Kaapelin poikkileikkauksen laskenta tehon ja virran mukaan: kuinka laskea johdotus oikein

Aiotteko tehdä sähköverkon modernisointi tai laajentaa sähköjohtoa keittiöön uuden sähköliesi liittämistä varten? Tässä on hyödyllistä minimaalinen tieto johtimen poikkileikkauksesta ja tämän parametrin vaikutuksesta tehoon ja virtaan.

Hyväksy, että kaapelin poikkileikkauksen virheellinen laskeminen johtaa ylikuumenemiseen ja oikosulkuun tai perusteettomiin kustannuksiin.

On erittäin tärkeää suorittaa laskelmat suunnitteluvaiheessa epäonnistumisen vuoksi piilotettu johdotus ja myöhempään vaihtamiseen liittyy merkittäviä kustannuksia. Autamme sinua ymmärtämään laskelmien monimutkaisuutta välttääksemme ongelmia sähköverkkojen jatkotoiminnassa.

Jotta teitä ei rasittaisi monimutkaisilla laskelmilla, olemme valinneet selkeät kaavat ja laskentavaihtoehdot, esittäneet tiedot helposti saatavilla olevassa muodossa ja antaneet kaavoille selitykset. Artikkeliin on lisätty myös temaattisia valokuvia ja videomateriaaleja, joiden avulla voit ymmärtää tarkasteltavan asian olemuksen selkeästi.

Poikkileikkauksen laskenta kuluttajateholle

Johtimien päätarkoitus on toimittaa sähköenergiaa kuluttajille tarvittava määrä. Koska suprajohtimia ei ole saatavilla normaaleissa käyttöolosuhteissa, johdinmateriaalin vastus on otettava huomioon.

Tarvittavan osan laskeminen johtimia ja kaapeleita Kuluttajien kokonaistehosta riippuen perustuu pitkäaikaiseen käyttökokemukseen.

Aloitetaan laskelmien yleinen kulku suorittamalla ensin laskelmat kaavalla:

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

Missä:

• P – kaikkien laskettuun haaraan kytkettyjen kuluttajien teho watteina.
• P1, P2, PN – ensimmäisen, toisen ja n:nnen kuluttajan teho watteina.

Saatuaan tuloksen laskelmien lopussa yllä olevalla kaavalla, oli aika siirtyä taulukkotietoihin.

Nyt sinun on valittava tarvittava osa taulukon 1 mukaisesti.

Taulukko 1. Johdon poikkileikkaus on aina valittava lähimpään isompaan sivuun (+)

Vaihe #1 - lois- ja pätötehon laskenta

Kuluttajakapasiteetit on ilmoitettu laiteasiakirjoissa. Tyypillisesti laitetietolehdissä ilmoitetaan pätöteho yhdessä loistehon kanssa.

Laitteet, joissa on aktiivinen kuormitus, muuntavat kaiken vastaanotetun sähköenergian hyötysuhteen huomioon ottaen hyödylliseksi työksi: mekaaniseksi, termiseksi tai muuksi.

Aktiivisia laitteita ovat hehkulamput, lämmittimet ja sähköliesi.

Tällaisille laitteille tehon laskenta virralla ja jännitteellä on muotoa:

P=U*I,

Missä:

• P – teho W;
• U – jännite V;
• minä – virran voimakkuus A:ssa.

Reaktiivisella kuormalla varustetut laitteet pystyvät keräämään lähteestä tulevaa energiaa ja palauttamaan sen. Tämä vaihto tapahtuu virran siniaallon ja jännitteen siniaallon siirtymän vuoksi.

Nollavaihesiirrolla teholla P=U*I on aina positiivinen arvo. Laitteilla, joissa on aktiivinen kuorma, on tällainen virran ja jännitteen vaiheiden kaavio (I, i - virta, U, u - jännite, π - pi yhtä suuri kuin 3,14)

Loisteholaitteita ovat sähkömoottorit, kaikenkokoiset ja -käyttöiset elektroniset laitteet sekä muuntajat.

Kun virran siniaallon ja jännitteen siniaallon välillä on vaihesiirto, teho P=U*I voi olla negatiivinen (I, i - virta, U, u - jännite, π - pi 3,14). Loisteholaite palauttaa varastoidun energian takaisin lähteeseen

Sähköverkot on rakennettu siten, että ne voivat siirtää sähköenergiaa yhteen suuntaan lähteestä kuormaan.

Siksi reaktiivisen kuorman omaavalta kuluttajalta palautettu energia on loisenergiaa ja menee hukkaan johtimien ja muiden komponenttien lämmittämiseen.

Loisteho riippuu jännitteen ja virran siniaaltojen välisestä vaihekulmasta. Vaihesiirtokulma ilmaistaan ​​cosφ:n kautta.

Kokonaistehon selvittämiseksi käytä kaavaa:

P = Q / cosφ,

Missä K – loisteho VAR:ssa.

Tyypillisesti laitteen tietosivulla ilmoitetaan loisteho ja cosφ.

Esimerkki: vasaraporan passissa on 1200 VAr loisteho ja cosφ = 0,7.Siksi kokonaisvirrankulutus on yhtä suuri:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Jos cosφ:tä ei löydy, suurimmalle osalle kodinkoneista cosφ voidaan ottaa 0,7:ksi.

Vaihe #2 - etsi samanaikaisuus- ja marginaalikertoimet

K – dimensioton samanaikaisuuskerroin, näyttää kuinka monta kuluttajaa voidaan kytkeä verkkoon samanaikaisesti. Harvoin tapahtuu, että kaikki laitteet kuluttavat sähköä samanaikaisesti.

TV:n ja musiikkikeskuksen samanaikainen toiminta on epätodennäköistä. Vakiintuneen käytännön mukaan K voidaan katsoa 0,8:ksi. Jos aiot käyttää kaikkia kuluttajia samanaikaisesti, K tulee asettaa arvoon 1.

J – mittaton turvakerroin. Luonnehtii tehoreservin luomista tuleville kuluttajille.

Edistys ei pysähdy, vaan joka vuosi keksitään uusia hämmästyttäviä ja hyödyllisiä sähkölaitteita. Sähkön kulutuksen odotetaan kasvavan 84 % vuoteen 2050 mennessä. Tyypillisesti J:n oletetaan olevan välillä 1,5 - 2,0.

Vaihe #3 - laskelmien suorittaminen geometrisella menetelmällä

Kaikissa sähkölaskelmissa otetaan johtimen poikkipinta-ala - sydämen poikkileikkaus. Mitattu mm².

Usein on tarpeen opetella laskemaan oikein langan halkaisija johdin johdot.

Tässä tapauksessa monoliittiselle pyöreälle langalle on yksinkertainen geometrinen kaava:

S = π*R² = π*D²/4, tai päinvastoin

D = √(4*S / π)

Suorakaiteen muotoisille johtimille:

S = h*m,

Missä:

• S – ytimen pinta-ala mm²;
• R – sydämen säde millimetreinä;
• D – sydämen halkaisija mm;
• h, m – leveys ja korkeus millimetreinä;
• π — pi on 3,14.

Jos ostat kierretyn johdon, jossa yksi johdin koostuu useista kierretyistä langoista, joiden poikkileikkaus on pyöreä, laskenta suoritetaan kaavan mukaan:

S = N*D²/1,27,

Missä N – johtojen lukumäärä ytimessä.

Useista johtimista kierretyillä johtimilla on yleensä parempi johtavuus kuin monoliittisilla. Tämä johtuu pyöreän poikkileikkauksen omaavan johtimen läpi kulkevan virran erityispiirteistä.

Sähkövirta on samankaltaisten varausten liikettä johtimessa. Kuten varaukset hylkivät toisiaan, niin varausjakauman tiheys siirtyy johtimen pintaa kohti.

Toinen kierrettyjen johtojen etu on niiden joustavuus ja mekaaninen kestävyys. Monoliittiset johdot ovat halvempia ja niitä käytetään pääasiassa kiinteään asennukseen.

Vaihe #4 — laske tehon poikkileikkaus käytännössä

Tehtävä: keittiön kuluttajien kokonaisteho on 5000 W (eli kaikkien loiskuluttajien teho on laskettu uudelleen). Kaikki kuluttajat on kytketty yksivaiheiseen 220 V verkkoon ja saavat virran yhdestä haarasta.

Taulukko 2. Jos aiot liittää lisää kuluttajia tulevaisuudessa, taulukosta näkyy tavallisten kodinkoneiden tarvittava teho (+)

Ratkaisu:

Otetaan samanaikaisuuskerroin K yhtä suureksi kuin 0,8. Keittiö on jatkuvan innovaation paikka, ei koskaan tiedä, turvallisuuskerroin on J=2,0. Arvioitu kokonaisteho on:

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

Lasketun tehon arvon avulla etsimme lähimmän arvon taulukosta 1.

Lähin yksivaiheverkkoon sopiva sydänpoikkipinta on kuparijohdin, jonka poikkileikkaus on 4 mm². Samankokoinen lanka, 6 mm alumiiniydin².

Yksijohdinjohdotuksen vähimmäishalkaisija on 2,3 mm ja 2,8 mm.Jos käytetään moniytimistä vaihtoehtoa, yksittäisten ytimien poikkileikkaus lasketaan yhteen.

Virran poikkileikkauksen laskenta

Kaapeleiden ja johtojen tarvittavan virran ja tehon poikkileikkauksen laskelmat antavat tarkempia tuloksia.Tällaisten laskelmien avulla on mahdollista arvioida eri tekijöiden kokonaisvaikutusta johtimiin, mukaan lukien lämpökuorma, johtojen merkki, asennustapa, käyttöolosuhteet jne.

Koko laskelma suoritetaan seuraavissa vaiheissa:

• kaikkien kuluttajien tehon valinta;
• johtimen läpi kulkevien virtojen laskeminen;
• sopivan poikkileikkauksen valinta taulukoiden avulla.

Tässä laskentavaihtoehdossa kuluttajien teho virran ja jännitteen suhteen otetaan huomioon ottamatta korjauskertoimia. Ne otetaan huomioon virranvoimakkuutta laskettaessa.

Vaihe #1 - virranvoimakkuuden laskeminen kaavoilla

Niille, jotka ovat unohtaneet koulun fysiikan kurssin, tarjoamme peruskaavat graafisen kaavion muodossa visuaalisena huijauslehtenä:

"Classic Wheel" osoittaa selvästi kaavojen suhteen ja sähkövirran ominaisuuksien keskinäisen riippuvuuden (I - virran voimakkuus, P - teho, U - jännite, R - sydämen säde)

Kirjataan muistiin virran I riippuvuus tehosta P ja verkkojännitteestä U:

I = P/U_l,

Missä:

• minä — virran voimakkuus ampeereina;
• P - teho watteina;
• U_l — verkkojännite voltteina.

Verkkojännite riippuu yleensä virtalähteestä; se voi olla yksi- tai kolmivaiheinen.

Lineaarisen ja vaihejännitteen välinen suhde:

1. U_l = U*cosφ yksivaiheisen jännitteen tapauksessa.
2. U_l = U*√3*cosφ kolmivaiheisen jännitteen tapauksessa.

Kotitalouksien sähkökuluttajille cosφ=1 hyväksytään, joten lineaarijännite voidaan kirjoittaa uudelleen:

1. U_l = 220 V yksivaiheiselle jännitteelle.
2. U_l = 380 V kolmivaiheiselle jännitteelle.

Seuraavaksi teemme yhteenvedon kaikista kulutetuista virroista kaavalla:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Missä:

• minä – kokonaisvirta ampeereina;
• I1..IN – kunkin kuluttajan virranvoimakkuus ampeereina;
• K – samanaikaisuuskerroin;
• J - turvallisuus tekijä.

Kertoimilla K ja J on samat arvot kuin kokonaistehoa laskettaessa.

Saattaa olla tapaus, jossa kolmivaiheisessa verkossa eri vaihejohtimien läpi kulkee erivoimainen virta.

Tämä tapahtuu, kun yksivaiheiset ja kolmivaiheiset kuluttajat on kytketty kolmivaiheiseen kaapeliin samanaikaisesti. Esimerkiksi kolmivaiheinen kone ja yksivaiheinen valaistus saavat virtaa.

Herää luonnollinen kysymys: miten kierretyn langan poikkileikkaus lasketaan tällaisissa tapauksissa? Vastaus on yksinkertainen - laskelmat tehdään eniten kuormitetun ytimen perusteella.

Vaihe 2 - sopivan osion valinta taulukoiden avulla

Sähköasennusten käyttösäännöt (PEU) sisältävät useita taulukoita tarvittavan kaapelisydämen poikkileikkauksen valitsemiseksi.

Johtimen johtavuus riippuu lämpötilasta. Metallijohtimien resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa.

Kun tietty kynnys ylittyy, prosessista tulee itseään ylläpitävä: mitä suurempi vastus, sitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi vastus jne. kunnes johdin palaa tai aiheuttaa oikosulun.

Seuraavat kaksi taulukkoa (3 ja 4) esittävät johtimien poikkileikkauksen virroista ja asennustavasta riippuen.

Taulukko 3. Ensin sinun on valittava johtojen asennustapa, joka määrittää jäähdytyksen tehokkuuden (+)

Kaapeli eroaa johdosta siinä, että kaikki omalla eristellään varustetut kaapelisydämet on kierretty nippuun ja suljettu yhteiseen eristysvaippaan. Tässä on lisätietoa kaapelituotteiden eroista ja tyypeistä artikla.

Taulukko 4. Avoin menetelmä on ilmoitettu kaikille johtimien poikkileikkausarvoille, mutta käytännössä alle 3 mm2:n osia ei asenneta avoimesti mekaanisen lujuuden vuoksi (+)

Taulukoita käytettäessä sallittuun jatkuvaan virtaan sovelletaan seuraavia kertoimia:

• 0,68 jos 5-6 ydintä;
• 0,63 jos 7-9 ydintä;
• 0,6 jos 10-12 ydintä.

Vähennyskertoimia sovelletaan "avoin" -sarakkeen virtaarvoihin.

Nolla- ja maadoitusjohtimet eivät sisälly johtimien määrään.

PES-standardien mukaan nollajohtimen poikkileikkauksen valinta sallitun jatkuvan virran mukaan tehdään vähintään 50 %:ksi vaihejohtimesta.

Seuraavat kaksi taulukkoa (5 ja 6) esittävät sallitun pitkäaikaisvirran riippuvuuden, kun se lasketaan maahan.

Taulukko 5. Kuparikaapeleiden sallitun pitkäaikaisvirran riippuvuudet ilmaan tai maahan vedettäessä

Avoimessa ja syvälle maahan laskettaessa virtakuorma eroaa. Ne hyväksytään tasa-arvoisiksi, jos maahan asettaminen tapahtuu tarjottimilla.

Taulukko 6. Alumiinikaapeleiden sallitun jatkuvan virran riippuvuudet ilmaan tai maahan vedettäessä

Tilapäisten sähkönsyöttölinjojen asennukseen (kuljetettava, jos yksityiskäyttöön) pätee seuraava taulukko (7).

Taulukko 7. Sallittu jatkuva virta käytettäessä kannettavia letkujohtoja, kannettavia letku- ja akselikaapeleita, valonheittimen kaapeleita, taipuisia kannettavia johtoja. Vain kuparijohtimia käytetään

Asetettaessa kaapeleita maahan, on lämmönpoistoominaisuuksien lisäksi otettava huomioon ominaisvastus, joka näkyy seuraavassa taulukossa (8):

Taulukko 8. Maaperän tyypistä ja resistiivisuudesta riippuva korjauskerroin sallitulle pitkäkestoiselle virralle laskettaessa kaapelin poikkipinta-alaa (+)

Kuparisydämien laskenta ja valinta 6 mm asti² tai alumiinia 10 mm asti² suoritetaan kuten jatkuvalla virralla.

Suurien poikkileikkausten tapauksessa on mahdollista käyttää vähennyskerrointa:

0,875 * √T_pv

Missä T_pv — kytkennän keston suhde jakson kestoon.

Päällekytkemisen keston oletetaan olevan enintään 4 minuuttia. Tässä tapauksessa sykli ei saa ylittää 10 minuuttia.

Kun valitset kaapelin sähkönjakelua varten puutalo Sen palonkestävyyteen kiinnitetään erityistä huomiota.

Vaihe #3 - johtimen virran poikkileikkauksen laskeminen esimerkin avulla

Tehtävä: laske tarvittava osa kuparikaapeli liittämistä varten:

• kolmivaiheinen puuntyöstökone, jonka teho on 4000 W;
• kolmivaiheinen hitsauskone, jonka teho on 6000 W;
• kodinkoneet talossa, joiden kokonaisteho on 25 000 W;

Kytkentä tehdään viisijohtimisella kaapelilla (kolme vaihejohdinta, yksi nolla ja yksi maadoitus), joka on asetettu maahan.

Kaapeli- ja lankatuotteiden eristys lasketaan tietylle käyttöjännitteelle. On otettava huomioon, että hänen tuotteensa valmistajan ilmoittaman käyttöjännitteen on oltava suurempi kuin verkkojännite

Ratkaisu.

Vaihe 1. Laskemme kolmivaiheisen kytkennän lineaarisen jännitteen:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Vaihe #2. Kodinkoneet, työstökone ja hitsauskone ovat loistehoisia, joten koneiden ja laitteiden teho on:

P_nuo = 25 000 / 0,7 = 35 700 W

P_obor = 10 000 / 0,7 = 14 300 W

Vaihe #3. Kodinkoneiden kytkemiseen tarvittava virta:

minä_nuo = 35700 / 220 = 162 A

Vaihe #4. Laitteiden kytkemiseen tarvittava virta:

minä_obor = 14300 / 380 = 38 A

Vaihe #5. Kodinkoneiden kytkemiseen tarvittava virta lasketaan yhden vaiheen perusteella. Ongelman mukaan vaiheita on kolme. Siksi virta voidaan jakaa vaiheiden kesken. Yksinkertaisuuden vuoksi oletamme tasaisen jakautumisen:

minä_nuo = 162/3 = 54 A

Vaihe #6. Virta per vaihe:

minä_f = 38 + 54 = 92 A

Vaihe #7. Laitteet ja kodinkoneet eivät toimi yhtä aikaa, lisäksi laitamme varauksen 1,5. Korjauskertoimien soveltamisen jälkeen:

minä_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Vaihe #8. Vaikka kaapelissa on 5 sydäntä, vain kolme vaihejohdinta otetaan huomioon. Taulukon 8 sarakkeessa kolmijohtiminen kaapeli maassa havaitaan, että 115 A virta vastaa 16 mm:n sydämen poikkileikkausta².

Vaihe #9. Taulukon 8 mukaan käytämme korjauskerrointa maan ominaisuuksien mukaan. Normaalille maadoitustyypille kerroin on 1.

Vaihe #10. Valinnainen, laske ytimen halkaisija:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Jos laskenta tehdään vain tehon perusteella, ottamatta huomioon kaapelin asennuksen erityispiirteitä, olisi sydämen poikkileikkaus 25 mm². Virran voimakkuuden laskeminen on monimutkaisempaa, mutta joskus voit säästää huomattavasti rahaa, varsinkin kun kyse on moniytimisistä virtakaapeleista.

Voit lukea lisää jännitteen ja virran arvojen suhteesta tässä.

Jännitehäviön laskenta

Kaikilla johtimilla, paitsi suprajohtimilla, on vastus. Siksi, jos kaapeli tai johto on tarpeeksi pitkä, tapahtuu jännitehäviö.

PES-standardit edellyttävät, että kaapelin sydämen poikkileikkaus on sellainen, että jännitehäviö on enintään 5 %.

Taulukko 9. Tavallisten metallijohtimien resistanssi (+)

Tämä koskee ensisijaisesti pienjännitekaapeleita, joilla on pieni poikkipinta.

Jännitehäviön laskenta on seuraava:

R = 2*(ρ * L)/S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad /u_lin) * 100,

Missä:

• 2 - kerroin, joka johtuu siitä, että virta kulkee välttämättä kahden johtimen läpi;
• R – johtimen vastus, ohm;
• ρ — johtimen ominaisvastus, ohm*mm²/m;
• S – johtimen poikkileikkaus, mm²;
• U_pad – pudotusjännite, V;
• U_% - jännitehäviö suhteessa U:iin_lin,%.

Kaavojen avulla voit tehdä itsenäisesti tarvittavat laskelmat.

Kantolaskentaesimerkki

Tehtävä: laske jännitehäviö kuparilangalle, jonka yhden sydämen poikkileikkaus on 1,5 mm². Johtoa tarvitaan yksivaiheisen sähköhitsauskoneen kytkemiseen, jonka kokonaisteho on 7 kW. Johdon pituus 20 m.

Kotitalouksien hitsauskoneen sähköverkkoon liittävien tulee ottaa huomioon virtaseula, jolle käytetty kaapeli on suunniteltu. On mahdollista, että käyttölaitteiden kokonaisteho voi olla suurempi. Paras vaihtoehto on yhdistää kuluttajat erillisiin konttoreihin

Ratkaisu:

Vaihe 1. Laskemme kuparilangan resistanssin taulukon 9 avulla:

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

Vaihe #2. Johtimen läpi kulkeva virta:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Vaihe #3. Jännitteen pudotus johdossa:

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

Vaihe #4. Laskemme jännitehäviön prosenttiosuuden:

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

Johtopäätös: hitsauskoneen liittämiseen tarvitaan suuri poikkileikkausjohdin.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Johtimen poikkileikkauksen laskeminen kaavoilla:

Asiantuntijoiden suositukset kaapeli- ja lankatuotteiden valinnasta:

Yllä olevat laskelmat koskevat teolliseen käyttöön tarkoitettuja kupari- ja alumiinijohtimia. Muuntyyppisille johtimille kokonaislämmönsiirto on laskettu etukäteen.

Näiden tietojen perusteella lasketaan suurin virta, joka voi kulkea johtimen läpi aiheuttamatta liiallista kuumenemista.

Jos sinulla on kysyttävää kaapelin poikkileikkauksen laskentamenetelmästä tai haluat jakaa henkilökohtaisen kokemuksesi, jätä kommentit tähän artikkeliin.Arvosteluosio sijaitsee alla.