Кабельная продукция сейчас представлена на рынке в широком ассортименте, поперечное сечение жил составляет от 0,35 мм.кв. и выше, в данной статье будет приведен пример расчета сечения кабеля .
Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника .
Неправильный выбор сечения кабеля для бытовой проводки, может привести к таким результатам:
1. Погонный метр чересчур толстой жилы будет стоить дороже, что нанесет значительный "удар" по бюджету.
2. Жилы вскоре начнут нагреваться и будут плавить изоляцию, если будет выбран неподходящий диаметр проводника (меньший, чем необходимо) и это вскоре может привести к короткому замыканию или самовозгоранию электропроводки.
Чтобы не потратить средства впустую, необходимо перед началом монтажа электропроводки в квартире или доме, выполнить правильный расчет сечения кабеля в зависимости от силы тока, мощности и длины линии.
Расчет сечения кабеля по мощности электроприборов.
Каждый кабель имеет номинальную мощность, которую при работе электроприборов он способен выдержать. Когда мощность всех электроприборов в квартире будет превышать расчетный показатель проводника, то аварии в скором времени не избежать.
Рассчитать мощность электроприборов в квартире или доме можно самостоятельно, для этого необходимо выписать на лист бумаги характеристики каждого прибора отдельно (телевизора, пылесоса, плиты, светильников). Затем все полученные значения суммируются, а готовое число используется для выбора оптимального диаметра.
Формула расчета мощности имеет такой вид:
Pобщ = (P1+P2+P3+…+Pn)*0.8 , где: P1..Pn-мощность каждого электроприбора, кВт
Стоит обратить внимание на то, что число, которое получилось нужно умножить на поправочный коэффициент - 0,8. Обозначает этот коэффициент то, что одновременно будет работать только 80% из всех электроприборов. Такой расчет будет более логичным, потому что, пылесос или фен, точно не будет находиться в использовании длительное время без перерыва.
Пример расчета сечения кабеля по мощности указан в таблицах:
Для проводника с алюминиевыми жилами.
Для проводника с медными жилами.
Как видно из таблиц, свои данные имеют значения для каждого определенного вида кабеля , потребуется лишь найти ближайшее из значений мощности и посмотреть соответствующее сечение жил.
На примере расчет сечения кабеля по мощности выглядит так:
Допустим, что в квартире суммарная мощность всех приборов составляет 13 кВт. Необходимо полученное значение умножить на коэффициент 0,8, в результате это даст 10,4 кВт действительной нагрузки. Затем подходящее значение нужно найти в колонке таблицы. Ближайшая цифра 10,1 при однофазной сети (220В напряжение) и при трехфазной сети цифра 10,5. Значит останавливаем выбор сечения при однофазной сети на 6-милимметровом проводнике или при трехфазной на 1,5-милимметровом.
Расчет сечения кабеля по токовой нагрузке.
Более точный расчет сечения кабеля по току , поэтому пользоваться им лучше всего. Суть расчета аналогична, но в данном случает необходимо только определить какая будет токовая нагрузка на электропроводку. Сначала нужно рассчитать по формулам силу тока для каждого из электроприборов.
Средняя мощность бытовых электроприборов
Пример отображения мощности электроприбора (в данном случае ЖК телевизор)
Для расчета необходимо воспользоваться такой формулой, если в квартире однофазная сеть:
I=P/(U×cosφ)
Когда же сеть трехфазная, то формула будет иметь такой вид:
I=P/(1,73×U×cosφ) , где P - электрическая мощность нагрузки, Вт;
- U - фактическое напряжение в сети, В;
- cosφ - коэффициент мощности.
Следует учесть, что значения табличных величин будут зависеть от условий прокладки проводника. Мощность и токовые нагрузки будут значительно большими при монтаже открытой электропроводки, чем если прокладка проводки будет в трубе.
Полученное суммарное значение токов для запаса рекомендуется умножить в 1,5 раза, ведь со временем в квартиру могут приобретаться более мощные электроприборы.
Расчет сечения кабеля по длине.
Также можно по длине рассчитать сечение кабеля . Суть таких вычислений заключается в том, каждый из проводников имеет свое сопротивление, которое способствует потерям тока с увеличением протяженности линии. Необходимо выбирать проводник с жилами покрупнее, если величина потерь превысит 5%.
Вычисления происходят следующим образом:
- Рассчитывается суммарная мощность всех электроприборов и сила тока.
- Затем рассчитывается сопротивление электропроводки по формуле: удельное сопротивление проводника (p) * длину (в метрах).
- Необходимо разделить получившееся значение на выбранное поперечное сечение кабеля:
R=(p*L)/S, где p — табличная величина
Следует обратить внимание на то, что должна длина прохождения тока умножаться в 2 раза, так как изначально ток идет по одной жиле, а назад возвращается по другой.
- Производится расчет потери напряжения: сила тока умножается на рассчитанное сопротивление.
- Далее определяется величина потерь: потери напряжения делятся на напряжение в сети и умножаются на 100%.
- Анализируется итоговое число. Если полученное значение меньше 5%, то выбранное сечение жилы можно оставить, но если больше, то необходимо выбрать проводник более "толстый".
Таблица удельных сопротивлений.
Обязательно нужно производить расчет с учетом потерь по длине, если протягивается линия на довольно протяженное расстояние, иначе существует высокая вероятность выбрать сечение кабеля неправильно.
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.
Общий ход вычислений начнем с того, что сначала проводим расчеты, используя формулу:
P = (P1+P2+..PN)*K*J ,
- P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.
- P1, P2, PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.
Получив результат по окончанию вычислений по вышеприведенной формуле, настал черед обратиться к табличным данным.
Теперь предстоит выбор необходимого сечения по таблице 1.
Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)
Этап #1 - расчет реактивной и активной мощности
Мощности потребителей указаны в документах на оборудование. Обычно в паспортах оборудования указана активная мощность вместе с реактивной мощностью.
Устройства с активным видом нагрузки превращают всю полученную электрическую энергию, с учетом КПД, в полезную работу: механическую, тепловую или в другой ее вид.
К устройствам с активной нагрузкой относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты.
Для таких устройств расчет мощности по току и напряжению имеет вид:
P = U * I ,
- P – мощность в Вт;
- U – напряжение в В;
- I – сила тока в А.
Устройства с реактивным видом нагрузки способны накапливать энергию поступающую от источника, а затем возвращать. Происходит такой обмен за счет смещения синусоиды силы тока и синусоиды напряжения.
При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14)
К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.
Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику
Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.
Реактивная мощность имеет зависимость от угла смещения фаз между синусоидами напряжения и тока. Угол смещения фаз выражают через cosφ.
Для нахождения полной мощности применяют формулу:
P = P р / cosφ ,
Где P р – реактивная мощность в Вт.
Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.
Пример : в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200 Вт и cosφ = 0,7. Следовательно, общая потребляемая мощность будет равна:
P = 1200/0,7 = 1714 Вт
Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.
Этап #2 - поиск коэффициентов одновременности и запаса
K – безразмерный коэффициент одновременности, показывает сколько потребителей одновременно может быть включено в сеть. Редко случается, чтобы все устройства одновременно потребляли электроэнергию.
Маловероятна одновременная работа телевизора и музыкального центра. Из устоявшейся практики K можно принять равным 0,8. Если Вы планируете использовать все потребители одновременно, K следует принять равным 1.
J – безразмерный коэффициент запаса. Характеризует создание запаса по мощности для будущих потребителей.
Прогресс не стоит на месте, с каждым годом изобретаются все новые удивительные и полезные электрические приборы. Ожидается, что к 2050 году рост потребления электроэнергии составит 84%. Обычно J принимается равным от 1,5 до 2,0.
Этап #3 - выполнение расчета геометрическим методом
Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм 2 .
Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать проволоки проводника.
В этом случае есть простая геометрическая формула для монолитного провода круглого сечения:
S = π*R 2 = π*D 2 /4 , или наоборот
D = √(4*S / π)
Для проводников прямоугольного сечения:
S = h * m
,
- S – площадь жилы в мм 2 ;
- R – радиус жилы в мм;
- D – диаметр жилы в мм;
- h, m – ширина и высота соответственно в мм;
- π — число пи, равное 3,14.
Если Вы приобретаете многожильный провод, у которого один проводник состоит из множества свитых проволочек круглого сечения, то расчет ведут по формуле:
S = N*D 2 /1,27 ,
Где N – число проволочек в жиле.
Провода, имеющие свитые из нескольких проволочек жилы, в общем случае имеют лучшую проводимость, чем монолитные. Это обусловлено особенностями протекания тока по проводнику круглого сечения.
Электрический ток представляет собой движение одноименных зарядов по проводнику. Одноименные заряды отталкиваются, поэтому плотность распределения зарядов смещена к поверхности проводника.
Другим достоинством многожильных проводов является их гибкость и механическая стойкость. Монолитные провода дешевле и применяют их в основном для стационарного монтажа.
Этап #4 -рассчитываем сечение по мощности на практике
Задача : общая мощность потребителей на кухне составляет 5000 Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220 В и имеют запитку от одной ветки.
Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)
Решение :
Коэффициент одновременности K примем равным 0,8. Кухня место постоянных инноваций, мало ли что, коэффициент запаса J=2,0. Общая расчетная мощность составит:
P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт
Используя значение расчетной мощности, ищем ближайшее значение в таблице 1.
Ближайшим подходящим значением сечения жилы для однофазной сети является медный проводник с сечением 4 мм 2 . Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм 2 .
Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3 мм и 2,8 мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.
Галерея изображений
Расчет сечения по току
Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.
Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:
- выбор мощности всех потребителей;
- расчет токов, проходящих по проводнику;
- выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.
Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.
Этап #1 - расчет силы тока по формулам
Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:
«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I - сила тока, P - мощность, U - напряжение, R - радиус жилы)
Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:
I = P/U л ,
- I - cила тока, принимается в амперах;
- P - мощность в ваттах;
- U л - линейное напряжение в вольтах.
Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.
Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:
- U л = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
- U л = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.
Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:
- U л = 220 В для однофазного напряжения.
- U л = 380 В для трехфазного напряжения.
I = (I1+I2+…IN)*K*J ,
- I – суммарная сила тока в амперах;
- I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
- K – коэффициент одновременности;
- J – коэффициент запаса.
Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.
Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.
Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.
Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост - вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.
Этап #2 - выбор подходящего сечения по таблицам
В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.
Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.
При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.
Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.
Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)
Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой .
Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)
При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:
- 0,68 если 5-6 жил;
- 0,63 если 7-9 жил;
- 0,6 если 10-12 жил.
Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».
Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.
По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.
Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.
Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле
Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.
Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле
Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).
Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников
Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):
Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)
Расчет и выбор медных жил до 6 мм 2 или алюминиевых до 10 мм 2 ведется как для длительного тока.
В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:
0,875 * √Т пв
где T пв - отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.
Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.
При выборе кабеля для разводки электричества в особое внимание уделяют его огнестойкости.
Этап #3 - расчет сечения проводника по току на примере
Расчет падения напряжения
Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.
Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.
Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)
В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.
Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:
R = 2*(ρ * L) / S ,
U пад = I * R ,
U % = (U пад / U лин) * 100 ,
- 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
- R – сопротивление проводника, Ом;
- ρ — удельное сопротивление проводника, Ом*мм 2 /м;
- S – сечение проводника, мм 2 ;
- U пад – напряжение падения, В;
- U % — падение напряжения по отношению к U лин,%.
Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.
Пример расчета переноски
Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант - подключение потребителей к отдельным веткам
Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:
R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом
Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:
I = 7000 / 220 = 31.8 А
Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:
U пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В
Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:
U % = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.
Выводы и полезное видео по теме
Расчет сечения проводника по формулам:
Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.
На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.
Материал изготовления и сечение проводов (правильнее будет площади сечения проводов ) является, пожалуй, главными критериями, которыми следует руководствоваться при выборе проводов и силовых кабелей.
Напомним, что площадь поперечного сечения (S) кабеля вычисляется по формуле S = (Pi * D2)/4, где Pi – число пи, равное 3,14, а D – диаметр.
Почему так важен правильный выбор сечения проводов ? Прежде всего, потому, что используемые провода и кабели – основные элементы электропроводки вашего дома или квартиры. А она должна отвечать всем нормам и требованиям надёжности и электробезопасности.
Главным нормативным документом, регламентирующим площадь сечения электрических проводов и кабелей являются Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ). Основные показатели, определяющие сечение провода:
Так, неправильно подобранные по сечению провода, не соответствующие нагрузке потребления могут нагреваться или даже сгореть, просто не выдержав нагрузки по току, что не может не сказаться на электро- и пожаробезопасности вашего жилья. Случай очень частый, когда в целях экономии или по каким-либо другим причинам используется провод меньшего, чем это необходимо сечения.
Руководствоваться при выборе сечения провода поговоркой «кашу маслом не испортишь» тоже не стоит. Применение проводов большего, чем это действительно нужно сечения приведёт лишь к большим материальным затратам (ведь по понятным причинам их стоимость будет больше) и создаст дополнительные сложности при монтаже.
Расчет площади сечения медных жил проводов и кабелей
Так, говоря об электропроводке дома или квартиры, будет оптимальным применение: для «розеточных» - силовых групп медного кабеля или провода с сечением жил 2,5 мм2 и для осветительных групп – с сечением жил 1,5 мм2. Если в доме имеются приборы большой мощности, напр. эл. плиты, духовки, электрические варочные панели, то для их питания следует использовать кабели и провода сечением 4-6 мм2.
Предложенный вариант выбора сечений для проводов и кабелей является, наверное, наиболее распространенным и популярным при монтаже электропроводки квартир и домов. Что, в общем-то, объяснимо: медные провода сечением 1,5 мм2 способны «держать» нагрузку 4,1 кВт (по току – 19 А), 2,5 мм2 – 5,9 кВт (27 А), 4 и 6 мм2 – свыше 8 и 10 кВт. Этого вполне хватит для питания розеток, приборов освещения или электроплит. Более того, такой выбор сечений для проводов даст некоторый «резерв» в случае увеличения мощности нагрузки, например, при добавлении новых «электроточек».
Расчет площади сечения алюминиевых жил проводов и кабелей
При использовании алюминиевых проводов следует иметь в виду, что значения длительно допустимых токовых нагрузок на них гораздо меньше, чем при использовании медных проводов и кабелей аналогичного сечения. Так, для жил алюминиевых проводов сечением 2, мм2 максимальная нагрузка составляет чуть больше 4 кВт (по току это – 22 А), для жил сечением 4 мм2 – не более 6 кВт.
Не последний фактор в расчете сечения жил проводов и кабелей – рабочее напряжение. Так, при одинаковой мощности потребления электроприборов, токовая нагрузка на жилы питающих кабелей или проводов электроприборов, рассчитанных на однофазное напряжение 220 В будет выше, чем для приборов, работающих от напряжения 380 В.
Вообще, для более точного расчета нужных сечений жил кабелей и проводов необходимо руководствоваться не только мощностью нагрузки и материалом изготовления жил; следует учитывать также способ их прокладки, длину, вид изоляции, количество жил в кабеле и т. д. Все эти факторы в полной мере определены основным регламентирующим документом – Правилами Устройства Электроустановок .
Таблицы выбора сечения проводов
| Медные провода | ||||
| Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | |||
| ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт | |
| 1,5 | 19 | 4,1 | 16 | 10,5 |
| 2,5 | 27 | 5,9 | 25 | 16,5 |
| 4 | 38 | 8,3 | 30 | 19,8 |
| 6 | 46 | 10,1 | 40 | 26,4 |
| 10 | 70 | 15,4 | 50 | 33,0 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 |
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66,0 | 260 | 171,6 |
| Сечение токопро водящей жилы, кв.мм | Алюминиевые провода | |||
| Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | |||
| ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт | |
| 2,5 | 20 | 4,4 | 19 | 12,5 |
| 4 | 28 | 6,1 | 23 | 15,1 |
| 6 | 36 | 7,9 | 30 | 19,8 |
| 10 | 50 | 11,0 | 39 | 25,7 |
| 16 | 60 | 13,2 | 55 | 36,3 |
| 25 | 85 | 18,7 | 70 | 46,2 |
| 35 | 100 | 22,0 | 85 | 56,1 |
| 50 | 135 | 29,7 | 110 | 72,6 |
| 70 | 165 | 36,3 | 140 | 92,4 |
| 95 | 200 | 44,0 | 170 | 112,2 |
| 120 | 230 | 50,6 | 200 | 132,0 |
В расчете использовались данные из таблиц ПУЭ
Вопрос выбора сечения кабеля для монтажа электропроводки в доме или квартире очень серьезный. Если данный показатель не будет соответствовать нагрузке в контуре, то изоляция провода просто начнет перегреваться, затем плавится и гореть. Конечный итог – короткое замыкание. Все дело в том, что нагрузка создает определенную плотность тока. И если сечение кабеля будет небольшим, то плотность тока в нем будет большой. Поэтому перед покупкой необходимо провести расчет сечения кабеля по нагрузке.
Конечно, не стоит просто так наугад выбирать провод большего сечения. Это в первую очередь ударит по вашему бюджету. С меньшим сечением кабель может не выдержать нагрузку и быстро выйдет из строя. Поэтому лучше всего начать с вопроса, как рассчитать нагрузку на кабель? А уже потом по этому показателю подбирать и сам электрический провод.
Расчет мощности
Самый простой способ – это рассчитать суммарную мощность, которую будет потреблять дом или квартира. Этот расчет будет использован для подбора сечения провода от столба ЛЭП до вводного автомата в коттедж или от подъездного щита в квартиру на первую распределительную коробку. Точно так же рассчитываются провода по шлейфам или комнатам. Понятно, что входной кабель будет иметь самое большое сечение. И чем дальше от первой распределительной коробки, тем данный показатель будет уменьшаться.
Но вернемся к расчетам. Итак, в первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей. У каждого из них (бытовые приборы и лампы освещения) на корпусе этот показатель обозначен. Если не нашли, смотрите в паспорте или в инструкции.
После чего все мощности необходимо сложить. Это и есть суммарная мощность дома или квартиры. Точно такой же расчет необходимо сделать и по контурам. Но тут есть один спорный момент. Некоторые специалисты рекомендуют умножить суммарный показатель на понижающий коэффициент 0,8, придерживаясь того правила, что не все приборы будут одновременно включаться в цепь. Другие же, наоборот, предлагают умножить на повышающий коэффициент 1,2, тем самым создавая некий запас на будущее, ввиду того, что есть большая вероятность появления в доме или квартире дополнительных бытовых приборов. По нашему мнению второй вариант – оптимальный.
Выбор кабеля
Теперь, зная суммарный показатель мощности, можно выбрать и сечение проводки. В ПУЭ установлены таблицы, по которым легко сделать этот выбор. Приведем несколько примеров для электрической линии, находящейся под напряжением 220 вольт.
- Если суммарная мощность составила 4 кВт, то сечение провода будет 1,5 мм².
- Мощность 6 кВт, сечение 2,5 мм².
- Мощность 10 кВт – сечение 6 мм².
Точно такая же таблица есть и для электрической сети напряжением 380 вольт.
Расчет токовой нагрузки
Это самое точное значение вычисления, проводимого по нагрузке тока. Для этого используется формула:
I=P/U cos φ, где
- I – это сила тока;
- P – суммарная мощность;
- U – напряжение в сети (в данном случае 220 В);
- cos φ – коэффициент мощности.
Есть формула и для трехфазной электрической сети:
I=P/(U cos φ)*√3.
Именно по показателю силы тока определяется сечение кабеля по тем же таблицам в ПУЭ. И опять приведем несколько примеров.
- Сила тока 19 А – сечение кабеля 1,5 мм².
- 27 А – 2,5 мм².
- 46 А – 6 мм².
Как и в случае определения сечения по мощности, здесь также лучше всего умножить показатель силы тока на повышающий коэффициент 1,5.
Коэффициенты
Существуют определенные условия, при которых сила тока внутри проводки может повышаться или понижаться. К примеру, в открытой электрической проводке, когда провода укладываются по стенам или потолку, сила тока будет повышенной, чем в закрытой схеме. Это связано напрямую с температурой окружающей среды. Чем она больше, тем большей силы тока может данный кабель пропускать.
Внимание! Все выше перечисленные таблицы ПУЭ рассчитаны при условии эксплуатации проводов при температуре +25С с температурой самих кабелей не больше +65С.
То есть, получается так, что если в один лоток, гофру или трубу укладываются сразу несколько проводов, то внутри проводки температура будет повышенной за счет нагрева самих кабелей. Это приводит к тому, что допустимая нагрузка тока снижается на 10-30 процентов. То же самое касается и открытой проводки внутри отапливаемых помещений. Поэтому можно сделать вывод: при проведении расчета сечения кабеля в зависимости от нагрузки тока при повышенных температурах эксплуатации можно выбирать провода меньшей площади. Это, конечно, неплохая экономия. Кстати, таблицы снижающих коэффициентов в ПУЭ тоже есть.
Есть еще один момент, который касается длины используемого электрического кабеля. Чем длиннее разводка, тем больше потери напряжения на участках. В любых расчетах используются потери, равные 5%. То есть, это максимум. Если потери будут больше данного значения, то придется увеличивать сечение кабеля. Кстати, самостоятельно рассчитать токовые потери несложно, если знать сопротивление проводки и токовую нагрузку. Хотя оптимальный вариант – использовать таблицу ПУЭ, в которых установлена зависимость момента нагрузки и потерь. В данном случае момент нагрузки – это произведение мощности потребления в киловаттах и длины самого кабеля в метрах.
Разберем пример, в котором установленный кабель длиною 30 мм в сети переменного тока напряжением 220 вольт выдерживает нагрузку 3 кВт. При этом момент нагрузки будет равен 3*30=90. Смотрим в таблицу ПУЭ, где показано, что этому моменту соответствуют потери 3%. То есть, это меньше номинала в 5%. Что допустимо. Как уже было сказано выше, если расчетные потери превысили бы пятипроцентный барьер, то пришлось бы приобретать и устанавливать кабель большего сечения.
Внимание! Данные потери сильно сказываются на освещении с низковольтными лампами. Потому что на 220 вольтах 1-2 В не сильно отражаются, а вот на 12 В видно сразу.
В настоящее время алюминиевые провода в разводках используются редко. Но необходимо знать, что их сопротивление больше, чем у медных, в 1,7 раза. А, значит, и потери у них во столько же раз больше.
Что касается трехфазных сетей, то здесь момент нагрузки больше в шесть раз. Это зависит от того, что сама нагрузка распределяется по трем фазам, а это соответственно тронное увеличение момента. Плюс двоенное увеличение за счет симметричного распределения потребляемой мощности по фазам. При этом в нулевом контуре ток должен быть равен нулю. Если распределение по фазам несимметричное, а это приводит к увеличению и потерь, то придется рассчитывать сечение кабеля по нагрузкам в каждом проводе по отдельности и выбирать его по максимальному расчетному размеру.
Заключение по теме
Как видите, для проведения расчета сечения кабеля по нагрузкам, приходится учитывать различные коэффициенты (понижающие и повышающие). Самостоятельно, если вы в электрике разбираетесь на уровне любителя или начинающего мастера, сделать это непросто. Поэтому совет – пригласите высококвалифицированного специалиста, пусть он сам сделает все расчеты и составит грамотно схему проводки. А вот монтаж можно провести и своими руками.
