Beregning af kabeltværsnit efter strøm og strøm: Sådan beregnes ledninger korrekt

Planlægger du at gøre modernisering af elnettet eller ud over at udvide strømledningen til køkkenet for at tilslutte en ny elektrisk komfur? Her er minimal viden om lederens tværsnit og effekten af ​​denne parameter på effekt og strømstyrke.

Enig i, at forkert beregning af kabeltværsnittet fører til overophedning og kortslutning eller til uberettigede omkostninger.

Det er meget vigtigt at udføre beregninger på designstadiet, da svigt i skjult ledningsføring og efterfølgende udskiftning er fyldt med betydelige omkostninger. Vi hjælper dig med at håndtere forviklingerne i beregningerne for at undgå problemer under den videre drift af elnettet.

For ikke at belaste dig med komplekse beregninger, valgte vi forståelige formler og beregningsmuligheder, leverede information i en tilgængelig form og gav formlerne forklaringer. Der blev også tilføjet tematiske fotos og videomaterialer til artiklen, som gør det muligt klart at forstå essensen af ​​det aktuelle emne.

Beregning af tværsnittet efter forbrugernes magt

Ledernes hovedformål er levering af elektrisk energi til forbrugerne i den krævede mængde. Da superledere ikke er tilgængelige under normale driftsbetingelser, skal ledningsmaterialets modstand tages i betragtning.

Beregning af det krævede afsnit ledere og kabler afhængigt af forbrugernes samlede kapacitet baseret på langvarig driftserfaring.

Vi begynder den generelle beregningsproces ved først at udføre beregningerne ved hjælp af formlen:

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

hvor:

• P - kraften hos alle forbrugere, der er forbundet med den beregnede filial i Watts.
• P1, P2, PN - kraften hos den første forbruger, henholdsvis den anden, den niende i Watts.

Efter at have modtaget resultatet i slutningen af ​​beregningerne i henhold til ovenstående formel, var det på tide at vende sig til tabeldata.

Nu skal du vælge det krævede afsnit i henhold til tabel 1.

Tabel 1. Trådens tværsnit skal altid vælges i den nærmeste større side (+)

Trin 1 - beregning af reaktiv og aktiv effekt

Forbrugernes kapacitet er angivet i dokumenterne for udstyret. Typisk angiver udstyrsangivelser aktiv effekt sammen med reaktiv effekt.

Enheder med en aktiv belastningstype forvandler al den modtagne elektriske energi under hensyntagen til effektiviteten til nyttigt arbejde: mekanisk, termisk eller dens anden form.

Enheder med aktiv belastning inkluderer glødelamper, varmeapparater og elektriske komfurer.

For sådanne enheder har beregningen af ​​strøm for strøm og spænding formen:

P = U * I,

hvor:

• P - effekt i watt;
• U - spænding i V;
• jeg - strømstyrke i A.

Enheder med en reaktiv belastningstype kan akkumulere energi fra kilden og derefter returnere den. En sådan udveksling sker på grund af forskydningen af ​​sinusformet strøm og sinusformet spænding.

Ved nulfaseforskydning har effekten P = U * Jeg altid en positiv værdi. En sådan graf over faserne af strøm og spænding er tilgængelig for enheder med en aktiv belastningstype (I, i er strømstyrken, U, u er spændingen, π er antallet pi lig med 3,14)

Reaktive effektanordninger inkluderer elektriske motorer, elektroniske enheder i alle størrelser og formål og transformere.

Når der er et faseskift mellem sinusformet strøm og sinusformet spænding, kan effekten P = U * I være negativ (I, i er strømmen, U, u er spændingen, π er antallet pi lig med 3,14). Reaktiv energienhed returnerer lagret energi tilbage til kilden

Elektriske netværk er bygget på en sådan måde, at de kan overføre elektrisk energi i en retning fra kilden til belastningen.

Derfor er forbrugernes returnerede energi med en reaktiv belastning parasitisk og bruges på varmeledere og andre komponenter.

Reaktiv effekt er afhængig af fasevinklen mellem spænding og strøm sinusoider. Fasevinklen udtrykkes i form af cosφ.

Brug formlen for at finde den fulde styrke:

P = Q / cosφ,

hvor Q - reaktiv effekt i VA.

Typisk angiver pasdataene på enheden reaktiv effekt og cosφ.

eksempel: i passet viser perforatoren en reaktiv effekt på 1200 VAR og cosφ = 0,7. Derfor vil det samlede strømforbrug være lig med:

P = 1200 / 0,7 = 1714 W

Hvis cosφ ikke kunne findes, for det store flertal af elektriske husholdningsapparater, kan cosφ tages lig med 0,7.

Fase # 2 - søg efter samtidighed og margenforhold

K - dimensionsfri samtidighedskoefficient, viser hvor mange forbrugere, der samtidigt kan inkluderes i netværket. Det sker sjældent, at alle enheder samtidig bruger strøm.

Samtidig betjening af tv'et og musikcentret er usandsynligt. Fra etableret praksis kan K tages lig med 0,8. Hvis du planlægger at bruge alle forbrugere på samme tid, skal K tages lig med 1.

J - dimensionsfri sikkerhedsfaktor. Det kendetegner oprettelsen af ​​en magtreserve for fremtidige forbrugere.

Fremskridt står ikke stille, hvert år opfindes nye og overraskende nye og nyttige elektriske apparater. I 2050 forventes elforbruget at nå op på 84%. Typisk antages J at være fra 1,5 til 2,0.

Trin 3 - udførelse af en geometrisk beregning

Ved alle elektriske beregninger tages lederens tværsnitsareal - kernesektionen. Målt i mm².

Det er ofte nødvendigt at lære at korrekt beregne tråddiameter trådleder.

I dette tilfælde er der en simpel geometrisk formel til en monolitisk rund tråd:

S = π * R² = π * D²/4eller omvendt

D = √ (4 * S / π)

For ledere med rektangulært tværsnit:

S = h * m,

hvor:

• S - kerneområde i mm²;
• R - radius af kernen i mm;
• D - kernediameter i mm;
• h, m - henholdsvis bredde og højde i mm;
• π Er antallet pi lig med 3,14.

Hvis du køber en strandet ledning, hvor en leder består af mange snoede ledninger med cirkulært tværsnit, udføres beregningen i henhold til formlen:

S = N * D²/1,27,

hvor N - antallet af ledninger i vene.

Tråde, der har snoede kerner i flere tråde, har generelt bedre ledningsevne end monolitiske ledninger. Dette skyldes særegenhederne ved strømmen, der strømmer gennem en cirkulær leder.

Elektrisk strøm er bevægelsen af ​​de samme ladninger langs lederen. Ladningerne med samme navn frastøtter, derfor forskydes ladningsfordelingstætheden til lederens overflade.

En anden fordel ved strandede ledninger er deres fleksibilitet og mekaniske modstand. Monolitiske ledninger er billigere og bruges hovedsageligt til fast installation.

Trin 4 - beregne kraftsektionen i praksis

opgave: den samlede effekt af forbrugere i køkkenet er 5000 watt (hvilket betyder, at alle reaktive forbrugers styrke fortælles). Alle forbrugere er tilsluttet et enfaset 220 V-netværk og har strøm fra en gren.

Tabel 2. Hvis du planlægger at forbinde yderligere forbrugere i fremtiden, viser tabellen den krævede kapacitet for fælles husholdningsapparater (+)

beslutning:

Samtidighedskoefficienten K antages at være lig med 0,8. Køkkenet er et sted med konstant innovation, du har aldrig noget imod, en sikkerhedsfaktor på J = 2,0. Samlet estimeret kapacitet vil være:

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

Ved hjælp af værdien af ​​designkraften ser vi efter den nærmeste værdi i tabel 1.

Det nærmeste egnede ledertværsnit for et enfaset netværk er en kobberleder med et tværsnit på 4 mm². Lignende trådstørrelse med aluminiumskerne 6 mm².

Ved ledninger med enkelt kerne er minimumdiameteren henholdsvis 2,3 mm og 2,8 mm. I tilfælde af en multicore-option tilføjes tværsnittet af individuelle kerner.

Beregning af det aktuelle tværsnit

Beregninger af det krævede tværsnit for strøm og strøm af kabler og ledninger vil give mere nøjagtige resultater. Sådanne beregninger gør det muligt at evaluere den generelle virkning af forskellige faktorer på ledere, herunder termisk belastning, trådkvalitet, pakningstype, driftsbetingelser osv.

Hele beregningen udføres i de følgende trin:

• magtvalg af alle forbrugere;
• beregning af strømme, der passerer gennem lederen;
• valg af et passende tværsnit i henhold til tabellerne.

For denne version af beregningen tages den aktuelle effekt for forbrugere med spænding uden at tage højde for korrektionsfaktorer. Der tages højde for dem, når den nuværende styrke summeres.

Trin 1 - beregning af den aktuelle styrke ved formlerne

For dem, der har glemt skolefysikkurset, tilbyder vi de grundlæggende formler i form af et grafisk diagram som et visuelt snyderi:

Det "klassiske hjul" demonstrerer sammenkoblingen af ​​formler og indbyrdes afhængighed af karakteristika for elektrisk strøm (I - strømstyrke, P - effekt, U - spænding, R - kerne radius)

Lad os skrive afhængigheden af ​​strømstyrken I af strømmen P og liniespændingen U:

I = P / U_l,

hvor:

• jeg - strømstyrke taget i ampere;
• P - effekt i watt;
• U_l - ledningsspænding i volt.

Lineær spænding afhænger i almindelighed af strømforsyningskilden, den er en- og trefaset.

Forholdet mellem den lineære og fasespænding:

1. U_l = U * cosφ i tilfælde af enfaset spænding.
2. U_l = U * √3 * cosφ i tilfælde af trefasespænding.

For elektriske husholdningsforbrugere skal du tage cosφ = 1, så den lineære spænding kan skrives om:

1. U_l = 220 V til enfasespænding.
2. U_l = 380 V til trefasespænding.

Derefter opsummerer vi alle strømme, der forbruges af formlen:

I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,

hvor:

• jeg - total strøm i ampere;
• I1..IN - den aktuelle styrke for hver forbruger i ampere;
• K - samtidighedskoefficient;
• J - sikkerhedsfaktor.

Koefficienterne K og J har de samme værdier, der blev brugt til beregning af den samlede effekt.

Der kan være et tilfælde, når der i et trefaset netværk strømmer en ulig styrke gennem forskellige faseledere.

Dette sker, når enfasede forbrugere og trefasede forbrugere tilsluttes et trefasekabel samtidigt. For eksempel er der en trefaset maskine og enfasebelysning.

Et naturligt spørgsmål opstår: hvordan beregnes tværsnittet af en strandet tråd i sådanne tilfælde? Svaret er enkelt - beregningerne er foretaget for den mest indlæste leder.

Trin 2 - valg af et passende afsnit i henhold til tabellerne

I reglerne for drift af elektriske installationer (PES) er der angivet et antal tabeller til valg af det krævede kabelkerneafsnit.

Konduktivitetsleder er temperaturafhængig. For metalledere øges modstanden med stigende temperatur.

Når en bestemt tærskel overskrides, bliver processen selvbærende: jo højere modstand, jo højere temperatur, desto højere modstand osv. indtil lederen brænder ud eller forårsager en kortslutning.

De følgende to tabeller (3 og 4) viser tværsnittet af lederne afhængigt af strømme og installationsmetode.

Tabel 3. Først skal du vælge metoden til at lægge ledningerne, det afhænger af, hvor effektiv køling sker (+)

Kablet adskiller sig fra ledningen, idet alle ledninger med deres egen isolering på kablet er snoet ind i et bundt og lukket i en fælles isolerende kappe. Flere detaljer om forskelle og typer kabelprodukter er skrevet i denne artiklen.

Tabel 4. En åben metode er indikeret for alle værdier for ledernes tværsnit, men i praksis er tværsnit under 3 mm2 ikke åbent lagt af grunde af mekanisk styrke (+)

Ved brug af tabeller anvendes følgende faktorer til den tilladte kontinuerlige strøm:

• 0,68, hvis 5-6 levede;
• 0,63, hvis 7-9 levede;
• 0,6, hvis 10-12 levede.

Faldende koefficienter anvendes til de aktuelle værdier i kolonnen “åben”.

Nul- og jordforbindelsesledere er ikke inkluderet i antallet af ledere.

I henhold til PES-standarder foretages valget af tværsnittet af nulkernen i henhold til den tilladte kontinuerlige strøm som mindst 50% af fasekernen.

De følgende to tabeller (5 og 6) viser afhængigheden af ​​den tilladte kontinuerlige strøm, når den lægges i jorden.

Tabel 5. Tilladte kontinuerlige strømafhængigheder for kobberkabler, når de lægger i luft eller jord

Den aktuelle belastning ved åbning og ved dybning i jorden er forskellig. De tages lige, hvis lægning i jorden udføres ved hjælp af bakker.

Tabel 6. Tilladte kontinuerlige strømafhængigheder for aluminiumkabler, når de lægger i luft eller jord

Følgende tabel (7) gælder for arrangementet af midlertidige strømforsyningslinjer (bære, hvis til privat brug).

Tabel 7. Tilladt kontinuerlig strøm ved brug af bærbare slangekabler, bærbare slanger og minekabler, lyskastere, fleksible bærbare ledninger. Kun kobberledere brugt

Når man lægger kabler i jorden, ud over varmefjerningsegenskaber, er det nødvendigt at tage hensyn til modstanden, hvilket afspejles i følgende tabel (8):

Tabel 8. Korrektionsfaktor afhængigt af jordens type og modstand for tilladt kontinuerlig strøm ved beregning af kabeltværsnittet (+)

Beregning og valg af kobberledere op til 6 mm² eller aluminium op til 10 mm² ledes som for kontinuerlig strøm.

I tilfælde af store tværsnit er det muligt at anvende en reduktionsfaktor:

0,875 * √T_ns

hvor T_ns - forholdet mellem varigheden af ​​inkluderingen og cyklusens varighed.

Varigheden af ​​inkludering er taget fra beregningen af ​​højst 4 minutter. I dette tilfælde bør cyklussen ikke overstige 10 minutter.

Når du vælger et kabel til kabelforbindelse træhus der er særlig opmærksomhed mod dens brandmodstand.

Trin 3 - beregning af tværsnittet af den aktuelle leder ved hjælp af et eksempel

opgave: beregne det krævede tværsnit kobberkabel til tilslutning:

• 4000 W trefaset træbearbejdningsmaskine;
• 6000 W trefas svejsemaskine;
• husholdningsapparater i huset med en samlet kapacitet på 25.000 watt;

Forbindelsen sker med et fem-kernet kabel (trefaseledere, en neutral og en jord) lagt i jorden.

Isolering af kabelprodukter beregnes ud fra en bestemt værdi af driftsspændingen. Det skal huskes, at fabrikantens driftsspænding for sit produkt skal være højere end netspændingen

Afgørelse.

Trin 1. Vi beregner den lineære spænding på en trefasetilslutning:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Trin 2. Husholdningsapparater, værktøjsmaskiner og svejsemaskiner har reaktiv styrke, så maskinens og udstyrets magt vil være:

P_{af dem} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_equi = 10000 / 0,7 = 14300 W

Trin 3. Nuværende kræves for tilslutning af husholdningsapparater:

jeg_{af dem} = 35700/220 = 162 A

Trin 4. Nuværende strøm for at tilslutte udstyr:

jeg_equi = 14300/380 = 38 A

Trin # 5. Den krævede strøm for tilslutning af husholdningsapparater beregnes ud fra beregningen af ​​en fase. Efter problemets tilstand er der tre faser. Følgelig kan strømmen fordeles i faser. For enkelheds skyld antager vi en ensartet fordeling:

jeg_{af dem} = 162/3 = 54 A

Trin 6. Nuværende pr. Fase:

jeg_f = 38 + 54 = 92 A

Trin 7 Udstyr og husholdningsapparater fungerer ikke på samme tid, medmindre vi lægger en margin svarende til 1,5. Efter anvendelse af korrektionsfaktorer:

jeg_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Trin 8 Selvom kablet indeholder 5 kerner, tages der kun hensyn til trefasekerner. I henhold til tabel 8 finder vi i en søjle med et tre-kernekabel i jorden, at en strøm på 115 A svarer til et tværsnit af en kerne på 16 mm².

Trin 9. I henhold til tabel 8 anvender vi korrektionsfaktoren afhængigt af jordens egenskaber. For en normal landtype er koefficienten 1.

Trin # 10. Valgfrit, beregne kernediameteren:

D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm

Hvis beregningen kun blev foretaget ved hjælp af strøm, uden at tage hensyn til kabelfunktionerne, vil kernens tværsnit være 25 mm². Beregning af den aktuelle styrke er mere kompliceret, men nogle gange sparer det betydelige penge, især når det kommer til multikernekabler.

Du kan læse mere om forholdet mellem spænding og strøm her.

Beregning af spændingsfald

Enhver leder undtagen superledere har en modstand. Derfor forekommer et spændingsfald med en tilstrækkelig længde på kablet eller ledningen.

PES-standarder kræver, at kablets tværsnit er sådan, at spændingsfaldet ikke er mere end 5%.

Tabel 9. Resistivitet for almindelige metalledere (+)

Dette angår primært lavspændingsledninger med lille tværsnit.

Beregningen af ​​spændingsfaldet er som følger:

R = 2 * (ρ * L) / S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad / U_Ling) * 100,

hvor:

• 2 - koefficient på grund af det faktum, at strømmen nødvendigvis flyder i to kerner;
• R - ledermodstand, Ohm;
• ρ - specifik modstand for lederen, Ohm * mm²/ m;
• S - ledertværsnit, mm²;
• U_pad - spændingsfald, V;
• U_% - spændingsfald med hensyn til U_Ling,%.

Ved hjælp af formler kan du uafhængigt udføre de nødvendige beregninger.

Eksempel på beregning af udførelse

opgave: beregne spændingsfaldet for en kobbertråd med et tværsnit på en kerne på 1,5 mm². En ledning er nødvendig for at forbinde en enfaset elektrisk svejsemaskine med en samlet effekt på 7 kW. Ledningslængde 20 m.

Hvis du vil tilslutte en husholdnings svejsemaskine til lysnettet, skal du tage højde for den situation, som kablet er designet til. Det er muligt, at den samlede effekt af driftsenheder kan være højere. Den bedste mulighed er at forbinde forbrugere til individuelle filialer

opløsning:

Trin 1. Vi beregner modstanden på kobbertråden ved hjælp af tabel 9:

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

Trin 2. Strømmen, der flyder langs lederen:

I = 7000/220 = 31,8 A

Trin 3. Spændingsfald på ledningen:

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

Trin 4. Vi beregner procentdelen af ​​spændingsfald:

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

Konklusion: For at forbinde svejsemaskinen kræves en leder med et stort tværsnit.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Beregningen af ​​lederens tværsnit i henhold til formlerne:

Anbefalinger fra specialister om valg af kabel- og ledningsprodukter:

Ovenstående beregninger gælder for kobber- og aluminiumledere til industriel brug. For andre typer ledere er den samlede varmeoverførsel forudberegnet.

Baseret på disse data beregnes den maksimale strøm, der er i stand til at strømme gennem lederen, uden at forårsage overdreven opvarmning.

Hvis du har spørgsmål om metoden til beregning af kabeltværsnittet, eller hvis du vil dele personlig erfaring, bedes du skrive kommentarer til denne artikel. Feedbackboksen findes nedenfor.