Ток по сечению кабеля. Расчет токовых нагрузок на кабели и провода: выбор оптимального сечения

Как правильно рассчитать сечение кабеля по току и мощности. Какие факторы влияют на допустимую токовую нагрузку проводов. Почему важно учитывать длину кабеля при выборе сечения. Как минимизировать потери напряжения в электропроводке.

Основные принципы выбора сечения кабеля

При проектировании электрических сетей и установок правильный выбор сечения проводов и кабелей является одним из ключевых этапов. Для корректного подбора кабеля необходимо учитывать следующие основные факторы:

  • Величину максимального тока нагрузки
  • Допустимый нагрев проводников
  • Потери напряжения на участке цепи
  • Механическую прочность кабеля
  • Условия прокладки и эксплуатации

Рассмотрим подробнее, как эти факторы влияют на выбор сечения и какими расчетами следует руководствоваться.

Расчет сечения кабеля по току нагрузки

Основной критерий при выборе сечения — это величина максимального расчетного тока в цепи. Сечение жил должно быть таким, чтобы нагрев проводника не превышал допустимых значений при протекании максимального тока нагрузки.


Для расчета тока используется формула:

I = P / U

где:

  • I — ток, А
  • P — мощность нагрузки, Вт
  • U — напряжение сети, В

Например, для потребителя мощностью 4 кВт при напряжении 220 В расчетный ток составит:

I = 4000 / 220 = 18,2 А

Какое сечение провода потребуется для такого тока? Для медных проводов принято, что 1 мм² сечения способен длительно пропускать ток 8-10 А. Таким образом, минимальное требуемое сечение составит:

S = 18,2 / 10 = 1,82 мм²

С учетом запаса 15-20% выбираем ближайшее стандартное сечение 2,5 мм².

Влияние материала жилы на допустимый ток

Важно учитывать, что допустимая токовая нагрузка зависит от материала токопроводящей жилы. Наиболее распространены медные и алюминиевые проводники.

Какая разница в токовой нагрузке для меди и алюминия? Приведем сравнение для наиболее распространенных сечений:

Сечение, мм²Допустимый ток для меди, АДопустимый ток для алюминия, А
1,51915
2,52720
43828
64636

Как видно, медные провода при одинаковом сечении способны пропускать ток примерно в 1,3 раза больший, чем алюминиевые. Это обусловлено лучшей электропроводностью меди.


Зависимость допустимого тока от способа прокладки

На допустимую токовую нагрузку существенно влияют условия прокладки кабеля. Различают следующие основные способы:

  • Открытая прокладка в воздухе
  • Прокладка в трубах
  • Прокладка в земле
  • Прокладка в кабельных каналах

Для каждого способа прокладки существуют свои поправочные коэффициенты. Например, при прокладке в трубах допустимый ток снижается на 25-30% по сравнению с открытой прокладкой. Это связано с худшими условиями охлаждения кабеля.

Какие еще факторы влияют на токовую нагрузку при различных способах прокладки?

  • Температура окружающей среды
  • Количество проводов в одной трубе или канале
  • Наличие теплоизоляции
  • Глубина прокладки в земле

Все эти факторы необходимо учитывать при выборе сечения, используя соответствующие поправочные коэффициенты.

Расчет потерь напряжения в кабеле

Помимо нагрева, важным критерием выбора сечения является допустимая потеря напряжения. Чем длиннее кабель, тем больше падение напряжения на нем при одинаковом токе.


Как рассчитать потери напряжения в кабеле? Для этого используется формула:

ΔU = (ρ * L * I) / S

где:

  • ΔU — потеря напряжения, В
  • ρ — удельное сопротивление материала жилы, Ом*мм²/м
  • L — длина кабеля, м
  • I — ток, А
  • S — сечение жилы, мм²

Для медных проводов ρ = 0,0175 Ом*мм²/м, для алюминиевых ρ = 0,028 Ом*мм²/м.

Допустимая потеря напряжения в электроустановках зданий обычно не должна превышать 4-5% от номинального напряжения. При больших потерях возможны сбои в работе оборудования.

Влияние длины кабеля на выбор сечения

Длина кабельной линии — один из ключевых факторов при расчете сечения. Чем длиннее кабель, тем большее сечение требуется для обеспечения допустимых потерь напряжения.

Как влияет увеличение длины на требуемое сечение? Рассмотрим пример:

Нагрузка мощностью 5 кВт питается кабелем 220 В. Рассчитаем требуемое сечение медного кабеля при разной длине линии для обеспечения потерь не более 2%:

  • При длине 10 м — достаточно сечения 2,5 мм²
  • При длине 50 м — требуется сечение 10 мм²
  • При длине 100 м — необходимо сечение 25 мм²

Как видно, с увеличением длины линии в 10 раз сечение кабеля пришлось увеличить в 10 раз для сохранения допустимых потерь напряжения.


Выбор сечения по экономической плотности тока

При проектировании крупных электроустановок важно учитывать не только технические, но и экономические факторы. Одним из критериев является выбор сечения по экономической плотности тока.

Что такое экономическая плотность тока? Это оптимальное значение плотности тока в проводнике, при котором суммарные затраты на сооружение и эксплуатацию линии минимальны.

Экономическая плотность тока зависит от:

  • Стоимости кабельно-проводниковой продукции
  • Стоимости электроэнергии
  • Числа часов использования максимума нагрузки в год

Для большинства случаев экономическая плотность тока для медных проводов составляет 2-2,5 А/мм², для алюминиевых — 1-1,5 А/мм².

Особенности выбора сечения для трехфазных цепей

При расчете сечения кабелей для трехфазных цепей необходимо учитывать ряд особенностей:

  1. Ток в линейных проводах в √3 раз меньше, чем в однофазной цепи той же мощности.
  2. Потери напряжения в трехфазной цепи рассчитываются по формуле: ΔU = (√3 * ρ * L * I) / S
  3. При несимметричной нагрузке следует проверять нагрузку на нулевой провод.
  4. Для четырехпроводных линий сечение нулевого провода принимается равным сечению фазных проводов.

Какие еще факторы нужно учитывать при выборе сечения для трехфазных цепей? Важно правильно определить расчетную мощность, учесть коэффициент мощности нагрузки, проверить селективность защиты.


Проверка сечения кабеля по термической стойкости

При выборе сечения кабелей, питающих электродвигатели или другие нагрузки с большими пусковыми токами, необходимо выполнять проверку по термической стойкости к токам короткого замыкания.

Как проводится такая проверка? Рассчитывается минимальное сечение кабеля, при котором температура жил при коротком замыкании не превысит допустимых значений:

S = (I_кз * √t) / C

где:

  • I_кз — ток короткого замыкания, А
  • t — время отключения КЗ, с
  • C — коэффициент, зависящий от материала жил

Если расчетное сечение по термической стойкости превышает сечение, выбранное по длительному току, необходимо принять большее значение.


Выбор сечения кабеля. Расчет сечения проводов и кабелей по току, мощности.

Поиск по меткам:

При проектировании схемы любой электрической установки выбор сечения проводов и кабелей является обязательным этапом. Чтобы правильно подобрать кабель нужного сечения, необходимо учитывать величину максимального потребления.

Сечения проводов измеряется в квадратных милиметрах или «квадратах». Каждый «квадрат» алюминиевого провода способен пропустить через себя в течение длительного времени нагреваясь до допустимых пределов максимум  — только 4 ампера, а медный провода  10 ампер тока. Соответственно, если какой-то электропотребитель потребляет мощность равную 4 киловаттам (4000 Ватт), то при напряжении 220 вольт сила тока будет равна 4000/220=18,18 ампер и для его питания достаточно подвести к нему электричество медным проводом сечением 18,18/10=1,818 квадрата. Правда в этом случае провод будет работать на пределе своих возможностей, поэтому следует взять запас по сечению в размере не менее 15%.

Получим 2,091 квадрата. И теперь подберем ближайший провод стандартного сечения. Т.е. к этому потребителю мы должны вести проводку медным проводом сечением 2 квадратных миллиметра именуемого нагрузкой тока. Значения токов легко определить, зная паспортную мощность потребителей по формуле: I = Р/220. Алюминиевый провод будет соответственно в 2,5 раза толще.

В таблице приведены данные мощности, тока и

сечения кабелей и проводов, для расчетов и выбора защитных средств, кабельных материалов и электрооборудования.
В расчете применялись данные таблиц ПУЭ, формулы активной мощности для однофазной и трехфазной симметричной нагрузки.

Медный кабель и провод.

Сечение токопро водящей жилы, мм2
Медные жилы проводов и кабелей
Напряжение, 220 В
Напряжение, 380 В
ток, А
мощность, кВт
ток, А
мощность, кВт
1,5
19
4,1
16
10,5
2,5
27
5,9
25
16,5
4
38
8,3
30
19,8
6
46
10,1
40
26,4
10
70
15,4
50
33,0
16
85
18,7
75
49,5
25
115
25,3
90
59,4
35
135
29,7
115
75,9
50
175
38,5
145
95,7
70
215
47,3
180
118,8
95
260
57,2
220
145,2
120
300
66,0
260
171,6

Алюминиевые жилы, проводов и кабелей

Сечение токопро водящей жилы, мм2
Алюминивые жилы проводов и кабелей
Напряжение, 220 В
Напряжение, 380 В
ток, А
мощность, кВт
ток, А
мощность, кВт
2,5
20
4,4
19
12,5
4
28
6,1
23
15,1
6
36
7,9
30
19,8
10
50
11,0
39
25,7
16
60
13,2
55
36,3
25
85
18,7
70
46,2
35
100
22,0
85
56,1
50
135
29,7
110
72,6
70
165
36,3
140
92,4
95
200
44,0
170
112,2
120
230
50,6
200
132,0

Расчет необходимого сечения кабеля.

Число жил,
сечение мм.
Кабеля (провода)
Наружный диаметр мм.Диаметр трубы мм.Допустимый длительный
ток (А) для проводов и кабелей при прокладке:
Допустимый длительный ток
для медных шин прямоугольного
сечения (А) ПУЭ
ВВГВВГнгКВВГКВВГЭNYMПВ1ПВ3ПВХ (ПНД)Мет.тр. Дув воздухев землеСечение, шины ммКол-во шин на фазу
11х0,752,716201515123
21х12,81620171715х3210
31х1,55,45,433,21620233320х3275
41х2,55,45,73,53,61620304425х3340
51х466441620415530х4475
61х66,56,555,51620507040х4625
71х107,87,85,56,220208010540х5700
81х169,99,978,2202010013550х5860
91х2511,511,5910,5323214017550х6955
101х3512,612,61011323217021060х6112517402240
111х5014,414,412,513,2323221526580х6148021102720
121х7016,416,41414,84040270320100х6181024703170
131х9518,818,71617404032538560х8132021602790
141х12020,420,4505038544580х8169026203370
151х15021,121,15050440505100х8208030603930
161х18524,724,75050510570120х8240034004340
171х24027,427,4636560560х10147525603300
183х1,59,69,292020192780х10190031003990
193х2,510,510,210,220202538100х10231036104650
203х411,211,211,925253549120х10265041005200
213х611,811,81325254260Допустимый длительный ток для
медных шин прямоугольного сечения
(А) Schneider Electric IP30
223х1014,614,625255590
233х1616,516,5323275115
243х2520,520,5323295150
253х3522,422,44040120180Сечение, шины ммКол-во шин на фазу
264х189,516201414123
274х1,59,89,89,210,12020192750х56501150
284х2,511,511,511,111,12020253863х575013501750
294х503031,3636514522580х5100016502150
304х7031,636,48080180275100х5120019002550
314х9535,241,58080220330125х5135021503200
324х12038,845,6100100260385Допустимый длительный ток для
медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP31
334х15042,251,1100100305435
344х18546,454,7100100350500
355х19,510,316201414
365х1,510101010,910,320201927Сечение, шины ммКол-во шин на фазу
375х2,5111111,111,51220202538123
385х412,812,814,92525354950х56001000
395х614,214,216,33232426063х570011501600
405х1017,517,519,64040559080х590014501900
415х16222224,4505075115100х5105016002200
425х2526,826,829,4636595150125х5120019502800
435х3528,529,86365120180
445х5032,6358080145225
455х9542,8100100220330
465х12047,7100100260385
475х15055,8100100305435
485х18561,9100100350500
497х1101116201414
507х1,511,311,820201927
517х2,511,912,420202538
5210х112,913,625251414
5310х1,514,114,532321927
5410х2,515,617,132322538
5514х114,114,632321414
5614х1,515,215,732321927
5714х2,516,918,740402538
5819х115,216,940401414
5919х1,516,918,540401927
6019х2,519,220,550502538
6127х11819,950501414
6227х1,519,321,550501927
6327х2,521,724,350502538
6437х119,721,950501414
6537х1,521,524,150501927
6637х2,524,728,563652538

Метки: кабель

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Администрация2022-01-31T22:45:43+03:00

Статьи потери напряжения 0 Комментариев

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

  • удельного сопротивления материала – ρ;
  • длины отрезка проводника – l;
  • площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

R = ρ·l/S,

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

заказать консультацию

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Телефон

Сообщение

Прикрепить файл

Даю согласие на обработку данных


Таблица размеров кабелей и номинальных токов

  • Информация о товаре
  • Техническая информация

Не можете найти то, что вам нужно? Спросите нашу дружную команду по продажам, которая будет более чем рада помочь.

Свяжитесь с нами

16

16

.0026

Поперечное сечение (мм 2)

Approximate Overall Diameter (mm)

Current Rating

Single Phase (Amps)

Three Phase (Amps)

1.5

2.9

17.5

15.5

2.5

3.53

24

21

4. 0

4.4

32

28

6.0

4.68

41

36

10

5,98

57

50

918 16

918 16

918 16

918 16

918 16

918 16

6.95

76

68

25

8.7

101

89

35

10. 08

125

110

50

11.8

151

134

70

13.5

192

171

95

15.7

232

207

120

17,4

296

239

150

19.3

19.3

19.3

. 0018 300

262

185

21.5

341

296

240

24.6

400

346

300

27.9

458

394

400

30.8

546

467

500

33.8

626

533

630

37. 6

720

611

* Данная таблица предназначена только для справки. Чтобы узнать истинные значения, обратитесь к спецификациям поставщиков кабелей.

Планируете крупный проект или хотите стать постоянным клиентом?
Сообщите нам продукт или продукты, которые вам нужны, а также количество, и мы свяжемся с вами по лучшей цене.

Имя

Электронная почта

Требуемые продукты

Телефон

Предпочтительный способ связи Телефон Эл. адрес

Сообщение

Допустимая токовая нагрузка медных проводников

Допустимая токовая нагрузка определяется как сила тока, которую проводник может выдержать до расплавления проводника или изоляции. Нагрев, вызванный электрическим током, протекающим по проводнику, определяет величину тока, который будет выдерживать провод. Теоретически количество тока, которое может быть пропущено через один неизолированный медный проводник, может быть увеличено до тех пор, пока выделяемое тепло не достигнет температуры плавления меди. Есть много факторов, которые будут ограничивать величину тока, который может быть пропущен через провод.

Основными определяющими факторами являются:

Размер проводника:

Чем больше площадь круглого мила, тем больше допустимая нагрузка по току.

Количество выделяемого тепла никогда не должно превышать максимально допустимую температуру изоляции.

Температура окружающей среды:

Чем выше температура окружающей среды, тем меньше тепла требуется для достижения максимальной температуры изоляции.

Номер проводника:

Рассеивание тепла уменьшается по мере увеличения количества индивидуально изолированных проводников, связанных вместе.

Условия установки:

Ограничение рассеивания тепла за счет установки проводников в кабелепроводах, воздуховодах, лотках или желобах снижает допустимую нагрузку по току. Это ограничение можно также несколько уменьшить, используя надлежащие методы вентиляции, принудительное воздушное охлаждение и т. д. оценки могут стать критическими.

В таблице показан ток, необходимый для повышения температуры одиночного изолированного проводника на открытом воздухе (окружающая среда 30°C) до пределов для различных типов изоляции. В следующей таблице приведен коэффициент снижения номинальных характеристик, который следует использовать, когда проводники соединены в жгуты. Эти таблицы следует использовать только в качестве руководства при попытке установить номинальные токи на проводнике и кабеле.

Коэффициенты снижения номинальных характеристик для пучков проводов
Комплект № Коэффициент снижения номинальных характеристик (X ампер)
2-5 0,8
6-15 0,7
16-30 0,5

 

Ампер

Изоляционные материалы: Полиэтилен
Неопрен
Полиуретан
Поливинилхлорид
(полужесткий)
Полипропилен
Полиэтилен
(высокой плотности)
Поливинилхлорид
ПВХ (облученный)
Нейлон
Kynar (135°C)
Полиэтилен
(сшитый)
Термопласт
Эластомеры
Каптон
ПТФЭ
ФЭП
ПФА
Силикон
Медь Темп. 80°С 90°С 105°С 125°С 200°С
30 AWG 2 3 3 3 4
28AWG 3 Insulation Materials: Polypropylene, Polyethylene (High Density)»> 4 4 5 6
26 AWG 4 5 5 6 Insulation Materials: Kapton, PTFE, FEP, PFA, Silicone»> 7
24 AWG 6 7 7 8 10
22AWG 8 9 Insulation Materials: Polyvinylchloride, PVC (Irradiated), Nylon»> 10 11 13
20 AWG 10 12 13 14 17
18 AWG Insulation Materials: Polyethylene, Neoprene, Polyurethane, Polyvinylchloride (Semi-Rigid)»> 15 17 18 20 24
16 AWG 19 22 24 26 Insulation Materials: Kapton, PTFE, FEP, PFA, Silicone»> 32
14 AWG 27 30 33 40 45
12 AWG 36 40 Insulation Materials: Polyvinylchloride, PVC (Irradiated), Nylon»> 45 50 55
10 AWG 47 55 58 70 75
8 AWG Insulation Materials: Polyethylene, Neoprene, Polyurethane, Polyvinylchloride (Semi-Rigid)»> 65 70 75 90 100
6 AWG 95 100 105 125

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *