Расчет и выбор сечения провода различными способами

Понимание всех параметров и процессов происходящих с электричеством, является залогом правильного выбора кабеля . Данная статья поэтапно объясняет взаимосвязи физических величин, влияющих на надёжную работу энергосети, её безопасную эксплуатацию.

Известно, что все металлы имеют свободные электроны, которые двигаются при наличии приложенного электрического напряжения, создавая электрический ток. Ударяясь об атомы, они теряют энергию, которая переходит в тепловую. Чем больше ток, — тем гуще поток частиц, и чем меньше поперечный разрез проводника, через который они проходят, тем им «тесней», — столкновения чаще, теряется полезная энергия, увеличивается выделение бесполезного, а зачастую опасного тепла.

Лавина тепла

Важно! При росте температуры, растёт удельное сопротивление, увеличивается выделение тепла, что приводит к лавинообразному процессу быстрого разогрева с катастрофическими последствиями.

Существуют сложные формулы, рассчитывающие тепловой баланс, использующие коэффициент плавления и термический коэффициент сопротивления проводника, для определения площади сечения токопроводящей жилы .

Но, в быту применяются уже готовые таблицы, в которых учтена возможность перегрева кабеля в скрытой проводке — в этом случае для одинаковых значений по току и мощности, сечение предписывается большим для кабеля в плохо вентилируемых и термоизолированных местах, чтобы нагрев не был больше допустимого.

Решение на практике

Осуществляется использованием специальных таблиц, стандартов ПУЭ, по которым происходит выбор сечения кабеля. Значение поперечного сечения проводника выбирают несколькими способами:

1. Расчет сечения провода по мощности;
2. Выбор провода по току;
3. Если провод уже есть, но неизвестного сечения.

На каждом электроприборе указывается его номинальная мощность. Суммируя мощности электроприборов, которые планируется подключать к проектируемой электросети одновременно — получить некоторое число, и по таблице подобрать соответствующее сечение медного или алюминиевого кабеля, выбирая подходящее значение мощности.

Прежде всего необходимо учитывать какая предполагается нагрузка на электропроводку, которую мы собираемся прокладывать. В случае когда на одном участке электросети будет находиться несколько электроприборов, то для подсчета предполагаемой нагрузки мы складываем все их мощности. После подсчета этого показателя мы анализируем способ, каким будем прокладывать электросети (открытый или закрытый), а также воздействие какого температурного режима будет оказываться на провода.

Также рассчитать правильную величину сечения кабеля очень важно по той причине, что ошибки в подсчетах приведут к потерям мощности в проводах. Если для бытовых приборов это не столь существенно, то в промышленных масштабах это может привести к достаточно серьезным растратам.

Итак , берем листок и ручку выписываем все электроприборы находящиеся у Вас в квартире и складываем их мощности :

где P1- это мощность, например, чайника в 1,5 кВт, P2-мощность пылесоса в 1,6 кВт и т.д.

После того как все мощности сложили необходимо суммарную мощность умножить на коэффициент одновременности K=0.8 . Этот коэффициент показывает что в определенный период времени все электроприборы в квартире будут работать , но не продолжительное время , а короткий промежуток времени , это нужно обязательно учитывать , т.к. если вы будете выбирать сечение провода только по мощности вы выберете сечение провода больше , а это может оказаться существенно дороже .

Итак , у нас получается :

После подсчета общей мощности выбираем сечение провода (медный или алюминиевый) в таблице 1 :

Таблица 1 — Выбор сечения провода по мощности

Важно ! Если в будущем вы собираетесь увеличивать нагрузку , то необходимо заранее увеличить сечение провода это замечание применяется для всех способов определения сечения провода.

В таблице 2 можно найти соответствия сечений к номинальному току. Подбор по этому параметру считается более точным. Необходимо посмотреть в паспорта и на бирки электроприборов, обычно указывается номинальная мощность, и далее проделать те же процедуры что и в выше описанном способе.

Далее по формуле мы определяем ток , который максимально действует в линии и на основании этого выбираем сечение провода (формула применима для однофазной сети 220 В):

где Pобщ. — общая мощность электроприборов (Вт).

Есть возможность измерить амперметром ток для каждого потребителя в отдельности своими руками и далее просто просуммировать ток .

Для этого тестер подключают в разрыв цепи — на практике можно взять кусок сетевого провода с вилкой, подключить одну жилу к клемме розетки, другую подать на измерительный прибор. Другой щуп амперметра подсоединить к свободной клемме розетки, и в неё поочерёдно включать имеющуюся бытовую технику, в разных режимах работы, сверяясь с параметрами, заявленными производителями.

Если у Вас трехфазная сеть , необходимо ток найти по этой формуле :

После того как просуммировали токи электроприборов, выбираем по таблице сечение проводника:

Таблица 2 Соотношение силы тока и сечения проводника

Еще один момент , если в вашей трехфазной сети присутствуют электрические двигатели , то ток этого двигателя определяется по формуле:

где — P это мощность двигателя , n- КПД двигателя (есть на бирке двигателя), COS f- коэффициент мощности (также смотрим на бирку) .

И последнее , в трехфазной сети суммируем рассчитанные токи двигателей и рассчитанные токи электроприборов и выбираем из таблицы 2 сечение проводника.

Нужно учитывать еще один момент — это прокладка кабеля. Она может быть открытого типа или закрытого , соответственно и токовые нагрузки будут различаться, поэтому при выборе сечения провода обратите на это внимание. В таблице 2 вы можете проанализировать этот момент

В обратной ситуации, когда имеется кабель, но не видно маркировки, необходимо узнать его номинальный ток и мощность, для этого измеряем диаметр провода штангенциркулем, или микрометром. Можно обойтись линейкой, если жила достаточно гибкая, намотать её на тонкий прут, измерить длину получившейся спирали, разделить на количество витков — результат будет соответствовать диаметру.

По формуле вычисляем площадь поперечного сечения проводника:

где π- 3,14 , D — диаметр проводника, можно взять штангенциркуль и померить диаметр (мм)

Методом подбора по сечению из таблицы 1 , можно узнать, для какой мощности сгодится имеющийся кабель.

Важно:

Выбирать сечение кабеля лучше с запасом. Запрещается эксплуатация кабеля, смотанного в бухту(катушку), ввиду её индуктивного сопротивления.

Монтаж алюминиевого кабеля проводить с особой осторожностью — частое сгибание и разгибание продуцирует невидимые трещины, которые уменьшают сечение, в этом месте растёт сопротивление и происходит точечный перегрев.

Фактор длины проводника l также увеличивает сопротивление в сети . Им можно пренебречь на небольшом расстоянии, но по мере его увеличения, падение напряжения на нагрузке будет всё ощутимым, и оно может стать ниже номинального значения — 5 %.

Разберем подробнее , во избежание этого, рассчитывают площадь поперечного сечения всего кабеля, допуская некоторое его значение и используя его в формуле определения сопротивления:

где l — длина провода (м), ϱ — удельное сопротивление проводника (Ом*мм²/м) (см. в таблице 2 ), S — площадь поперечного сечения проводника, определяется из вышеописанного способа (мм²)

Таблица 3- удельное сопротивления металлов:

Далее , по закону Ома находим падение напряжения:

где I — это суммарная сила тока в вашей сети (А), R — рассчитанное сопротивление (Ом).

И последнее , определяем потери в сети . Рассчитанное падение напряжения делим на напряжение в сети и умножаем на 100 %.

Если полученное значение превышает 5% от напряжения сети — сечение кабеля необходимо увеличить по в таблице 1.