компонент может привести к перегреву и оплавлению оболочки. Произойти такое может в самом тёплом ничем не охлаждаемом месте — в стене. Далее при потере изоляции происходит короткое замыкание и возможно возгорание. Последствия поиска неисправного участка тоже можете себе представить. Поэтому даже там, где казалось бы, можно использовать меньшее сечение (в защиту этого можно привести ряд доводов) делать это не стоит.

Так как вы не будете тянуть отдельную линию на каждую розетку, то в вашей схеме будут групповые линии. Групповые провода, идущие к распределительным коробкам, нагреваются сильнее, чем провода, которые идут от коробки к розетке. Это надо не забывать. Но и делать их разными сечениями не нужно, всё уже просчитано: для розеток 2.5 мм² и грамотное деление на группы, для освещения — 1.5 мм² и то же самое.

Жилы-то заужены

Провода по факту заужены, уж сколько замеров сделали энтузиасты со штангенциркулями. Есть ТУ и есть ГОСТ на изготовление кабеля, замеры показывают, что часто сечение жил меньше расчётного, так что не надейтесь, что у вас всё будет в аккурат по формуле. Это ещё один фактор в пользу проверенных универсальных рекомендаций по сечениям, приведённых в самом начале статьи.

190? 220? 240?

И ещё один переменный фактор в ваши расчёты — напряжение в сети. Напряжение нестабильно, и особенно явно это проявляется в новостройках из-за специально построенных для них подстанций.

В розетке не всегда будет 220 В, иногда меньше, иногда больше, в то время как напряжение — одно из неотъемлемых составляющих троицы P=I*U

Поэтому и есть общие рекомендации по выбору сечения кабеля и номиналам автоматов.

В общем это почти всё, что нужно знать, чтобы рассчитать проводку

Для освещения делаем всё точно так же, только автомат будет С10, а провод 1.5 мм²

Ещё есть одиночные линии для техники, которую нельзя (или не стоит) совмещать, например:

духовой шкаф — 4 мм² — автомат С32
варочная панель — 6 мм² — автомат С40

У таких приборов мощность может колебаться в больших диапазонах, поэтому дополнительно ориентируйтесь на технические характеристики. Кстати, для соединения автоматики внутри щита используют провод сечением не ниже 6-ки.

В нашем сервисе Myfusebox есть все необходимые электроустановки, алгоритм уже знает какие автоматы выбрать и что защитить с помощью УЗО. Кроме пресетов есть ещё и произвольные линии для кастомизации проекта, попробуйте разные схемы.

23 < 25 > 16

Теперь, обобщив опыт, быстро пробежимся от электрощита до потребителя: автомат С16 длительно выдерживает ток 23 А, далее электричество идёт по проводу, который выдерживает 25 А и наконец приходит в розетку, которая держит 16 А.

При резком кратном нарастании тока, автомат отключится и обесточит всю линию.

При медленном нарастании тока:

если превышает нагрузку что-то, подключённое к одной розетке, то розетка выйдет из строя, и нагрузка исчезнет
если перегруз идёт по нескольким розеткам и при этом розетки по отдельности вывозят нагрузку, то тогда тепловой расцепитель автомата в определённый момент среагирует и отключит линию

Главное в этой истории, что либо розетка падёт первой, либо автомат не выдержит и отключится, но питающий кабель останется цел, а это самое важное.

Успехов вам в проектировании проводки!

Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Для ремонта старой проводки или прокладки новой необходимо выбрать кабель нужного сечения чтобы выдержать предполагаемую нагрузку.

Если старая проводка вышла из строя нужно ее заменить, но прежде чем менять на аналогичную выясните почему возникла проблема со старой. Не исключено, что произошло просто механическое повреждение, либо изоляция пришла в негодность, а еще более существенная проблема – выход из строя проводки из-за превышения допустимой нагрузки.

Чем отличаются кабельные изделия, каковы основные характеристики?

Для начала определяется, какое напряжение в сети, при котором будут работать кабели. Для бытовых сетей часто применяют кабели и провода типа ВВГ, ПУГНП (только это запрещено современными требованиями ПУЭ из-за больших допусков на сечение при производстве, до 30%, а допустимая толщина изоляционного слоя 0,3 мм, против 0,4 в ПУЭ), ШВВП и др.

Если отойти от определений, то провод от кабеля отличается минимально, в основном определением в ГОСТ или ТУ по которому он изготовлен. Ведь на рынке представлено большое количество проводов с 2-3 жилами и двумя слоями изоляции, например, тот же ПУГНП или ПУНП.

Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля

При выборе кабеля помимо напряжения учитываются условия, при которых он будет работать, для подключения подвижного инструмента и оборудования он должен быть гибким, для подключения неподвижного элементов, в принципе, неважно, но лучше предпочесть кабель с монолитной жилой.

Решающим фактором при покупке является площадь сечения жилы, она измеряется в мм2, от нее зависит способность проводника выдерживать длительную нагрузку.

Что влияет на допустимый ток через кабель?

Для начала обратимся к основам физики. Есть такой закон Джоуля-Ленца, он был открыт независимо двумя учеными, Джеймсом Джоулем (в 1841 г. ) и Эмилиусом Ленцем (в 1842 г.), и поэтому получил двойное название. Таким образом, этот закон количественно описывает тепловое действие электрического тока, протекающего по проводнику.

Если выразить через плотность тока, то получим следующую формулу:

Расшифровка: w — мощность тепловыделения на единицу объема, вектор j — плотность тока через проводник, измеряется в Амперах на мм2. Для медного провода берут от 6 до 10 А на миллиметр площади, где 6 — рабочая плотность, а 10 — кратковременная. вектор E — напряженность электрического поля. σ – проводимость среды.

Поскольку проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: σ = 1 / R

Если закон Джоуля-Ленца выразить через количество теплоты в интегральной форме, то:

Таким образом, dQ – это количество теплоты, которое выделится за интервал времени dt в цепи, по которой протекает ток I проводник сопротивления R.

То есть количество теплоты прямо пропорционально силе тока и сопротивлению. Чем больше ток и сопротивление, тем больше выделяется тепла. Это опасно тем, что в определенный момент количество тепла достигает такой величины, что на проводах плавится изоляция. Вы наверняка замечали, что провода дешевых котлов заметно греются во время работы, это он.

Если на кабеле выделяется питание, то падает и напряжение на его концах, подключенных к нагрузке.

В калькуляторах для расчета сечений кабеля обычно задаются следующие параметры:

Чем больше сопротивление, тем сильнее падает напряжение и нагревается кабель, т.к. на нем будет выделяться мощность (P = UI, где U — падение напряжения на кабеле, I — ток, протекающий по нему).

Все расчеты сводились к току и сопротивлению. Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

Здесь: ρ (po) – удельное сопротивление, l – длина кабеля, S – площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление зависит от структуры металла, значения удельных сопротивлений можно определить по таблице.

В электропроводке в основном используется алюминий и медь. У меди сопротивление равно 1,68*10-8 Ом*мм2/м, а у алюминия в 1,8 раза больше, чем у меди, оно равно 2,82*10-8 Ом*мм2/м. Это означает, что алюминиевый провод нагревается почти в 2 раза сильнее, чем медный при том же сечении и токе. Отсюда следует, что для проводки придется покупать более толстый алюминиевый провод, к тому же провода легко повреждаются.

Поэтому медные провода были заменены медными проводами от бытовой электропроводки, а использование алюминия в проводке запрещено, допускается только применение алюминиевых кабелей для монтажа очень мощных электроустановок, потребляющих большой ток, то использовать алюминиевый провод сечением более 16 мм2 (см. -Почему нельзя использовать алюминиевый кабель в электропроводке)

Как определить сопротивление провода по диаметру жилы?

Бывают случаи, когда площадь поперечного сечения сердечника не известна, поэтому ее можно рассчитать по диаметру. Для определения диаметра монолитной жилы можно воспользоваться штангенциркулем, если его нет, то взять стержень, например шариковую ручку или гвоздь, плотно намотать на него 10 витков проволоки, и измерить длину получившейся спирали линейкой разделив эту длину на 10 – получится диаметр жилки.

Для определения общего диаметра многопроволочной жилы измерьте диаметр каждой жилы и умножьте на их количество.

Далее считают сечение по такой формуле:

И снова возвращаются к этой формуле расчета сопротивления провода:

Как определить необходимое сечение провода?

Самый простой вариант — определить площадь сечения жил по таблице. Подходит для расчета не слишком длинных линий, проложенных в нормальных условиях (при нормальной температуре окружающей среды). Также можно выбрать провод для удлинителя. Обратите внимание, что в таблице указаны сечения для определенного тока и мощности в однофазной и трехфазной сети для алюминия и меди.

При расчете длинных линий (более 10 метров) такой таблицей лучше не пользоваться. Необходимо провести расчеты. Самый быстрый способ использовать калькулятор. Алгоритм расчета следующий:

Принимают допустимые потери напряжения (не более 5%), это означает, что при напряжении 220В и допустимых потерях напряжения 5% на кабеле падение напряжения (от конца до конца ) не должно превышать:

5% * 220 = 11В.

Теперь, зная ток, который будет течь, мы можем рассчитать сопротивление кабеля. В двухпроводной линии сопротивление умножается на 2, так как ток протекает по двум проводам, при длине линии 10 м общая длина проводников равна 20 м.

Отсюда по приведенным выше формулам рассчитывается необходимое сечение кабеля.

Вы можете сделать это автоматически со своего смартфона, используя приложения Mobile Electric и electroDroid. Только в калькуляторе указана не общая длина проводов, а длина линии от источника питания до приемника электроэнергии.

Вывод

Правильно рассчитанная проводка — это уже 50% гарантия ее успешного функционирования, вторая половина зависит от правильного монтажа. Должны быть учтены все особенности проводки, максимальная потребляемая мощность всеми потребителями. При этом ввести запас допустимого тока 20-40% «на всякий случай».

Как рассчитать и подробные факты —

Автор: Kaushikee Banerjee

Падение напряжения в кабеле происходит из-за прохождения через него тока при наличии сопротивления. Мы подробно разберемся с явлением и процессом расчета падения напряжения в этой статье.

Когда возникает разница в напряжении между двумя точками, напряжение «падает». Потенциал падает в электрическом проводе, когда потенциал на конце кабеля меньше, чем в начале кабеля. Сопротивление или импеданс кабеля и физические характеристики определяют падение напряжения в кабеле.

Что такое падение напряжения в кабеле?

Падение напряжения в кабеле является результатом разности потенциалов на двух концах. Мера этой величины меняется от постоянного к переменному току. В постоянном токе просто произведение тока и сопротивления дает значение падения напряжения.

Ниже приведен пошаговый метод расчета падения напряжения в кабеле:

Возьмите значение тока, протекающего по кабелю.
Удвоить длину кабеля на полученную величину, так как падение напряжения происходит и на обратном пути
Разделите результат на 100 для преобразования милливольт в вольт

Формула расчета падения напряжения для кабелей :

Базовой формулой для расчета падения напряжения для кабелей является закон Ома. Кроме того, нам необходимо рассмотреть некоторые сопутствующие моменты, так как одного закона Ома недостаточно для точного расчета падения напряжения.

Формула расчета падения напряжения для однофазных и трехфазных кабелей приведена в таблице ниже.0008

Падение напряжения переменного тока

DC Падение напряжения = ток × Сопротивление (для DC)

ac ac alse AC 9000 777 alsege ac 9000 9 alsege 9000 ac 9000 ac 9000 aC 9000 aC 9000 aC 9000 aC 7 7 7 alsage 9000 ac 9000 ac 9000 ac 9000 ac 9000 aC 9000 aC 7 7 7 7 alse. 1000)

Трехфазный переменный ток Падение напряжения = √3 × Ток × (2 × Длина провода × Сопротивление / 1000)

; «Падение напряжения» Фабио Ванни распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4. 0

Падение напряжения для бронированного кабеля:
Бронированный кабель или армированный стальной/алюминиевой проволокой (SWA/AWA) представляет собой трехжильный электрический кабель с высокой степенью защиты. Броня предназначена для дополнительной защиты от механических воздействий, высоких нагрузок и т.п.

Кабели бронированные применяются в подземных сооружениях, силовых сетях. Они доступны в кабелях на 11 кВ и 33 кВ. Процесс расчета падения напряжения для стального или алюминиевого бронированного кабеля такой же, как и для обычных кабелей. Максимально допустимое падение напряжения составляет 3% для цепей освещения и 5% для остальных цепей.
«Образец легкого трансатлантического телефонного кабеля, 1961 г. (бронированные кабели)» компании Submarine Cables Limited, лицензия CC BY-SA 4.0

Падение напряжения на кабеле управления:
как кабель питания, автомобильный кабель и кабель робота. Они бывают трех типов: CY, YY и SY. Процент падения напряжения на кабеле управления не должен превышать 1,5%.

Кабели управления используются для широкого спектра применений, таких как автоматические промышленные процессы, такие как передача, калибровка и управление сигналами. Поскольку они представляют собой особый вид электрических кабелей, расчет падения напряжения для них одинаков.
«File: Terminating Controls Cable on Transformer Installation.jpg» компании Jodyreal лицензирован CC0 1.0

Допустимое падение напряжения для кабеля :
Допустимое падение напряжения для кабеля в Индии зависит от местности. Этот процент выше в городских или пригородных районах, чем в сельских районах, из-за того, что сельские районы требуют передачи на большие расстояния.

Мы знаем, что падение напряжения увеличивается с увеличением длины кабеля. Так, максимально допустимое падение напряжения в кабелях сельского сектора составляет 3% от питающего. Этот процент составляет 5% для пригородов и 6% для городов, так как они находятся ближе к электростанциям. Допустимый предел падения напряжения составляет 2% для цепи освещения и 5% для промышленной цепи.

Подробнее о…..Как рассчитать падение напряжения в последовательной цепи: подробные факты

Падение напряжения в кабеле – часто задаваемые вопросы (FAQ )

Каковы последствия падения напряжения в кабеле?
Сопротивление или импеданс вызывает падение напряжения в кабеле, а другие пассивные элементы, такие как контакты, кабельные разъемы, влияют на падение напряжения. Чем длиннее кабель, тем значительнее падение напряжения.

Влияние падения напряжения на кабельные участки-

Нагреватели перестают нагреваться должным образом

Двигатели, подключенные к цепи, работают медленно и иногда сгорают

Освещение становится тусклее кабель между источником питания и нагрузкой, так как он снижает сопротивление сети.

Подробнее….