Расчет сечения кабеля по мощности — таблица, формулы расчетов по мощности и длине

При ремонте квартир, при монтаже новой проводки в жилых или производственных помещениях, а также при подключении дополнительных потребителей возникает необходимость в выборе кабеля для электроснабжения и расчете его основных параметров исходя из передаваемой мощности электроэнергии.

Содержание

Основные параметры

Кабель — это один, два или более изолированных проводов, объединенных в одно целое дополнительной общей защитной изоляцией. Каждый такой провод называется кабельной жилой.

Технические характеристики

Количество жил

Силовые кабели имеют обычно от одной до пяти жил.

Для питания однофазных электроустановок применяются двух или трехжильные кабели – фазный провод, нулевой и, при необходимости, заземляющий.

Для трехфазных потребителей – три фазных, нулевой и заземляющий провод.

Применяемый материал

Кабельные жилы изготавливаются из меди или алюминия.

Эти материалы различаются электрической проводимостью, механической прочностью и стоимостью.

За меру проводимости в международной практике принято удельное сопротивление единичного проводника длиной в один метр и площадью сечения 1 квадратный миллиметр. Обозначается оно греческой буквой ρ.

Для меди ρ = 0,0189, для алюминия – 0,0315 Ом*мм²/м, т.е проводимость меди выше, чем у алюминия примерно в полтора раза.

Гибкость

Медные жилы могут быть многопроволочными и однопроволочными (монолитными). Многопроволочные свиты из множества тонких проволочек, однопроволочные состоят из одного цельного провода.

Алюминиевые жилы всегда изготавливаются из монолитного провода.

Медные кабели намного прочнее и гибче, особенно с многопроволочными жилами, они выдерживают большее число перегибов. Механическая прочность алюминия намного меньше, чем у меди.

Изоляция

Изолирующее покрытие проводников имеет большое значение и должно соответствовать условиям эксплуатации кабельных изделий.

Резиновая изоляция обеспечивает гибкость, водонепроницаемость, имеет хорошие диэлектрические свойства, невысокую стоимость, но подвержена относительно быстрому старению.

Поливинилхлоридная изоляция обладает очень хорошими характеристиками и большим сроком службы, может применяться при отрицательных температурах до минус 60°С.

Полиэтиленовая имеет такие же свойства, верхний температурный порог применения – плюс 140°С.

Сопротивление и потери

Сопротивление одной кабельной жилы зависит от материала, длины и сечения. Оно рассчитывается по формуле:

R = ρ · L/S, где:

  • ρ – удельное сопротивление;
  • L – длина, м;
  • S – сечение, мм².

Из формулы видно, что чем длиннее и тоньше провод, тем больше его сопротивление.

При протекании тока, в проводнике в виде тепла, выделятся мощность потерь. Она пропорциональна его сопротивлению и значению тока во второй степени:

Рпот = I²R, Вт.

Падение напряжения от тока нагрузки:

D = I*R, В.

Расчет сечения по мощности

Однофазная активная нагрузка напряжением 220 В

Активная (омическая) нагрузка характеризуется только активным сопротивлением, без реактивных составляющих. В этом случае ток и напряжение совпадают по фазе.

Реактивный характер имеют элементы, содержащие индуктивности или емкости (конденсаторы). Например, асинхронные электродвигатели, сварочные трансформаторы, электроинструмент, преобразователи частоты, источники питания светодиодных ламп и т.д.

В электрических цепях, содержащих индуктивность, ток отстает от напряжения на некоторый угол φ, в емкостных цепях – наоборот, ток опережает напряжение.

Активная нагрузка характеризуется углом φ, равным 0°, чисто реактивная – плюс или минус 90°, у активно-индуктивной нагрузки этот угол имеет промежуточные значения.

Сечение кабеля выбирается исходя из суммарной максимальной потребляемой мощности:

Рмакс = P1 + P2 +…+ Pn, где n – число имеющихся потребителей.

Пример

Имеется электрокамин мощностью 1,5 кВт, осветительные лампы 0,3, компьютер 0,7, телевизор 0,5, электрическая духовка 1,1 и водонагреватель 2,3 кВт:

Рмакс= 1,5+0,3+0,7+0,5+1,1+2,3 = 6,4 кВт.

Поскольку на практике все эти электроприборы одновременно не бывают включены, то реальное потребление меньше этой величины.

Расчетная мощность вычисляется по формуле:

Ррасч= Рмакс*Код* Кз, где:

  • Код – коэффициент одновременности, обычно принимается равным 0,75.
  • Кз – коэффициент запаса, учитывающий колебания сетевого напряжения и возможное увеличение количества электроприемников, принимается равным 1,2 -1,3.
  • Тогда, для рассматриваемого случая, Ррасч= 6,4*0,75*1,2 = 5,76 кВт.
  • Существуют специальные нормативные таблицы, в которых для каждой мощности указывается минимально необходимое сечение кабеля с учетом способа его прокладки – на воздухе или в земле.
  • Вычисленное значение Ррасч округляется до ближайшей табличной величины в сторону увеличения, для этого примера она принимается равной 5,9 кВт для меди и 6,1 кВт для алюминия.
  • Из таблицы следует, что при прокладке на воздухе может быть применен медный кабель сечением 2,5 мм², или алюминиевый 4 мм².

Однофазная активно-индуктивная нагрузка напряжением 220 В

Алгоритм расчетов остается прежним, но должно учитываться присутствие в нагрузочной цепи реактивной нагрузки.

Ток потребления асинхронных электродвигателей имеет большее значение, чем у омических нагревателей такой же мощности, так как для работы двигателей требуется дополнительная реактивная энергия, расходуемая на создание магнитного потока.

Поэтому для электрооборудования, потребляющего активную и реактивную мощность, при вычислениях необходимо учитывать полную потребляемую мощность S, измеряемую в кВА (киловольт-амперах).

Она указывается в эксплуатационной документации на используемое оборудование, или вместо нее приводится величины номинальной активной мощности Р и номинального значения cosφ, называемого также коэффициентом мощности.

Для бытовой техники его обычно принимают равным 0,75:

S = P/cosφ.

Пусть в рассматриваемом примере к рассмотренным потребителям добавится пылесос с коллекторным электродвигателем мощностью 1,0 кВт.

Тогда, полная потребляемая мощность пылесоса:

S = 1,0/0,75 = 1,33 кВА.

Отсюда: Рмакс= 1,5+0,3+0,7+0,5+1,1+2,3+ 1,33 = 7,73 кВт.

Ррасч= Рмакс *Код* Кз = 7,73*0,75*1,2 = 6,957

Исходя из данных ранее применявшихся таблиц, сечение медного кабеля должно быть 4, а алюминиевого – 6 мм².

Трехфазная нагрузка напряжением 380 В

Вычисление Рмакс и Ррасч ведется аналогично, затем используются те же нормирующие таблицы.

Единственное уточнение – если нагрузка несимметричная, то вычисления проводятся для наиболее загруженной фазы.

Расчет по мощности наиболее прост, но не учитывает наличие взаимного нагрева совместно проложенных кабелей в зависимости от их количества и способа прокладки.

Более точным является способ выбора кабеля по потребляемому току.

Расчет по току

При расчете для однофазной цепи вычисляется суммарный потребляемый ток, а для трехфазной – ток наиболее нагруженной фазы.

В общем случае фазный ток каждого электроприбора определяется по формулам:

для однофазных цепей

I = P/Uф cosφ, где:

  • P – потребляемая активная мощность, Вт
  • Uф – фазное напряжение, В.

для трехфазных цепей

I = P/√3Uл cosφ, где:

  • P – потребляемая активная мощность, Вт
  • Uл – линейное напряжение, В.

Очевидно, что для активной нагрузки cosφ = 1. Для асинхронных электродвигателей, при отсутствии паспортных данных его принимают равным 0,75.

Максимальный ток нагрузки равен сумме токов отдельных электроприборов:

Im = I1 + I2 +…+ In, где n – число имеющихся потребителей.

Пример

Имеются трехфазные электродвигатели – циркулярной пилы 1,2 кВт, водяного насоса 0,75, и калорифер с электрическим вентилятором 7,5 кВт.

К самой загруженной фазе подключены лампы накаливания мощностью 1 кВт и система пожаротушения 0,5 кВт:

Im = 1200/√3*380*0,75 +750/√3*380*0,75 +7500/√3*380+1000/220 +500/220 = 22,13 А

Расчетный ток:

Iрасч = Im*Код* Кз = 22,13*0,75*1,2 = 19,92 А

По таблицам 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ (правила устройства электроустановок) определяется сечение трехжильного кабеля с поливинилхлоридной изоляцией, проложенного открыто на воздухе: для медного оно должно быть не менее 2,5 мм², а для алюминиевого – 4 мм².

Проверка на допустимое падение напряжения

Для кабелей большой протяженности рекомендуется рассчитывать величину снижения напряжения на приемном конце. Для сохранения условий нормальной работы электрооборудования оно не должно превышать 5% от номинального, то есть 220*0,05 = 11 В.

Пусть длина кабеля из предыдущего примера равна 100 м.

Сопротивление провода одной фазы можно определить по формуле:

R = ρ*L/S = 0,0189*100/2,5=0,756 Ом

Падение напряжения на нем:

D = I*R = 19,92*0,756 = 15 В.

Это недопустимо большая величина, поэтому нужно выбрать кабель с сечением на ступень выше – 4,0 мм².

В этом случае R =0,0189*100/4=0,47 Ом, а D =19,92*0,4 = 7,9 В.

D% = 7,9*100/220=3,6%

Это значение удовлетворяет требованиям ГОСТ32144, регламентирующего нормы качества электроэнергии.

Общие рекомендации

  1. После окончания расчетов, если позволяют финансовые возможности, рекомендуется увеличить найденную величину сечения до следующего значения из стандартного ряда.
  2. Работа выпрямительных установок, сварочного оборудования сопровождается наличием прерывистых токов. Они содержат в своем составе большой процент высших гармонических составляющих, кратных 50 Гц.

Для уменьшения нагрева нужно выбирать кабели с многопроволочными жилами и увеличивать их сечение по сравнению с вычисленным расчетным путем хотя бы на ступень:

  1. Кабели, проложенные в земле, имеют большую допустимую плотность тока, чем проложенные открыто, на воздухе. Это объясняется лучшими условиями их охлаждения.
  2. В пожароопасных помещениях нужно выбирать кабели с изоляцией из стойких полимерных материалов не поддерживающей горение, например, ВВГнг – изоляция из поливинилхлоридного пластиката, без защитной оболочки, не поддерживающая горение (индекс «нг»).

Анализируя методику расчетов, можно сделать вывод, что выбор кабеля можно произвести самостоятельно, но при этом необходимо обладать необходимыми знаниями электротехники.

Нужно иметь в виду, что ошибки в расчетах могут привести к существенным материальным потерям, особенно при закупках кабельных изделий большого сечения.

Поэтому, при любых затруднениях необходимо проконсультироваться у специалистов, или поручить расчеты им.

Фото сечения кабеля разных диаметров

Автор статьи:
Добавить комментарий