Kabelio skerspjūvio apskaičiavimas pagal galią ir srovę: kaip teisingai apskaičiuoti laidus

Ar planuojate daryti elektros tinklo modernizavimas ar papildomai prailginti elektros liniją iki virtuvės pajungti naują elektrinę viryklę? Čia pravers minimalios žinios apie laidininko skerspjūvį ir šio parametro įtaką galiai bei srovei.

Sutikite, kad neteisingas kabelio skerspjūvio apskaičiavimas sukelia perkaitimą ir trumpąjį jungimą arba nepagrįstas išlaidas.

Labai svarbu atlikti skaičiavimus projektavimo etape, nes nepavyko paslėptas laidas o vėlesnis pakeitimas yra susijęs su didelėmis išlaidomis. Padėsime suprasti skaičiavimo subtilybes, kad nekiltų problemų tolimesniame elektros tinklų eksploatavime.

Kad neapsunkintume Jūsų sudėtingais skaičiavimais, parinkome aiškias formules ir skaičiavimo variantus, informaciją pateikėme prieinama forma, formules pateikėme su paaiškinimais. Prie straipsnio taip pat pridėtos teminės nuotraukos ir vaizdo medžiaga, leidžianti aiškiai suprasti nagrinėjamo klausimo esmę.

Vartotojo galios skerspjūvio skaičiavimas

Pagrindinė laidininkų paskirtis – tiekti vartotojams reikiamą elektros energijos kiekį. Kadangi normaliomis veikimo sąlygomis superlaidininkų nėra, reikia atsižvelgti į laidininko medžiagos varžą.

Reikalingos dalies apskaičiavimas laidininkai ir kabeliai priklausomai nuo bendros vartotojų galios, yra pagrįsta ilgamete eksploatavimo patirtimi.

Pradėkime bendrą skaičiavimų eigą, pirmiausia atlikdami skaičiavimus pagal formulę:

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

Kur:

• P – visų vartotojų, prijungtų prie apskaičiuotos šakos, galia vatais.
• P1, P2, PN – atitinkamai pirmojo, antrojo, n-ojo vartotojo galia vatais.

Gavus rezultatą skaičiavimų pagal aukščiau pateiktą formulę pabaigoje, atėjo laikas pereiti prie lentelės duomenų.

Dabar turite pasirinkti reikiamą skyrių pagal 1 lentelę.

1 lentelė. Laido skerspjūvis visada turi būti parinktas iki artimiausios didesnės kraštinės (+)

1 etapas - reaktyviosios ir aktyviosios galios skaičiavimas

Vartotojų pajėgumai nurodyti įrangos dokumentuose. Paprastai įrangos duomenų lapuose aktyvioji galia nurodoma kartu su reaktyvia galia.

Prietaisai su aktyvaus tipo apkrova visą gautą elektros energiją, atsižvelgiant į efektyvumą, paverčia naudingu darbu: mechaniniu, terminiu ar kitokiu.

Prietaisai su aktyvia apkrova yra kaitrinės lempos, šildytuvai ir elektrinės viryklės.

Tokiems įrenginiams galia apskaičiuojama pagal srovę ir įtampą:

P=U*I,

Kur:

• P – galia W;
• U – įtampa V;
• aš – srovės stiprumas A.

Prietaisai, turintys reaktyviosios apkrovos tipą, gali kaupti iš šaltinio gaunamą energiją ir ją grąžinti. Šis pasikeitimas įvyksta dėl srovės sinusoido ir įtampos sinusoido poslinkio.

Esant nulinės fazės poslinkiui, galia P=U*I visada turi teigiamą reikšmę. Įrenginiai su aktyviu apkrovos tipu turi tokį srovės ir įtampos fazių grafiką (I, i - srovė, U, u - įtampa, π - pi lygi 3,14)

Reaktyviosios galios įrenginiai apima elektros variklius, visų dydžių ir paskirties elektroninius prietaisus ir transformatorius.

Kai tarp srovės sinusoido ir įtampos sinusoido yra fazinis poslinkis, galia P=U*I gali būti neigiama (I, i – srovė, U, u – įtampa, π – pi lygi 3,14). Reaktyviosios galios įrenginys grąžina sukauptą energiją atgal į šaltinį

Elektros tinklai nutiesti taip, kad galėtų viena kryptimi perduoti elektros energiją nuo šaltinio iki apkrovos.

Todėl grįžtama energija iš vartotojo su reaktyvia apkrova yra parazitinė ir eikvojama laidų ir kitų komponentų šildymui.

Reaktyvioji galia priklauso nuo fazės kampo tarp įtampos ir srovės sinusoidų. Fazių poslinkio kampas išreiškiamas per cosφ.

Norėdami sužinoti bendrą galią, naudokite formulę:

P = Q / cosφ,

Kur K – reaktyvioji galia VAR.

Paprastai įrenginio duomenų lape nurodoma reaktyvioji galia ir cosφ.

Pavyzdys: plaktinio grąžto pase nurodyta 1200 VAr reaktyvioji galia ir cosφ = 0,7.Taigi bendras energijos suvartojimas bus lygus:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Jei cosφ nepavyko rasti, daugumos buitinių elektros prietaisų cosφ gali būti lygus 0,7.

2 etapas – vienalaikiškumo ir maržos koeficientų paieška

K – bematis vienalaikiškumo koeficientas, parodo, kiek vartotojų vienu metu gali būti prijungta prie tinklo. Retai nutinka taip, kad visi įrenginiai vienu metu vartoja elektros energiją.

Mažai tikėtina, kad vienu metu veiks televizijos ir muzikos centras. Iš nusistovėjusios praktikos K gali būti lygus 0,8. Jei planuojate naudoti visus vartotojus vienu metu, K turėtų būti nustatytas į 1.

J – bematis saugos koeficientas. Būdingas galios rezervo būsimiems vartotojams sukūrimas.

Pažanga nestovi vietoje, kiekvienais metais išrandami nauji nuostabūs ir naudingi elektros prietaisai. Numatoma, kad iki 2050 m. elektros suvartojimas padidės 84 proc. Paprastai J yra tarp 1,5 ir 2,0.

3 etapas – skaičiavimų atlikimas geometriniu metodu

Visuose elektriniuose skaičiavimuose imamas laidininko skerspjūvio plotas - šerdies skerspjūvis. Matuojama mm².

Dažnai reikia išmokti teisingai apskaičiuoti vielos skersmuo laidininkų laidai.

Šiuo atveju yra paprasta geometrinė monolitinės apvalios vielos formulė:

S = π*R² = π*D²/4, arba atvirkščiai

D = √(4*S / π)

Stačiakampiams laidininkams:

S = h * m,

Kur:

• S – šerdies plotas mm²;
• R – šerdies spindulys mm;
• D – šerdies skersmuo mm;
• h, m – atitinkamai plotis ir aukštis, mm;
• π - pi lygus 3,14.

Jei perkate suvytą laidą, kuriame vienas laidininkas susideda iš daugybės susuktų apvalaus skerspjūvio laidų, tada skaičiavimas atliekamas pagal formulę:

S = N*D²/1,27,

Kur N – laidų skaičius šerdyje.

Laidai, kurių gyslos yra susuktos iš kelių laidų, paprastai turi geresnį laidumą nei monolitiniai. Taip yra dėl srovės tekėjimo apvalaus skerspjūvio laidininku ypatumų.

Elektros srovė yra panašių krūvių judėjimas išilgai laidininko. Kaip krūviai atstumia vienas kitą, taip ir krūvio pasiskirstymo tankis pasislenka link laidininko paviršiaus.

Kitas suvytų laidų privalumas yra jų lankstumas ir mechaninis atsparumas. Monolitiniai laidai yra pigesni ir dažniausiai naudojami stacionariai montuoti.

4 etapas – praktiškai apskaičiuokite galios skerspjūvį

Užduotis: bendra vartotojų galia virtuvėje yra 5000 W (tai reiškia, kad visų reaktyviųjų vartotojų galia buvo perskaičiuota). Visi vartotojai yra prijungti prie vienfazio 220 V tinklo ir maitinami iš vienos šakos.

2 lentelė. Jei ateityje planuojate prijungti papildomus vartotojus, lentelėje parodyta reikiama įprastos buitinės technikos galia (+)

Sprendimas:

Paimkime vienalaikiškumo koeficientą K lygų 0,8. Virtuvė yra nuolatinių naujovių vieta, niekada negali žinoti, saugumo koeficientas J=2,0. Bendra numatoma galia bus:

P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW

Naudodamiesi apskaičiuotos galios verte, artimiausios reikšmės ieškome 1 lentelėje.

Vienfaziam tinklui artimiausias tinkamas gyslos skerspjūvis yra varinis laidininkas, kurio skerspjūvis yra 4 mm². Panašus vielos dydis su 6 mm aliuminio šerdimi².

Viengyslių laidų mažiausias skersmuo bus atitinkamai 2,3 mm ir 2,8 mm.Jei naudojama kelių branduolių parinktis, atskirų branduolių skerspjūvis sumuojamas.

Srovės skerspjūvio skaičiavimas

Kabelių ir laidų reikiamos srovės ir galios skerspjūvio skaičiavimai duos tikslesnius rezultatus.Tokie skaičiavimai leidžia įvertinti bendrą įvairių veiksnių įtaką laidininkams, įskaitant šiluminę apkrovą, laidų markę, klojimo tipą, eksploatavimo sąlygas ir kt.

Visas skaičiavimas atliekamas šiais etapais:

• visų vartotojų galios pasirinkimas;
• srovių, einančių per laidininką, skaičiavimas;
• tinkamo skerspjūvio pasirinkimas naudojant lenteles.

Šiam skaičiavimo variantui vartotojų galia srovės ir įtampos atžvilgiu imama neatsižvelgiant į pataisos koeficientus. Į juos bus atsižvelgta sumuojant srovės stiprumą.

1 etapas - srovės stiprumo apskaičiavimas naudojant formules

Tiems, kurie pamiršo mokyklos fizikos kursą, siūlome pagrindines formules grafinės diagramos pavidalu, kaip vizualinį kodų lapą:

„Klasikinis ratas“ aiškiai parodo formulių ryšį ir elektros srovės charakteristikų tarpusavio priklausomybę (I - srovės stiprumas, P - galia, U - įtampa, R - šerdies spindulys)

Užrašykime srovės I priklausomybę nuo galios P ​​ir linijos įtampos U:

I = P/U_l,

Kur:

• aš — srovės stiprumas amperais;
• P - galia vatais;
• U_l — linijos įtampa voltais.

Linijos įtampa paprastai priklauso nuo maitinimo šaltinio; ji gali būti vienfazė arba trifazė.

Ryšys tarp tiesinės ir fazinės įtampos:

1. U_l = U*cosφ esant vienfazei įtampai.
2. U_l = U*√3*cosφ esant trifazei įtampai.

Buitiniams elektros vartotojams priimtina cosφ=1, todėl linijinę įtampą galima perrašyti:

1. U_l = 220 V vienfazei įtampai.
2. U_l = 380 V trifazei įtampai.

Toliau apibendriname visas sunaudotas sroves naudodami formulę:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Kur:

• aš – bendra srovė amperais;
• I1..IN – kiekvieno vartotojo srovės stiprumas amperais;
• K – vienalaikiškumo koeficientas;
• J – saugos faktorius.

Koeficientai K ir J turi tokias pačias reikšmes kaip ir tie, kurie naudojami apskaičiuojant bendrą galią.

Gali būti atvejis, kai trifaziame tinkle skirtingais faziniais laidais teka nevienodo stiprumo srovė.

Taip atsitinka, kai prie trifazio kabelio vienu metu prijungiami vienfaziai ir trifaziai vartotojai. Pavyzdžiui, maitinama trifazė mašina ir vienfazis apšvietimas.

Kyla natūralus klausimas: kaip tokiais atvejais apskaičiuojamas suvytos vielos skerspjūvis? Atsakymas paprastas – skaičiavimai atliekami pagal labiausiai apkrautą šerdį.

2 etapas – tinkamo skyriaus pasirinkimas naudojant lenteles

Elektros įrenginių eksploatavimo taisyklėse (PEU) yra daugybė lentelių, skirtų kabelio gyslos reikiamo skerspjūvio parinkimui.

Laidininko laidumas priklauso nuo temperatūros. Metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai.

Viršijus tam tikrą slenkstį, procesas tampa savaime išsilaikantis: kuo didesnis pasipriešinimas, tuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis pasipriešinimas ir pan. kol laidas perdegs arba sukels trumpąjį jungimą.

Kitose dviejose lentelėse (3 ir 4) parodytas laidų skerspjūvis, priklausomai nuo srovių ir montavimo būdo.

3 lentelė. Pirmiausia turite pasirinkti laidų klojimo būdą, tai lemia aušinimo efektyvumą (+)

Kabelis nuo laido skiriasi tuo, kad visos kabelio gyslos, turinčios savo izoliaciją, yra susuktos į ryšulį ir įdėtos į bendrą izoliacinį apvalkalą. Daugiau informacijos apie kabelių gaminių skirtumus ir tipus parašyta čia straipsnis.

4 lentelė. Atvirasis metodas nurodomas visoms laidų skerspjūvių vertėms, tačiau praktikoje mažesnio nei 3 mm2 skerspjūviai nėra klojami atvirai dėl mechaninio stiprumo (+)

Naudojant lenteles, leistinai nuolatinei srovei taikomi šie koeficientai:

• 0,68 jei 5-6 branduoliai;
• 0,63, jei 7-9 branduoliai;
• 0,6 jei 10-12 branduolių.

Sumažinimo koeficientai taikomi dabartinėms vertėms iš stulpelio „atviras“.

Nuliniai ir įžeminimo laidai neįskaičiuoti į laidų skaičių.

Pagal PES standartus nulinio laido skerspjūvis pagal leistiną nuolatinę srovę pasirenkamas ne mažiau kaip 50% fazinio laido.

Kitose dviejose lentelėse (5 ir 6) parodyta leistinos ilgalaikės srovės priklausomybė klojant į žemę.

5 lentelė. Varinių kabelių leistinos ilgalaikės srovės priklausomybės, kai jie klojami ore arba žemėje

Srovės apkrova klojant atvirai ir klojant giliai į žemę skiriasi. Jie laikomi lygūs, jei klojimas žemėje atliekamas naudojant padėklus.

6 lentelė. Aliuminio kabelių leistinos nuolatinės srovės priklausomybės, kai jie klojami ore arba žemėje

Įrengiant laikinąsias maitinimo linijas (nešant, jei asmeniniam naudojimui), taikoma toliau pateikta lentelė (7).

7 lentelė. Leidžiama nuolatinė srovė naudojant nešiojamų žarnų laidus, nešiojamųjų žarnų ir velenų kabelius, prožektorių kabelius, lanksčius nešiojamuosius laidus. Naudojami tik variniai laidininkai

Klojant kabelius į žemę, be šilumos išsklaidymo savybių, būtina atsižvelgti ir į varžą, kuri atsispindi šioje lentelėje (8):

8 lentelė. Pataisos koeficientas, priklausantis nuo grunto tipo ir varžos leistinai ilgalaikei srovei, skaičiuojant kabelio skerspjūvį (+)

Varinių gyslų iki 6 mm skaičiavimas ir parinkimas² arba aliuminio iki 10 mm² atliekama kaip ir nuolatinė srovė.

Esant dideliems skerspjūviams, galima taikyti sumažinimo koeficientą:

0,875 * √T_pv

Kur T_pv — perjungimo trukmės ir ciklo trukmės santykis.

Laikoma, kad įjungimo trukmė neviršija 4 minučių. Tokiu atveju ciklas neturėtų viršyti 10 minučių.

Renkantis kabelį elektros paskirstymui medinis namas Ypatingas dėmesys skiriamas jo atsparumui ugniai.

3 etapas - srovės laidininko skerspjūvio apskaičiavimas naudojant pavyzdį

Užduotis: apskaičiuokite reikiamą skyrių varinis kabelis prijungimui:

• trifazė medienos apdirbimo mašina, kurios galia 4000 W;
• trifazis suvirinimo aparatas, kurio galia 6000 W;
• buitinė technika name, kurios bendra galia 25 000 W;

Jungtis bus atliekama penkių gyslų kabeliu (trifaziai laidai, vienas nulinis ir vienas įžeminimas), nutiestu į žemę.

Kabelių ir laidų gaminių izoliacija skaičiuojama pagal konkrečią darbinę įtampą. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad gamintojo nurodyta jo gaminio darbinė įtampa turi būti didesnė už tinklo įtampą

Sprendimas.

1 žingsnis. Apskaičiuojame trifazės jungties linijinę įtampą:

U_l = 220 * √3 = 380 V

2 žingsnis. Buitinė technika, staklės ir suvirinimo aparatas turi reaktyviąją galią, todėl mašinų ir įrenginių galia bus:

P_tie = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

3 veiksmas. Buitiniams prietaisams prijungti reikalinga srovė:

aš_tie = 35700 / 220 = 162 A

4 veiksmas. Srovė, reikalinga įrangai prijungti:

aš_obor = 14300 / 380 = 38 A

5 veiksmas. Buitiniams prietaisams prijungti reikalinga srovė apskaičiuojama pagal vieną fazę. Pagal problemą yra trys fazės. Todėl srovė gali būti paskirstyta tarp fazių. Paprastumo dėlei darome vienodą paskirstymą:

aš_tie = 162 / 3 = 54 A

6 veiksmas. Srovė fazei:

aš_f = 38 + 54 = 92 A

7 veiksmas. Įranga ir buitinė technika neveiks vienu metu, papildomai skirsime 1,5 rezervą. Pritaikius korekcijos koeficientus:

aš_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

8 veiksmas. Nors kabelyje yra 5 gyslos, atsižvelgiama tik į tris fazes. Pagal 8 lentelę stulpelyje trijų gyslų kabelis žemėje, nustatome, kad 115 A srovė atitinka 16 mm gyslos skerspjūvį.².

9 žingsnis. Pagal 8 lentelę taikome pataisos koeficientą, priklausantį nuo žemės savybių. Įprasto tipo žemės koeficientas yra 1.

10 veiksmas. Neprivaloma, apskaičiuokite šerdies skersmenį:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Jei skaičiavimas būtų atliktas tik pagal galią, neatsižvelgiant į kabelių klojimo ypatumus, tada gyslos skerspjūvis būtų 25 mm². Srovės stiprumo skaičiavimas yra sudėtingesnis, tačiau kartais leidžia sutaupyti daug pinigų, ypač kai kalbama apie kelių branduolių maitinimo kabelius.

Galite perskaityti daugiau apie įtampos ir srovės verčių ryšį čia.

Įtampos kritimo skaičiavimas

Bet kuris laidininkas, išskyrus superlaidininkus, turi varžą. Todėl, jei kabelis ar laidas yra pakankamai ilgas, atsiranda įtampos kritimas.

PES standartai reikalauja, kad kabelio šerdies skerspjūvis būtų toks, kad įtampos kritimas būtų ne didesnis kaip 5%.

9 lentelė. Paprastųjų metalinių laidininkų savitoji varža (+)

Tai visų pirma taikoma mažo skerspjūvio žemos įtampos kabeliams.

Įtampos kritimo apskaičiavimas yra toks:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_padas = I * R,

U_% = (U_padas /u_lin) * 100,

Kur:

• 2 – koeficientas dėl to, kad srovė būtinai teka dviem laidais;
• R – laidininko varža, Ohm;
• ρ - laidininko savitoji varža, Ohm*mm²/m;
• S – laidininko skerspjūvis, mm²;
• U_padas – kritimo įtampa, V;
• U_% - įtampos kritimas U atžvilgiu_lin,%.

Naudodami formules galite savarankiškai atlikti reikiamus skaičiavimus.

Nešimo skaičiavimo pavyzdys

Užduotis: apskaičiuokite įtampos kritimą varinei vielai, kurios vienos šerdies skerspjūvis yra 1,5 mm². Laidas reikalingas prijungti vienfazį elektrinį suvirinimo aparatą, kurio bendra galia 7 kW. Vielos ilgis 20 m.

Norintys buitinį suvirinimo aparatą prijungti prie elektros tinklo atšakos, turėtų atsižvelgti į srovės sietą, kuriam skirtas naudojamas kabelis. Gali būti, kad bendra veikiančių įrenginių galia gali būti didesnė. Geriausias variantas yra prijungti vartotojus prie atskirų filialų

Sprendimas:

1 žingsnis. Varinės vielos varžą apskaičiuojame pagal 9 lentelę:

R = 2* (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 omo

2 žingsnis. Per laidininką teka srovė:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

3 veiksmas. Įtampos kritimas ant laido:

U_padas = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

4 veiksmas. Apskaičiuojame įtampos kritimo procentą:

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

Išvada: norint prijungti suvirinimo aparatą, reikia didelio skerspjūvio laidininko.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Laidininko skerspjūvio apskaičiavimas naudojant formules:

Specialistų rekomendacijos dėl kabelių ir laidų gaminių pasirinkimo:

Aukščiau pateikti skaičiavimai galioja variniams ir aliumininiams laidininkams pramoniniam naudojimui. Kitų tipų laidininkams bendras šilumos perdavimas yra apskaičiuojamas iš anksto.

Remiantis šiais duomenimis, apskaičiuojama didžiausia srovė, kuri gali tekėti per laidininką nesukeldama per didelio šildymo.

Jei turite klausimų apie kabelio skerspjūvio apskaičiavimo metodą arba norite pasidalinti savo asmenine patirtimi, palikite šio straipsnio komentarus.Apžvalgos skyrius yra žemiau.