Расчет сечения кабеля по мощности и другим рабочим параметрам необходим для обеспечения безопасности и надежности электрической сети. При неправильном выборе это может привести к серьезным последствиям от выхода из строя приборов или части проводки до пожара.
Жизнь современного человека требует все большего количества электрической техники и оборудования для обеспечения комфорта. Количество всех этих приборов постоянно растет и, несмотря на активную разработку экономичных технологий, увеличивает требования к электросетям, прокладываемым в домах. С каждым годом в доме появляется все больше техники, которая обладает большой потребляемой мощностью.
Увеличение количества техники закономерно ведет к увеличению нагрузки на проводку. Особенно это важно при использовании таких мощных приборов, как стиральные машины, водонагреватели, электрические плиты. Толщина или сечение кабеля, с помощью которого осуществляется подача электроэнергии на такое устройство, должна выбираться специально под его характеристики.
Использование слишком тонкого кабеля чревато такими последствиями, как:
- плавление внешней и первичной изоляции проводов;
- возгорание проводки;
- короткое замыкание;
- пожар (как следствие предыдущих пунктов);
- выход из строя электроприборов.
В лучшем случае это может стать причиной дополнительных затрат на ремонт и покупку новой техники, а в худшем – человеческих жертв. Именно поэтому предельно важно использовать для домашней проводки и не только кабели с подходящей площадью сечения.
Способы расчета
В данной статье мы не будем рассматривать вопрос создания схемы электрической сети и разделения потребителей на группы. Достаточно отметить, что в наши дни общепринятым считается схема, когда приборы с большой потребляемой мощностью выносятся на отдельную линию друг от друга, а также групп розеток и осветителей. Поэтому для них, как правила, используются более толстые провода.
- по таблице соответствия нагрузки к толщине жилы;
- по длине (с помощью формулы);
- по потребляемой мощности;
- по другим рабочим показателям (напряжению или току).
С помощью формулы
Сечением кабеля называют площадь поперечного среза токопроводящей жилы. Если для подачи фазы используется многожильный кабель, то за сечение принимается сумма этих площадей.
Чтобы найти расчетную величину сечения кабеля можно выразить её из формулы сопротивления провода, согласно которой:
R= (p*l)/S
Здесь p означает удельное сопротивление, l – длину провода, а S – его площадь в поперечнике. Вспоминаем, что площадь круга равна квадрату его диаметра, умноженному на 0,758 (S = 0,758d2). При известном значении толщины провода (то есть диаметра поперечного круга), приводим формулу к следующему виду:
R= (p*l)/(0,758*d^2)
d – диаметр жилы
Значение p зависит от металла, из которого сделан провод, его величину можно узнать в справочниках.
С помощью данной формулы мы можем узнать, на какое предельное сопротивление рассчитан провод той или иной толщины, то есть определить безопасную нагрузку, и использовать эту информацию для проектирования домашней электросети. Стоит признать, что этот способ расчета сечения относительно сложен и громоздок, особенно если в квартире будет разводиться много линий питания с разной потребляемой мощностью. Мы приводим его здесь для более полного понимания того, как происходит расчет. Тем более, рабочие характеристики всех типов проводов давно известны, а значит можно не мучиться (и избежать возможных ошибок), а воспользоваться уже известными данными, сведенными в удобную таблицу.
С помощью таблицы
Таблица нагрузок и кабелей, соответствующих её величине, является гораздо более удобным способом найти расчетную площадь сечения. Самым главным показателем в данной таблице является сопротивление материала проводов. Электрические кабели чаще всего изготавливаются из меди и алюминия. Вторые обладают более низкими рабочими характеристиками и по этой причине в последнее время все чаще отвергаются профессионалами как менее безопасные и надежные. Несмотря на это, алюминиевые провода по-прежнему очень часто используются в домашних электросетях. Поэтому таблица ПЭУ (правил электротехнических установок) для выбора сечения содержит колонки со значениями для обоих металлов.
В приведенной таблице расчетная площадь сечения находится по току и мощности, поскольку эти два параметра взаимосвязаны и вычисляются по общей формуле. Очевидно, что она гораздо удобнее способа, описанного ранее – нет необходимости производить сложные вычисления, исходя из диаметра жил. Здесь достаточно знать общую нагрузку, которая будет подаваться на провода, и сразу увидеть, какой должна быть их толщина. Помните, что в целях безопасности и обеспечения надежности следует всегда округлять величину поперечного сечения в большую сторону.
Влияние рабочих параметров на расчет
Чтобы определить, какой толщины должен быть кабель для прокладывания функциональной и безопасной проводки, можно ориентироваться на основные рабочие показатели электрической сети (напряжение, сила тока, потребляемая мощность). Однако каждый из этих способов имеет небольшие особенности, которые необходимо учитывать. Рассмотрим их по отдельности.
Напряжение
При расчете сечения кабеля по напряжению ключевое значение имеет тип сети по количеству фаз. Как мы знаем, стандартная бытовая сеть имеет 1 силовую фазу с напряжением 220 вольт, а в производственной деятельности и на высоконагруженных объектах применяется трехфазная сеть – с напряжением 380 вольт. Отличается и строение силового кабеля:
- в однофазном – 3 жилы: фаза, ноль, заземление;
- в трехфазном – 5 жил: 3 фазы, ноль, заземление.
Это накладывает определенные особенности на монтаж электросети, связанные с разводкой питания на автоматы и выделенные линии. К примеру, от силового щитка частного дома идет одна ветка для освещения и подачи электроэнергии в гараж, потребляемая мощность которого составляет 18 киловатт. И именно здесь возникает различие:
- В однофазной сети кабель будет принимать на себя всю нагрузку ветви, равную 18 кВт. То есть при использовании медного провода его сечение должно быть равно 16 или 25 мм2 (для скрытой и отрытой проводки).
- В трехфазной сети кабель будет состоять из трех питающих жил, каждая их которых будет находиться под нагрузкой в 6,6 кВт. То есть площадь сечения каждой из них может составлять 1 мм2, а суммарная – 3мм2.
Например, мы прокладываем электрическую сеть в квартире, подключенной к однофазной сети с напряжением 220В. Для питания электроплиты с номинальной мощностью в 5 кВт от распределительного щитка будет проведена отдельная ветка с автоматикой. Согласно таблице для этого нужно использовать медный кабель с площадью сечения в 2,5 мм2. Алюминиевые провода для питания таких устройств лучше не использовать совсем – их свойства могут изменить в худшую сторону под воздействием сильной нагрузки.
Сила тока
Чтобы узнать, какие провода подойдут для использования на определенном участке цепи, можно провести расчеты по силе тока. Некоторые электрики в данной ситуации производят примерный расчет, считая, что на один квадратный миллиметр сечения должно приходиться 10А тока, однако такой способ не слишком точен, поскольку подходит только для однофазных сетей и кабелей с площадью сечения до 6 мм2. Поэтому мы рассмотрим, как правильно и точно выбрать кабель исходя из величины номинального тока.
Чаще всего на корпусе электроприборов или в технической документации указывается их номинальная мощность, с помощью которой мы можем вычислить мощность и, следовательно, нагрузку. Сложив токовые нагрузки всех электроприборов, получим суммарную мощность. Исходя из этой величины, надо будет выбирать провод. Например, в участок сети включены две ламы мощностью по 100Вт и четыре – по 40Вт, а также 1200Вт микроволновка и 2200Вт электрический чайник. Суммарная мощность нагрузки в такой цепи составит 3760Вт или 3,76 кВт. Для расчета сечения кабеля понадобится стандартная формула нахождения силы тока.
P – сопротивление (общая мощность); U – напряжение сети; I – сила тока
I= 3760Вт/220В= 17,09 А
Токовая нагрузка на нашем участке сети составляет 17,09А. В выборе подходящего кабеля нам поможет таблица нагрузок, использовавшаяся в способах выше. Обращаемся к ней и видим, что в однофазной сети с напряжением в 220В можно использовать медный кабель с сечением 1,5 мм2 или алюминиевый с сечением 2,5 мм2. Для сети с напряжением 380В эти показатели аналогичны – существенная разница в требуемой толщине кабелей между трех- и двухфазными сетями становится заметной только при нагрузке выше 25А.
Не забывайте, что выбор проводников по длительно допустимому току необходимо производить с округлением в большую сторону. Если, например, суммарная нагрузка составляет 22,5 А, следует брать кабель с сечением не ниже этого значения. Согласно таблице это будет 2,5 мм2 для медных проводов и 4 мм2 – для алюминиевых. Такое соотношение закономерно для двух этих материалов, так как медь обладает более высокой пропускной способностью.
Мощность
Расчет сечения кабеля по мощности также производится с помощью общей таблицы нагрузок. Но во время монтажа сетей на крупных объектах она не гарантирует точность вычислений, поскольку при большой длине кабелей играет роль падение напряжения. То есть при значительном отдалении потребителя от источника питания, фактическое напряжение будет ниже номинального. Как мы помним, сила тока является результатом деления сопротивления на напряжение (I = P/U). Соответственно, при уменьшении величины напряжения, сила тока будет возрастать. Вместе с ней будет увеличиваться и требуемая площадь сечения кабеля (для большей нагрузки нужен кабель большей толщины). Для наглядности ниже представлена таблица расчета сечения кабеля по мощности и длине с поправкой на падение напряжения.
При монтаже электрической сети в квартире или частном доме этими отклонениями можно пренебречь – они не окажут ощутимого воздействия на работу проводки, поскольку будут погашены за счет округления в большую сторону.
Влияние типа проводки на расчет
Как известно, для прокладывания кабелей проводки могут использоваться два способа:
- открытый – по поверхности стен и потолков в специальных кабель-каналах;
- закрытый – внутри каркасных конструкций, оштукатуренных стен т.д.
Тип проводки оказывает влияние на выбор кабеля определенной толщины по следующей причине – провода, проложенные открытым способом, находятся в лучших теплообменных условиях (воздух служит дополнительным охлаждением). Таким образом, для проводника одной и той же толщины допустимый максимальный ток будет выше в условиях открытой прокладки, чем при закрытой. В приведенной нами сводной таблице соотношения нагрузок и толщины кабелей указаны данные для закрытого способа прокладки. Используя кабеля, подобранный согласно указанной там информации (вне зависимости от типа проводки), у вас всегда будет некоторый запас прочности. Тем не менее, ниже прикреплена более подробная таблица для расчета сечения кабелей для закрытой и открытой проводки.
Различие между кабелем и проводом
Вопрос, между прочим, не простой. В частности, в соответствии со СН еще с времен СССР и до настоящего времени работы с кабелем дорогостоящие, нежели с проводом. Однако весьма отчетливой классификации в этом плане не имелось ни в прошлые времена, ни сегодня. Различные источники предоставляют разнообразные точки зрения. Практически, характеристика «кабель» или «провод» присваивается ГОСТом/ ТУ на выпуск конкретной марки. В частности, кабель марки ВВП от ОАО «Одескабель» разнится от провода марки ПВС лишь конфигурацией оболочки: кабель ВВП- плоский, а провод ПВС — круглый. И ни в каком справочнике о кабелях форма оболочки кабеля/провода не указывается как малозначимый фактор. Поэтому смотреть надо в сертификат — там непременно будет заявлено: это кабель или провод.
Расчет сечения кабеля
Есть справочные таблички, указавающие, какое сечение алюминиевой/ медной жилы нужно для назначенной нагрузки. Однако большинство электриков применяют легкую формулу (рассмотрим нагрузку в 8кВт.): сечение медного кабеля в 1 мм2 может пропустить сквозь себя 10А или 2,2кВт (мощность = 10А х 220В).
Следовательно, нагрузка в 8 кВт в А будет равна 36 А (нагрузка=8кВт/220В), а для подобного объема тока будет хватать кабеля, у которого сечение равно 4мм2 .
Этот расчет более — менее подходит для кабелей из сечением не больше 6 мм2. Для больших сечений нужны таблицы «Допустимых токовых нагрузк».
При равной нагрузке сечение алюминиевого кабеля должно составлять почти на 30% больше, чем у медного. Сечение кабеля — это площадь жилы в срезе, которая проводит ток.
Сечение круглой проводящей ток жилы кабеля получают согласно формуле площади круга S = π × r2, где число π=3,14, а r — радиус.
Когда в жиле пару проволок, тогда сечение жилы будет равняться сумме сечений всех проволок. Радиус проволочки замеряется штангенциркулем, а весьма тонких проволок — микрометром. Каков запас по сечению необходим? Запас, бесспорно, не будет лишним. Однако надо знать предел.
Например, предел обычных бытовых розеток-выключателей — 16А (3,2кВт=16А х 220В) и подключение розетки с помощью кабеля в 4 мм2, с пропускной способностью 8кВт — это нецелесообразный расход финансов.
А также, кабель сечением 4 мм2 вместится совсем не в каждой розетке.
Рациональные сечения в бытовых электросетях по меди: 1,5-2,5 мм2 на розетки и 0,75-1,5 мм2 на освещение.
Какой кабель выбрать: медный или алюминиевый?
Многие » эксперты» с абсолютной уверенностью скажут — медь. Почему? Для потребителя медь по сопоставлению с алюминием выгодна в том, что медь рано или поздно не так живо разрушается, а это весьма значимо при замене светильников, и др. Надо ли за это уплачивать в три раза больше — вывод за потребителем.
Объединять медный и алюминиевый кабеля надо лишь с помощью клеммника так, чтобы алюминий не соприкоснулся с медью.
Потому-что через некоторые физические явления в точке прикосновения алюминия и меди через какое-то время сопротивление тока повышается. В следствие, точка соединения чрезвычайно интенсивно нагревается, кабель ломается, появляется короткое замыкание, а в крайнем случае — пожар.Между прочим, соединение всяких неоднородных материалов с различным сопротивлением повергает к похожему результату.
Вследствие этого, дотачивать проводку первым повстречавшимся проводом путем скрутки не нужно.
Смотря на область использования кабеля, токопроводящая жила производится из разнообразных материалов: сначала медь и алюминий, потом — нихром, сталь, и др. Когда вы не заверены в однородности материала объединяемых кабелей — используйте клеммник.
Какой кабель оптимальный: гибкий или жесткий?
Жесткий кабель, обычно, это кабель одножильный, а гибкий — с многожильный. Чем большее число проволок в жиле и насколько тоньше будет каждая проволочка — тем эластичнее кабель.
За гибкостью кабель разделяют на 7 классов: моножила — это 1-й класс, а 7-й класс – наиболее гибкий.
С повышением класса гибкости кабеля повышается его цена. Жесткий кабель служит для вделки в стены и укладывания в землю, а гибкий — для подсоединения маневренных устройств или электрических приборов. С точки зрения эксплуатации, какой выбирать кабель — жесткий или гибкий, не важно. С точки зрения установки — всякий электрик имеет свои пожелания. Между прочим: кончики гибкого кабеля, которые вделываются в розетки (выключатели), непременно должны пропаиваться или обжиматься с помощью специальных оконцевателей. Для жесткого кабеля подобная процедура не нужна. Для подсоединения осветительного оснащения лучше приобретать гибкий кабель, потому что осветительные приборы нередко заменяются, а жесткий кабель поломается скорее при подключении нового электрического оборудования.
Как самостоятельно определить качество кабеля?
Много производителей не все время соблюдают стандарты при изготовке кабеля. Главным их » ухищрением » является занижение сечения токопроводящей жилы. И порой существенно. Безусловно, обследовать сечение на месте приобретения сложно. В магазине можно измерить всякую проволочку штангенциркулем и микрометром.
Попадается кабель и с заниженной толщиной оболочки или с оболочкой из материала низкого качества, а это снижает срок эксплуатации кабеля.
Для обследования неплохо иметь при себе в качестве эталона кусок «правильного» кабеля. В магазинах можно наткнуться на китайский кабель из алюминия, укрытого медью (реализуется как медный с маркировкой на кириллице).
Подобный кабель обследовать легко: срез токопроводящей жилы на кабеле отблескивает белой окраской – это алюминий.
Есть производители, которые для снижения себестоимости применяют медь или алюминий низкого качества. У подобных кабелей срок эксплуатации и токопроводимость жилы намного ниже, нежели за ГОСТом. Испытать качество металла проводящей ток жилы возможно так:
- попробуйте пару раз изогнуть и распрямить кабель. На заводах подобное испытание совершается на особом гибочном механизме под определенным радиусом изгиба. Конечно у Вас число изгибов будет меньшим, предусмотренных в ГОСТе. Однако, во всяком случае, алюминий должен выдержать самое меньшее 7-8 изгибов, а медь — 30-40. После этого возможна деформация изоляции и обрыв жилы. Эксперимент лучше проводить на конце кабеля, чтобы потом его просто отрезать.
- кабель из высококачественной меди/алюминия должен сгибаться и не пружиниться;
- медная/алюминиевая жила на зачищенном кабеле должна обладать ярким (бликующим) цветом. Когда жила — разнородна по цвету и есть беспросветные пятнышки — это свидетельствует и больших примесях в металле и о его низком качестве..
И тем не менее любитель самостоятельно не сможет на 100% установить качество кабеля. В этом случае рекомендация одна — полагаться на торговую марку и преобретать его в крупных проверенных магазинах.
Какую именно изоляцию и оболочку должен иметь кабель
Лучше всего, когда изоляция и оболочка у кабеля будут иметь двойную изоляцию. Кабель с одинарной изоляцией обладает сроком эксплуатации до 15 лет, а в двойной — обычно в 2 раза дольше. Обычно «изоляция» и «оболочка» это 2 разных материала. Изоляция — пласт диэлектрического материала, идущий сразу за токопроводящей жилой, а оболочка — все слои сверху изоляции. Оболочка предназначается для предохранения кабеля от разных механических влияний. Кабель может иметь пару слоев оболочки из разных видов материала. Отдельные виды оболочки, которые могут пригодиться:
- термостойкие кабели предназначены для протягивания в помещениях с высокой температурой (сауне). Обычно используется материал фторопласт, а поверху — стеклоткань. Особые обозначения для подобных кабелей отсутствуют, т.е. при надобности нужно обратиться за помощью в справочники или каталоги, где значение «температуры эксплуатации» указано точно;
- не поддерживающие горение с маркированием «нг» — обозначает способность самозатухать при исчезновении пламени, однако не переносить высокие температуры
- когда в марке кабеля есть « FR» (огнестойкий) и далее E30, E90 или E120 — то этот кабель может » функционировать» в открытом огне на протяжении 30, 90 или 120 минут;
- кабеля с полиэтиленовой оболочкой можно протягивать как в почве, так и отрытым способом (к примеру, по стенам домов);
- кабеля с изоляцией и оболочкой из ПВХ (поливинилхлорид) служат для протягивания внутри зданий (под штукатуркой) или в кабельных каналах.
Самые известные марки кабеля
- провод ППВ (медь), АППВ (алюминий) в одинарной изоляции — для протягивания внутри стен;
- кабель ПВС (медь), ВВП (медь) в двойной изоляции — для протягивания внутри зданий;
- кабеля термостойкие РКГМ (медь) — до 180°С, БПВЛ (луженая медь)- до 250°С;
- кабель ВВГ (медь), АВВГ (алюминий) — для протягивания по стенам домов и в земле;
- кабель ВПП (медь) водопогружной — для протягивания в воде;
- кабель ТПП (медь) телефонный парный — для протягивания в земле;
- провод ТРП (медь) телефонный распределительный для абонентской связи (включение ТА)
- кабель «витая пара» UTP, FTP — для организации компьютерных сетей, включение домофонов и др.;
- провод сигнальный «Alarm» для подсоединения домофонов, охранно-пожарной сигнализации и др.;
- кабель коаксиальный RG-6 для подсоединения телевизоров, антенн, камер видеонаблюдения.
Интернет кабель
Понятие «интернет-кабель» обобщающее многие виды кабельных изделий. Для трансляции информации используются разнообразные информационные кабеля. Если имеется в виду подключение к Интернету, то нужно уточнить у оператора — какой именно кабель надо протягивать по стенам. При этом надо выяснить и марку кабеля и производителя, чтобы точно определить совместимые кабельные изделия.
К примеру, для Интернета используют обычный телевизионный кабель ТМ Finmark, кабель «витая пара» или имеющийся абонентский кабель (так называемая «лапша»), к которому подсоединен телефон.
На выделенных интернет -линиях могут прокладывать оптический кабель.
Компьютерный кабель
Термин также обобщающий.
Как правило, для связи ПК между собой и с сервером используют кабель «витая пара», однако могут употребляться и прочие информационные кабеля.
Технология свивать две жилы в пару употребляется в телефонии еще с прошлого столетия. За счет правильно рассчитанного шага витья и качества материала была достигнута максимальная скорость передачи информации, нежели у стандартного парного телефонного кабеля. Имеется довольно много видов кабеля «витая пара» в зависимости от числа жил, диаметра каждой жилы, мест прокладки и т.д. Смотря на то, какая скорость передачи данных, кабель «витая пара» делят на группы:
- 3-я категория (стандартный телефонный кабель),
- 5-я категория (офисные сети),
- 6-я категория (кабель нового поколения для смены 5-й категории).
«Витая пара», приобретшая в наше время наибольшую популярность — это кабель категории 5 из 8 попарно скрученных жил, диаметр жилы составляет минимум 0,45мм и максимум 0,51мм.
Телевизионный кабель
Это бытовое наименование коаксиального кабеля с сопротивлением 75 Ом.
А также «спутниковый кабель » является коаксиальным кабелем. Всякий коаксиальный кабель на 75 Ом можно применять для подсоединения спутниковой и всякой иной антенны, и для подключения к кабельному телевидению. Имеет значение только одно — хороший ли это кабель или не очень.
Важными характеристиками коаксиального кабеля являются затухание сигнала и помехоустойчивость.
Все прочие характеристики кабеля устремлены на усовершенствование собственно данных 2 показателей и обладают второстепенным значением. В частности, наш кабель марки РК делают лишь из медной проволоки (порой даже посеребренной), однако затухание кабеля РК будет почти в четыре раза хуже, нежели у всякого нынешнего кабеля марки RG, произведенного из недорогих материалов: стали и алюминия. Это достигается за счет специальной технологии производства кабеля.
Требуется определить сечения кабеля в сети 0,4 кВ для питания электродвигателя типа АИР200М2 мощностью 37 кВт. Длина кабельной линии составляет 150 м. Кабель прокладывается в грунте (траншее) с двумя другими кабелями по территории предприятия для питания двигателей насосной станции. Расстояние между кабелями составляет 100 мм. Расчетная температура грунта 20 °С. Глубина прокладки в земле 0,7 м.
Технические характеристики электродвигателей типа АИР приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Технические характеристики электродвигателей типа АИР
Согласно ГОСТ 31996-2012 по таблице 21 выбираем номинальное сечение кабеля 16 мм2, где для данного сечения допустимая токовая нагрузка проложенного в земле равна Iд.т. = 77 А, при этом должно выполняться условие Iд.т.=77 А > Iрасч. = 70 A (условие выполняется).
Если же у Вас четырехжильный или пятижильный кабель с жилами равного сечения, например АВВГзнг 4х16, то значение приведенной в таблице следует умножить на 0,93.
Предварительно выбираем кабель марки АВВГзнг 3х16+1х10.
Определяем коэффициент k1, учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбираем по таблице 2.9 [Л1. с 55] и по таблице 1.3.3 ПУЭ. По таблице 2-9 температура среды по нормам составляет +15 °С, учитывая, что кабель будет прокладываться в земле в траншее.
Температура жил кабеля составляет +80°С в соответствии с ПУЭ изд.7 пунктом 1.3.12. Так как расчетная температура земли отличается от принятых в ПУЭ. Принимаем коэффициент k1=0,96 с учетом, что расчетная температура земли +20 °С.
Определяем коэффициент k2 , который учитывает удельное сопротивление почвы (с учетом геологических изысканий), выбирается по ПУЭ 7 изд. таблица 1.3.23. В моем случае поправочный коэффициент для песчано-глинистой почвы с удельным сопротивлением 80 К/Вт составит k2=1,05.
Определяем коэффициент k3 по ПУЭ таблица 1.3.26 учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее (в трубах или без труб). В моем случае кабель прокладывается в траншее с двумя другими кабелями, расстояние между кабелями составляет 100 мм с учетом выше изложенного принимаем k3 = 0,85.
3. После того как мы определили все поправочные коэффициенты, можно определить фактически длительно допустимый ток для сечения 16 мм2:
4. Определяем длительно допустимой ток для сечения 25 мм2:
5. Определяем допустимую потерю напряжения для двигателя в вольтах, с учетом что ∆U = 5%:
- Iрасч. – расчетный ток, А;
- L – длина участка, км;
- cosφ – коэффициент мощности;
Зная cosφ, можно определить sinφ по известной геометрической формуле:
- r0 и x0 — значения активных и реактивных сопротивлений определяем по таблице 2-5 [Л2.с 48].
- Р – расчетный мощность, Вт;
- L – длина участка, м;
- U – напряжение, В;
- γ – удельная электрическая проводимость провода, м/Ом*мм2;
- для меди γ = 57 м/Ом*мм2;
- для алюминия γ = 31,7 м/Ом*мм2;
Как мы видим при определении сечения кабеля по упрощенной формуле, есть вероятность занизить сечение кабеля, поэтому я рекомендую при определении потери напряжения, использовать формулу с учетом активных и реактивных сопротивлений.
- cosφ = 0,3 и sinφ = 0,95 средние значения коэффициентов мощности при пуске двигателя, принимаются при отсутствии технических данных, согласно [Л6. с. 16].
- kпуск =7,5 – кратность пускового тока двигателя, согласно технических характеристик двигателя.
Согласно [Л7, с. 61, 62] условие пуска двигателя определяется остаточным напряжением на зажимах электродвигателя Uост.
Считается, что пуск электродвигателей механизмов с вентиляторным моментом сопротивления и легкими условиями пуска (длительность пуска 0,5 — 2c) обеспечивается при:
Uост.≥0,7*Uн.дв.
Пуск электродвигателей механизмов с постоянным моментом сопротивления или тяжелыми условиями пуска (длительность пуска 5 – 10 с) обеспечивается при:
Uост.≥0,8*Uн.дв.
В данном примере длительность пуска электродвигателя составляет 10 с. Исходя из тяжелого пуска электродвигателя, определяем допустимое остаточное напряжение:
Uост.≥0,8*Uн.дв. = 0,8*380В = 304 В
10.1 Определяем остаточное напряжение на зажимах электродвигателя с учетом потери напряжения при пуске.
Uост.≥ 380 – 44,71 = 335,29 В ≥ 304 В (условие выполняется)
Выбираем трехполюсный автоматический выключатель типа C120N, кр.С, Iн=100А.
11. Проверяем сечение кабеля по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защите, где Iд.т. для сечения 95 мм2 равен 214 А:
- Iзащ. = 100 А – ток уставки при котором срабатывает защитный аппарат;
- kзащ.= 1 – коэффициент кратности длительно допустимого тока кабеля (провода) к току срабатывания защитного аппарата.
Данные значения Iзащ. и kзащ. определяем по таблице 8.7 [Л5. с. 207].
Исходя из всего выше изложенного, принимаем кабель марки АВВГзнг 3х35+1х25.
Литература:
- Справочная книга электрика. Под общей редакцией В.И. Григорьева. 2004 г.
- Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.
- ГОСТ 31996-2012 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
- Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. Издательство ТПУ. Томск 2006 г.
- Как проверить возможность подключения к электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором. Карпов Ф.Ф. 1964 г.
- Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. А.В.Беляев. 2008 г.
Для того чтобы электропроводка функционировала безупречно, важно правильно подобрать сечение проводов и сделать грамотный расчет мощности, ведь от этих показателей зависят другие характеристики. Ток движется по проводам точно так же, как вода поступает по трубам.
От качества проведённых электромонтажных работ зависит безопасность всего помещения. Здесь особенно важно правильно выбрать такой параметр, как сечение кабеля. Для того чтобы провести расчёт сечения кабеля по мощности, необходимо знать технические характеристики всех потребителей электроэнергии, которые будут к нему подключены. Также следует учесть длину проводки и то, каким способом она будет установлена.
Выбор кабеля для электропроводки
Ток движется по проводам подобно тому, как вода течёт по трубе. Как в водопроводную трубу нельзя поместить жидкость большего объёма, так и по кабелю невозможно пропустить больше определённого количества тока. Кроме того, стоимость кабеля напрямую зависит от его сечения. Чем больше сечение, тем цена кабеля будет выше.
Водопроводная труба по сечению большая, чем нужно, стоит дороже, а слишком узкая не пропустит нужного количества воды. То же самое происходит и с током с той лишь разницей, что выбор кабеля, по сечению меньше заданного значения, намного опаснее. Такой провод все время перегревается, мощность тока в нем повышается. Из-за этого свет в помещении будет произвольно вырубаться, а в худшем случае произойдёт короткое замыкание, начнётся пожар.
В том, что выбранное сечение кабеля будет больше необходимого, ничего страшного нет. Наоборот, проводка, где мощность и сечение превышают нужное значение, прослужит намного дольше, но стоимость всех электромонтажных работ сразу вырастет как минимум в 2-3 раза, ведь основные затраты на электроснабжение заключаются именно в стоимости проводов.
Правильно выбранное сечение позволит:
- избежать перегрева проводов;
- не допустить короткого замыкания;
- сэкономить на стоимости ремонта.
Вычисление с помощью формул
Достаточная площадь сечения даст возможность проходить максимальному току по проводам без перегрева. Поэтому при проектировании электропроводки, прежде всего, находят оптимальное сечение провода в зависимости от потребляемой мощности. Для вычисления этого значения следует подсчитать общий ток. Его определяют, исходя из мощности всех приборов, подключённых к кабелю.
Чтобы выбрать оптимальное сечение провода, зная мощность, следует вспомнить закон Ома, а также правила электродинамики и другие электромеханические формулы. Так, силу тока (I) для участка сети с напряжением 220 Вольт, а именно такое напряжение используется для домашней сети, рассчитывают формулой:
I=(P1+P2+…+Pn)/220, где:
(P1+P2+…+Pn) – суммарная мощность каждого используемого электроприбора.
Для сетей с напряжением 380 Вольт:
I=(P1+P2+…+Pn)/ √3/380.
Показатели мощности некоторых бытовых электроприборов
| Электроприбор | Мощность, Вт | Электроприбор | Мощность, Вт |
|---|---|---|---|
| Блендер | до 500 | Полотенцесушитель | 900-1700 |
| Вентилятор | 750-1700 | Посудомоечная машина | 2000 |
| Видеомагнитофон | до 500 | Пылесос | 400-2000 |
| Водонагреватель накопительный | 1200-1500 | Соковыжималка | до 1000 |
| Водонагреватель проточный | 2000-5000 | Стиральная машина | 3000 |
| Вытяжка (вентиляция) | 500-1000 | Стиральная машина с сушилкой | 3500 |
| Гриль | 1200-2000 | Сушка для рук | 800 |
| Духовка | 1000-2000 | Телевизор | 100-400 |
| Компьютер | 400-750 | Тостер | 600-1500 |
| Кондиционер | 1000-3000 | Увлажнитель воздуха | 200 |
| Кофеварка | 800-1500 | Утюг | 500-2000 |
| Кухонный комбайн | до 100 | Фен для волос | 450-2000 |
| Микроволновая печь | 850 | Фритюрница | 1500 |
| Микроволновая печь комбинированная | 2650 | Холодильник | 200-600 |
| Миксер | до 500 | Электробритва | до 100 |
| Мясорубка | 500-1000 | Электролампы | 20-250 |
| Обогреватель | 1000-2400 | Электроплита | 8000-10000 |
| Пароварка | 500-1000 | Электрочайник | 1000-2000 |
Но это расплывчатые формулы и упрощённый расчет. В подробных вычислениях учитывается величина допустимых нагрузок, которая для медного кабеля составит 10А/мм², а для алюминиевого – 8 А/мм². Нагрузка определяет, какой по силе ток может проходить через единицу площади беспрепятственно.
Коррекция показателей мощности
Также при расчете добавляют поправку в виде коэффициента спроса (Kс). Этот коэффициент показывает, какие приборы используются в сети постоянно, а какие в течение определенного времени. Специальный калькулятор и таблицы, где показан расчет мощности, упрощают все эти вычисления.
Коэффициенты спроса приемников собственных нужд (Kс)
Но как поступить, если в характеристиках указаны 2 вида мощности: активная и реактивная? Причём первая из них измеряет в привычных всем кВ, а вторая – кВА. В наших сетях течёт переменный ток, величина которого меняется во времени. Поэтому для всех потребителей существует активная мощность, которая рассчитывается как среднее значение всех мгновенных переменных тока и мощности. К приборам с активной мощностью относятся лампы накаливания, электронагреватели. У таких потребителей энергии фазы тока и напряжения совпадают. Если же в электрической цепи задействованы агрегаты, накапливающие энергию, например, трансформаторы или электродвигатели, то у них возможны отклонения по амплитуде. За счёт этого явления и возникает реактивная мощность.
Для сетей, где существует реактивная и активная мощность, надо взять в расчет ещё одну поправку – коэффициент мощности (cosφ) или реактивную составляющую.
Таким образом, получается формула:
S= Kс*(P1+P2+…+Pn)/(220*cosφ*Рд), где:
- S – площадь сечения,
- Рд – допустимая величина нагрузки.
Помимо этого, рассматриваются возможные потери мощности по току, которые возникают во время прохождения по проводам. При использовании кабеля с несколькими жилами нужно умножить величину потерь на число этих жил.
Важно! Для всех этих вычислений потребуется не просто калькулятор, но и глубокие познания в области физики. Сделать точный расчет сразу без теоретических знаний не получится.
Поиск площади по диаметру
Иногда даже скрупулезный расчет не помогает, в цепи происходит короткое замыкание. Это связано с тем, что заявленные технические характеристики часто не соответствуют реальному значению. Поэтому, чтобы узнать, как сделать расчет мощности, важно быть уверенным в том, что в магазине предложат подходящий электропровод по сечению. Для этого воспользуемся простой формулой:
S=0,785d 2 , где:
- d – это диаметр жилы;
- S – площадь сечения.
Определить точный диаметр провода , сделать расчет сечения можно с помощью штангенциркуля или микрометра, что точнее.
Если кабель состоит из нескольких тонких проводов, то сначала смотрят диаметр одного из них, а потом полученные данные умножают на их количество:
Sобщ=n*0,785di 2 , где:
- di – это площадь отдельного провода;
- n – количество проводов;
- Sобщ – общая площадь сечения.
Таблицы для вычислений
Каждый раз прибегать к сложным вычислениям для расчета не совсем правильно. Промышленность выпускает провода определенного сечения. Если после точных подсчетов и вычислений получится сечение кабеля по мощности размером 3,2 квадратных миллиметра, то найти такой провод не удастся, потому что существуют провода по сечению 2,5 мм 2 , 3 или 4 мм 2 .
Внимание! Для того чтобы узнать сечения кабеля необходима таблица, где все данные регламентированы, а также составлены в соответствии с ПУЭ – правилами устройства электроустановок.
Для того чтобы определить сечение кабеля при известной нагрузке, надо:
- рассчитать силу тока;
- округлить до большего значения по данным в таблице;
- затем найти самую близкую стандартную величину сечения.
Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами
| Сечение токо- прово- дящей жилы, мм 2 | Ток, А, для проводов, проложенных | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Откры- то | в одной трубе | |||||
| двух одно- жильных | трех одно- жильных | четырех одно- жильных | одного двух- жильного | одного трех- жильного |
||
| 0,5 | 11 | - | - | - | - | - |
| 0,75 | 15 | - | - | - | - | - |
| 1 | 17 | 16 | 15 | 14 | 15 | 14 |
| 1,2 | 20 | 18 | 16 | 15 | 16 | 14,5 |
| 1,5 | 23 | 19 | 17 | 16 | 18 | 15 |
| 2 | 26 | 24 | 22 | 20 | 23 | 19 |
| 2,5 | 30 | 27 | 25 | 25 | 25 | 21 |
| 3 | 34 | 32 | 28 | 26 | 28 | 24 |
| 4 | 41 | 38 | 35 | 30 | 32 | 27 |
| 5 | 46 | 42 | 39 | 34 | 37 | 31 |
| 6 | 50 | 46 | 42 | 40 | 40 | 34 |
| 8 | 62 | 54 | 51 | 46 | 48 | 43 |
| 10 | 80 | 70 | 60 | 50 | 55 | 50 |
| 16 | 100 | 85 | 80 | 75 | 80 | 70 |
| 25 | 140 | 115 | 100 | 90 | 100 | 85 |
| 35 | 170 | 135 | 125 | 115 | 125 | 100 |
| 50 | 215 | 185 | 170 | 150 | 160 | 135 |
| 70 | 270 | 225 | 210 | 185 | 195 | 175 |
| 95 | 330 | 275 | 255 | 225 | 245 | 215 |
| 120 | 385 | 315 | 290 | 260 | 295 | 250 |
| 150 | 440 | 360 | 330 | - | - | - |
| 185 | 510 | - | - | - | - | - |
| 240 | 605 | - | - | - | - | - |
| 300 | 695 | - | - | - | - | - |
| 400 | 830 | - | - | - | - | - |
Сделать такой расчет просто. Сначала надо определить суммарную мощность всех используемых в сети электроприборов. Для этого будет нужна таблица, а недостающие данные по каждому электроприбору можно будет взять из паспорта изделий. Полученную сумму нужно умножить на 0,8 – коэффициент спроса, если электроприборы не будут использоваться все сразу, или оставить без изменения при постоянной работе. Теперь полученное значение нужно разделить на величину напряжения в сети и добавить постоянную величину 5. Это и будет необходимый показатель по току. Допустим, ток имеет значение 20А.
Обратите внимание! В жилых помещениях используется трехжильный электропровод и закрытая проводка. Это надо помнить, когда расчет делается по таблице.
Далее понадобится таблица из ПУЭ. Берем колонку, где даны значения силы тока для трехжильной жилы, и выбираем самые близкие: 17 и 22. Лучше брать сечение с запасом, поэтому в рассматриваемом примере искомая величина будет равна 22. Как видно, этому значению соответствует трехжильный кабель по сечению 2 мм 2 .
Можно дополнительно рассмотреть, как производят этот расчет для алюминиевого кабеля по ПУЭ, хотя по технике безопасности такие провода нельзя применять в жилых сооружениях. В старых домах ещё сохранилась алюминиевая проводка, но во время капитального ремонта рекомендуется ее заменить. Кроме того, алюминиевый электропровод крошится на сгибах и имеет меньшую проводимость на стыках. Оголенные части алюминия быстро окисляются на воздухе, что приводит к значительным потерям электроэнергии в местах соединения.
Калькулятор
Сегодня специалистами для определения сечения применяется не только таблица, но и специальный калькулятор. Такой расчет значительно упрощает вычисления. Калькулятор легко найти в интернете. Для вычислений размера по сечению надо знать следующие параметры:
- переменный или постоянный ток используется;
- материал проводов;
- мощность всех используемых приборов;
- напряжение сети;
- систему электроснабжения (одна или трехфазная);
- тип проводки.
Эти показатели загружают в калькулятор и получают необходимое значение проводов по сечению.
Расчет по длине
Рассчитать сечение по длине важно при строительстве сетей промышленного масштаба, когда участки подвергаются постоянной большой нагрузке, а кабель надо тянуть на значительные расстояния. Ведь за время прохождения тока по проводам происходят потери мощности, связанные с электрическим сопротивлением в цепи. Потеря мощности (dU) подсчитывается следующим образом:
dU = I*p*L/S, где:
- I – сила тока;
- p – удельное сопротивление (медь – 0,0175, алюминий – 0,0281);
- L – длина кабеля;
- S – уже посчитанная нами площадь поперечного сечения.
Согласно техническим условиям, максимальная величина падения напряжения по длине провода не должна превышать 5 процентов. Иначе следует подобрать провод с сечением большего размера.
Особенности
Существуют определенные нормативы, согласно которым и проводят расчет кабеля по сечению. Если нет уверенности, какой электропровод необходим, то можно воспользоваться этими правилами: электроприборы в квартире делят на осветительную группу и остальные; для мощных электроприборов, например, стиральных машин или электрических печей используют подключение из отдельных проводов; стандартное сечение провода для осветительной группы в квартире – 1,5 мм 2 , а для остальных проводов – 2,5 мм 2 . Такие стандарты используются, потому что нормативная мощность входящего тока не может быть большей.
Трехфазный ток необходим, когда используются приборы производственного значения большой мощности. Поэтому для определения сечения кабеля на предприятиях необходимо точно рассчитывать все добавочные коэффициенты, а также обязательно учитывать потери мощности и колебания напряжения. Для электромонтажных работ в квартире или частном доме таких сложных вычислений не проводят.
Для монтажа акустического оборудования используют провода, обладающие минимальным сопротивлением. Это необходимо для того, чтобы максимально убрать искажения и повысить качество передаваемого сигнала. Поэтому для акустических систем лучше подходят кабели размером 2х2,5 или 2х1,5 при длине не менее 3 метров, а сабвуфер подсоединяется самым коротким кабелем 2,5-4 мм 2 .
Примеры
Рассмотрим общую схему для выбора сечения кабеля в квартире:
- Сначала необходимо определить места, где будут находиться розетки и осветительные приборы;
- Далее нужно определить, какие приборы будут задействованы на каждом выходе;
- Теперь можно составить общую схему подключения и подсчитать длину кабеля, прибавляя как минимум по 2 см на соединения проводов;
- Исходя из полученных данных, считаем размер сечения кабеля по формулам, приведенным выше.
I=2400Вт/220В=10,91А, округляем и получаем 11А.
Как мы уже знаем, для точного определения площади сечения используются разные коэффициенты, но практически все эти данные относятся к сети с напряжением в 380В. Чтобы увеличить запас прочности добавим к нашему значению силы тока ещё 5А:
Для квартир используют трехжильные кабели. Таблица покажет значение тока, близкое к нашим 16А, это будет 19А. Получаем, что для установки одной стиральной машинки необходим провод сечением как минимум 2 мм 2 .
Общая теория
Для определения оптимального сечения кабеля для бытовых нужд в общем случае используют следующие правила:
- для розеток необходимы провода с сечением 2,5 мм²;
- для освещения – 1,5 мм²;
- для приборов с повышенной мощностью – 4-6 мм².
Если возникают сомнения в расчёте сечения, то используется таблица ПУЭ. Для определения точных данных по сечению кабеля учитывают все факторы, влияющие на прохождение тока по цепи. К ним относятся:
- вид изоляции провода;
- длина каждого участка;
- способ прокладки;
- температурный режим;
- влажность;
- допустимая величина перегрева;
- разность мощности приемников тока в одной группе.
Все эти показатели позволяют повысить в промышленных масштабах эффективность использования электроэнергии, а также избежать перегрева.
Выбор сечения. Видео
В этом видео своим опытом по выбору сечения кабеля и номинала автомата делится мастер. Он указывает на возможные ошибки и дает дельные советы новичкам.
Если после прочтения статьи все еще остались какие-то сомнения, то таблица или калькулятор, описанные выше, помогут найти точное сечение провода по мощности.
Ниже я приведу таблицу сечения проводов, но рекомендую набраться терпения, прочитав до конца эту небольшую теоретическую часть.
Это позволит Вам быть более осознанным в выборе проводов для монтажа электропроводки , кроме того, Вы сможете самостоятельно сделать расчет сечения провода , причем, даже "в уме".
Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается выделением тепла (соответственно нагревом), которое прямо пропорционально мощности, рассеиваемой на участке электропроводки. Ее величина определяется формулой P=I 2 *R , где:
- I - величина протекающего тока,
- R - сопротивление провода.
Чрезмерный нагрев может привести к нарушению изоляции, как следствие - короткому замыканию и (или) возгоранию.
Ток протекающий по проводнику находится в зависимости от мощности нагрузки (P ), определяемой формулой
I=P/U
(U - это напряжение, которое для бытовой электрической сети составляет 220В).
Сопротивление провода R зависит от его длины, материала и сечения. Для электропроводки в квартире, даче или гараже длиной можно пренебречь, а вот материал и сечение при выборе проводов для электропроводки необходимо учитывать.
РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА
Сечение провода S
определяется его диаметром d
следующим образом (здесь и далее я буду максимально упрощать формулы):
S=π*d 2 /4=3.14*d 2 /4=0.8*d 2
.
Это может Вам пригодится, если вы уже имеете провод, причем без маркировки, которая указывает сразу сечение, например, ВВГ 2х1.5, эдесь 1,5 - сечение в мм 2 , а 2 - количество жил.
Чем больше сечение, тем большую токовую нагрузку выдерживает провод. При одинаковых сечениях медного и алюминиевого проводов - медные могут выдержать больший ток, кроме того они менее ломкие, хуже окисляются, поэтому наиболее предпочтительны.
Очевидно, что при скрытой прокладке, а также провода, проложенные в гофрошланге, электромонтажном коробе из-за плохого теплообмена нагреваться будут сильнее, значит следует их сечение выбирать с определенным запасом, поэтому пришло время рассмотреть такую величину как плотность тока (обозначим ее Iρ ).
Характеризуется она величиной тока в Амперах, протекающего через единицу сечения проводника, которую мы примем за 1мм 2 . Поскольку эта величина относительная, то с ее использованием удобно производить расчет сечения по следующим формулам:
- d=√1.27*I/Iρ =1.1*√I/Iρ - получаем значение диаметра провода,
- S=0.8*d 2 - ранее полученная формула для расчета сечения,
Подставляем первую формулу во вторую, округляем все что можно, получаем очень простое соотношение:
S=I/Iρ
Остается определиться с величиной плотности тока Iρ ), поскольку рабочий ток I ) определяется мощностью нагрузки, формулу я приводил выше.
Допустимое значение плотности тока определяется множеством факторов, рассмотрение которых я опущу и приведу конечные результаты, причем с запасом:
Пример расчета:
Имеем: суммарная мощность нагрузки в линии - 2,2 кВт, проводка открытая, провод - медный. Для расчета используем следующие единицы измерения: ток - Ампер, мощность - Ватт (1кВт=1000Вт), напряжение - Вольт.
S=I/Iρ=(2200/220)/10=1мм 2
Если провести соответствующие расчеты для всего ряда сечений проводов, то можно получить соответствующую таблицу.
ТАБЛИЦА СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ
Предлагаю Вашему вниманию обещанную в начале статьи таблицу:
Сразу предупреждаю, данные из различных источников могут отличаться. Это различие определяется величиной запаса по мощности.
Приводя расчеты я этот запас взял по максимуму, памятуя, что лучше купить более мощные, соответственно более дорогие провода, нежели потом переделывать сгоревшую электропроводку.
© 2012-2020 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
