12.01.2020      29      0
 

Рассчитать провод по нагрузке


Чем опасна неправильно смонтированная электропроводка: как проявляются скрытые риски

С начала дачного сезона привел ко мне новый сосед своего знакомого Андрея. У того просьба: помочь решить вопрос с пониженным напряжением на его участке. Особенно его беспокоит низкий уровень в гараже, где он разместил свою мастерскую с электрическими станками.

Поехали смотреть и проверять. Напряжение подается на вводной щит частного дома. Мой карманный мультиметр показал 203 вольта, что в принципе приемлемо для сельской местности.

А вот дальше начались чудеса. На его большой территории размещено несколько хозяйственных построек. Они подключены последовательной цепочкой: одно к другому. Гараж находится в самом конце.

Общая длина магистрали превышает сотню метров. Подключение выполнено тем, что было под рукой: медный провод 1,5 мм кв, а отдельные участки между строениями запитаны даже скрутками из алюминия 2,5 квадрата.

Этот участок обладает повышенным сопротивлением. Оно создает падение напряжения на входе в гараж до 185 вольт. А этого уже недостаточно для нормальной работы электродвигателей различных станков.

У Андрея на участке от дома до мастерской потери составили 18 вольт. Он собирался приобрести стабилизатор напряжения для гаража, а я ему объяснил, что так делать нельзя по следующим причинам:

  1. стабилизатор поднимет уровень напряжения на своем выходе и мощность потребления станками еще больше возрастет;
  2. от этого дополнительно увеличится нагрузка на проводку.

В этой ситуации возникнет дополнительная просадка напряжения на входе в стабилизатор, что повлечет:

  • его отключение от защит;
  • или возникновение аварийной ситуации в проводке из-за ее перегруза и перегрева.

Ненужные потери напряжения можно устранить только правильным подбором сечения кабеля питания с учетом транслируемой мощности и его надежным монтажом.

Расчет сечения по мощности потребителей

Основное назначение проводников – доставка электрической энергии к потребителям в необходимом количестве. Поскольку в обычных условиях эксплуатации сверхпроводники не доступны, приходится принимать в расчет сопротивление материала проводника.

Рассчитать провод по нагрузке

Расчет необходимого сечения проводников и кабелей в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации.

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

  • P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.
  • P1, P2, PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.

Получив результат по окончанию вычислений по вышеприведенной формуле, настал черед обратиться к табличным данным.

Теперь предстоит выбор необходимого сечения по таблице 1.

Таблица мощности

Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону ( )

Мощности потребителей указаны в документах на оборудование. Обычно в паспортах оборудования указана активная мощность вместе с  реактивной мощностью.

Устройства с активным видом нагрузки превращают всю полученную электрическую энергию, с учетом КПД,  в полезную работу: механическую, тепловую или в другой ее вид.

К устройствам с активной нагрузкой относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты.

P = U * I,

  • P – мощность в Вт;
  • U – напряжение в В;
  • I – сила тока в А.

Устройства с реактивным видом нагрузки способны накапливать энергию поступающую от источника, а затем возвращать. Происходит такой обмен за счет смещения синусоиды силы тока и синусоиды напряжения.

График нулевого смещения фаз

При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14)

К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.

График смещения фаз тока и напряжения

Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику

Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.

Поэтому возвращенная энергия потребителя с реактивной нагрузкой является паразитной и тратится на нагрев проводников и других компонентов.

Предлагаем ознакомиться:  Чем обшить деревянную баню снаружи

Рассчитать провод по нагрузке

Реактивная мощность имеет зависимость от угла смещения фаз между синусоидами напряжения и тока. Угол смещения фаз выражают через cosφ.

P = Q / cosφ,

Где Q – реактивная мощность в ВАрах.

Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.

P = 1200/0,7 = 1714 Вт

Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.

K – безразмерный коэффициент одновременности, показывает сколько потребителей одновременно может быть включено в сеть. Редко случается, чтобы все устройства одновременно потребляли электроэнергию.

Маловероятна одновременная работа телевизора и музыкального центра. Из устоявшейся практики K можно принять равным 0,8. Если Вы планируете использовать все потребители одновременно, K следует принять равным 1.

J – безразмерный коэффициент запаса. Характеризует создание запаса по мощности для будущих потребителей.

Рассчитать провод по нагрузке

Прогресс не стоит на месте, с каждым годом изобретаются все новые удивительные и полезные электрические приборы. Ожидается, что к 2050 году рост потребления электроэнергии составит 84%. Обычно J принимается равным от 1,5 до 2,0.

Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм2.

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать сечение провода по диаметру проволоки проводника.

S = π*R2 = π*D2/4, или наоборот

D = √(4*S / π)

S = h * m,

  • S – площадь жилы в мм2;
  • R – радиус жилы в мм;
  • D – диаметр жилы в мм;
  • h, m – ширина и высота соответственно в мм;
  • π – число пи, равное 3,14.

S = N*D2/1,27,

Где N – число проволочек в жиле.

Провода, имеющие свитые из нескольких проволочек жилы , в общем случае имеют лучшую проводимость, чем монолитные. Это обусловлено особенностями протекания тока по проводнику круглого сечения.

Электрический ток представляет собой движение одноименных зарядов по проводнику. Одноименные заряды отталкиваются, поэтому плотность распределения зарядов смещена к поверхности проводника.

Другим достоинством многожильных проводов является их гибкость и механическая стойкость. Монолитные провода дешевле и применяют их в основном для стационарного монтажа.

Задача: общая мощность потребителей на кухне составляет 5000 Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220 В и имеют запитку от одной ветки.

Таблица потребителей

Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов ( )

P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт

Используя значение расчетной мощности, ищем ближайшее значение в таблице 1.

Ближайшим подходящим значением сечения жилы для однофазной сети является медный проводник с сечением 4 мм2. Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм2.

Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3 мм и 2,8 мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.

Принципы выбора кабеля по току: какие процессы учитываются

Позволяет выбрать сечение по максимальному току и максимальной нагрузке.

Провода и кабели для домашней проводки выпускаются большим ассортиментом с разным сечением жил из меди или алюминия. Их поперечное сечение вычисляется по формуле площади круга через диаметр, который легко определить измерительными инструментами, например, микрометром.

Калькулятор расчета сечения кабеля по мощности

Поскольку они предназначены для работы в разных условиях эксплуатации, то обладают различной конструкцией, каждая из которых имеет свое название, например, NYM, ПУНП, ПУНГП, ВВГ, ВВГнг, ПВС и другие обозначения.

Внутренняя конструкция любого из них состоит из металлических жил и изоляции. В качестве примера показываю картинкой кабель ВВГнг.

Любая жила обладает электрическим сопротивлением. При прохождении тока по ней выделяется тепло, описываемое законом Джоуля-Ленца. Оно зависит от величины нагрузки, времени ее протекания и сопротивления проводника.

Предлагаем ознакомиться:  Сауна в греческом стиле

При этом происходит нагрев:

  1. металла жилы;
  2. слоя изоляции;
  3. окружающей кабель среды.

С третьим вопросом предлагаю разобраться поподробнее.

Обратите внимание на то, что окружающая кабель среда может отводить тепло, снижая нагрев, либо повышать его температуру за счет локализации места прокладки расположенными в непосредственной близости теплоизолирующими материалами.

Поэтому расположенная на открытом воздухе проводка, благодаря естественной вентиляции (перемещения тепла вверх, а охлажденных масс вниз), охлаждается лучше, чем спрятанная в трубах или внутри строительных конструкций.

Изоляционные материалы хорошо работают при нагреве до допустимой температуры, а после достижения ею критических значений усыхают, теряя свои диэлектрические свойства. Тогда через них создаются токи утечек, приводящие к авариям или пожарам.

Поэтому для каждого типа провода уже выбраны температуры допустимого нагрева с учетом прохождения по ним длительных нагрузок. Поскольку сопротивление по закону Ома уже влияет на величину тока, то по нему и проводится весь расчет.

При пользовании этой методикой необходимо суммировать все нагрузки, которые могут проходить по жиле. Например, розетки, подключенные шлейфом, могут питать одновременно несколько бытовых приборов. Этот момент следует учитывать при выборе сечения питающего их кабеля.

Чтобы не усложнять этот процесс формулами на практике используются уже готовые таблицы. Привожу выдержку из них, необходимую для домашнего мастера.

Способ выбора сечения кабеля по току является базовым. Он:

  • основан на многочисленных научных экспериментах;
  • заложен в ПУЭ для обеспечения надежной и безопасной работы электрооборудования;
  • позволяет оптимально выбрать сечение проводки по цене.

Для обеспечения повышенной безопасности при эксплуатации допустимо создавать запас по площади, используя кабель с более толстыми жилами. А монтировать его с уменьшенным сечением опасно.

Этот способ вобрал в себя две вышеприведенные методики расчета. Они просто сведены в общую таблицу.

Ей удобно пользоваться, имея любую информацию: по току нагрузки или потребляемой мощности, что позволяет не заниматься переводом одной величины в другую.

Однако во всех этих таблицах скрыт один параметр, а именно: очень длинная электрическая цепь. Она косвенно влияет на результаты расчета. Но об этом читайте в следующем подразделе.

Таблица мощности

Во всех приведенных таблицах учитывается итоговое действие электрического тока на нагрев металлической жилы. Его величина практически не меняется внутри пределов квартиры, где от вводного щитка до конечного потребителя расстояние редко превышает 15 метров.

Однако мы знаем, что электрическое сопротивление провода влияет на ток, а оно с увеличением расстояния всегда возрастает прямо пропорционально отношению удельного сопротивления к площади поперечного сечения.

На длинных участках дополнительно возникают потери напряжения, а все это необходимо учитывать в точных расчетах, что и применяется на практике в онлайн калькуляторе, приведенном в следующем разделе.

В качестве пояснения приведу пример такого влияния, применённого при монтаже точных измерительных цепей напряжения ТН на своей подстанции 330 кВ, где потери должны быть минимальными. С ними борются всеми доступными способами.

Эти ТН расположены на ОРУ-330 кВ. Они удалены от релейных панелей на дистанцию порядка 300-400 метров.

Сборка вторичных цепей выполнена в шкафу. Они к нему подаются от выводной коробки, расположенной внизу основания фарфорового изолятора коротким контрольным кабелем с жилами 1,5 мм кв.

Его длину можете оценить визуально по фотографии. Она не превышает несколько метров. Выходные кабели цепей напряжения, проложенные к панелям релейного зала, имеют повышенное сечение жил и превышают 16 мм квадратных.

Это хорошо видно на обратной стороне ввода релейной панели.

Сделано это для того, чтобы минимизировать потери напряжения на такой большой дистанции. Они не должны вносить погрешность большую 0,5%.

По самим же панелям разводка опять выполняется жилами 1,5 квадрата. Короткие расстояния от ТН к его шкафу и в релейном зале не оказывают существенного влияния на потери.

Предлагаем ознакомиться:  Мочалки из полипропилена крючком

Приведенным примером я постарался показать, как длина протяженной магистрали может повлиять на выбор и расчет кабеля. Все это учтено в онлайн калькуляторе.

Расчет падения напряжения

Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.

Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.

Удельное сопротивление

Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников ( )

В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.

Потери напряжения в линии

R = 2*(ρ * L) / S,

Uпад = I * R,

U% = (Uпад / Uлин) * 100,

  • 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
  • R – сопротивление проводника, Ом;
  • ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм2/м;
  • S – сечение проводника, мм2;
  • Uпад – напряжение падения, В;
  • U% – падение напряжения по отношению к Uлин,%.

Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.

Как рассчитать сечение кабеля по мощности и длине

У большинства современных бытовых приборов в сопроводительной документации указывается информация не о токе нагрузки, а о величине мощности потребления. Эти параметры электрической сети взаимосвязаны.

Их легко пересчитать по известным формулам, содержащихся в шпаргалке электрика.

Однако есть более простой и доступный путь: уже готовая табличная форма. Она избавляет человека от математических вычислений.

Здесь действует то же правило сложения мощностей всех подключенных приборов, как и ранее для тока нагрузки.

Разберем пример. В розеточную группу из трех последовательно подключенных розеток может быть одновременно вставлено три потребителя с нагрузкой 2, 1,5 и 1,0 кВт. Складываем их и получаем 4,5 киловатта.

Смотрим таблицу. Для проводки 220 вольт, проложенной открытым способом, достаточно использовать медь сечением полтора квадрата или алюминий — 2,5. При выборе закрытого способа монтажа потребуется увеличить медный провод до 2,5 мм кв, а алюминиевый — до 4,0.

К слову: на любые розеточные группы общепринято выполнять монтаж проводов с сечением от 2,5 миллиметров квадратных. Здесь действуют дополнительные требования к их механической прочности, требующей запаса по толщине.

Особенно актуально этотребование к алюминиевой проводке, обладающей пониженной механической прочностью. В этом не раз убедились многочисленные владельцы квартир в старых многоэтажных зданиях.

Создание небольшого запаса сечения кабеля в будущем может избавить владельца от непредвиденных проблем при приобретении и подключении нового, более мощного электрооборудования.

Для получения данных о сечении жилы кабеля нужно ввести следующие параметры:

  • Полный ток нагрузки в ватах или амперах (суммарная мощность электроприборов или сила тока потребителей);
  • Номинальное напряжение сети;
  • Назначение кабеля: для трёхфазной или однофазной электропроводки;
  • Длину кабеля от источника к нагрузке;
  • Материал жилы кабеля;

Пример расчета переноски

Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5 мм2. Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.

Схема подключения сварочного аппарата

Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант — подключение потребителей к отдельным веткам

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом

I = 7000 / 220 = 31.8 А

Uпад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

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

Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.

Калькулятор расчета сечения кабеля по мощности с учетом условий эксплуатации

Онлайн методика позволяет оптимально вычислить сечение, которое будет:

  • надежно работать при длительной полной нагрузке без каких-либо повреждений;
  • полностью выдержит возникающие в цепи короткие замыкания;
  • исключит потери напряжения в магистрали ниже допустимого уровня;
  • обеспечит работу защитных устройств при недостаточном качестве заземления.

Вычисления необходимо делать индивидуально для каждого кабельного участка. Они позволяют:

  1. определиться с условиями монтажа и видами нагрузок, которые будут протекать по его жилам;
  2. учесть минимальные размеры способом расчета по току;
  3. обеспечить надежную работу при возникновении температурных перегрузок от коротких замыканий;
  4. выявить допустимые габариты для снижения потерь напряжения;
  5. выбрать сечение, основываясь на импендансе петли из-за недостаточного заземления.

Для проведения расчета потребуется подготовить:

  • информацию о характере нагрузки;
  • условия работы в однофазной или трехфазной схеме питания;
  • тип тока: постоянный или переменный;
  • величину нагрузки в киловаттах;
  • полный и пусковой коэффициенты мощности;
  • протяженность рабочей магистрали;
  • способ прокладки и конструкцию кабеля, учитывающую температурные нагрузки.

Возгорание проводки

А дальше вводим эти исходные данные в таблицу и жмем кнопку «Расчет». Для перехода к следующим вычислениям надо просто нажать кнопку «Сброс» и повторить выше перечисленные операции.

Еще раз обращаю внимание на то, что за основу любого расчета пропускной способности кабеля взят наибольший ток, который способен выдерживать кабель длительно с сохранением диэлектрических свойств изоляции без ее повреждений. По его величине определяется поперечное сечение.

Рекомендую по вопросу выбора проводки дополнительно посмотреть видеоролик владельца «Электроснабжение в Москве»


Adblock detector