Ali nameravate nadgraditi električno omrežje ali dodatno razširiti daljnovod do kuhinje, da priključite nov električni štedilnik? Tu je koristno minimalno znanje o prerezu prevodnika in vplivu tega parametra na moč in amperažo.
Strinjate se, da napačen izračun preseka kabla vodi do pregrevanja in kratkega stika ali do neupravičenih stroškov.
Zelo pomembno je izvesti izračune v fazi načrtovanja, saj odpoved skritega ožičenja in naknadna zamenjava naleti na velike stroške. Pomagali vam bomo pri obdelavi pretankosti izračunov, da se izognete težavam pri nadaljnjem obratovanju električnega omrežja.
Da vas ne bomo obremenjevali s kompleksnimi izračuni, smo izbrali razumljive formule in možnosti izračuna, podali informacije v dostopni obliki in formule dali pojasnila. V članek so bile dodane tudi tematske fotografije in video materiali, ki omogočajo jasno razumevanje bistva obravnavane problematike.
Izračun preseka glede na zmogljivost potrošnikov
Glavni namen prevodnikov je dovajanje električne energije porabnikom v zahtevani količini. Ker superprevodniki v normalnih delovnih pogojih niso na voljo, je treba upoštevati upornost materiala prevodnika.
Izračun potrebnega prereza prevodnikov in kablov glede na skupno moč porabnikov temelji na dolgoročnih delovnih izkušnjah.
Galerija slik
Fotografija s
Različne vrste kabla za ožično napravo
Različne debeline prevodnikov za domačo uporabo
Število jeder v različnih znamkah kablov
Možnosti nasedlih kablov
Splošni postopek izračuna začnemo tako, da najprej izračune izvedemo po formuli:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Kje:
- P - moč vseh porabnikov, ki so priključeni na izračunano podružnico v vatih.
- P1, P2, PN - moč prvega porabnika, drugega, n-tega v Wattih.
Ko smo na koncu izračunov prejeli rezultat po zgornji formuli, je bil čas, da se obrnemo na podatke tabele.
Zdaj morate izbrati zahtevani odsek v skladu s tabelo 1.
Tabela 1. Presek žičnih vodnikov mora biti vedno izbran na najbližji večji strani (+)
Prva faza - izračun jalove in aktivne moči
Zmogljivosti potrošnikov so navedene v dokumentih za opremo. Običajno certifikati opreme navajajo aktivno moč in jalovo moč.
Naprave z aktivno vrsto obremenitve pretvorijo vso prejeto električno energijo, ob upoštevanju učinkovitosti, v koristno delo: mehansko, toplotno ali drugo obliko.
Naprave z aktivno obremenitvijo vključujejo žarnice z žarilno nitko, grelnike, električne peči.
Za takšne naprave ima izračun moči za tok in napetost obliko:
P = U * I,
Kje:
- P - moč v vatih;
- U - napetost v V;
- jaz - trenutna jakost v A.
Naprave z reaktivno vrsto bremena lahko akumulirajo energijo iz vira in jo nato vrnejo. Do take izmenjave pride zaradi premika sinusnega toka in sinusoidne napetosti.
Pri ničelnem pomiku ima moč P = U * vedno pozitivno vrednost. Tak graf faz toka in napetosti so naprave z aktivno vrsto obremenitve (I, i - tok, U, u - napetost, π - pi število, enako 3,14)
Naprave z reaktivno močjo vključujejo elektromotorje, elektronske naprave vseh velikosti in namenov ter transformatorje.
Če pride do faznega premika med sinusoidnim tokom in sinusno napetostjo, je moč P = U * I lahko negativna (I, i je tok, U, u napetost, π je število pi enako 3,14). Naprava z reaktivno močjo shranjeno energijo vrne v vir
Električna omrežja so zgrajena tako, da lahko oddajajo električno energijo v eni smeri od vira do bremena.
Zato je porabljena energija porabnika z reaktivno obremenitvijo parazitska in se porabi za grelne vodnike in druge komponente.
Reaktivna moč je odvisna od faznega kota med napetostnimi in tokovnimi sinusoidi. Fazni kot je izražen kot cosφ.
Če želite najti polno moč, uporabite formulo:
P = Q / cosφ,
Kje V - jalova moč v VA.
Podatki o potnih listih na napravi navadno kažejo jalovo moč in cosφ.
Primer: v potnem listu perforator kaže jalovo moč 1200 VAR in cosφ = 0,7. Zato bo skupna poraba energije enaka:
P = 1200 / 0,7 = 1714 W
Če cosφ ne bi bilo mogoče najti, se za veliko večino gospodinjskih električnih aparatov cosφ lahko šteje za 0,7.
Faza # 2 - iskanje koeficientov istočasnosti in marže
K - koeficient simultanosti brez dimenzij kaže, koliko potrošnikov lahko hkrati vključi v omrežje. Redko se zgodi, da vse naprave hkrati porabijo električno energijo.
Hkratno delovanje TV in glasbenega centra ni verjetno. Iz ustaljene prakse lahko K vzamemo enako 0,8. Če nameravate hkrati uporabljati vse potrošnike, je treba šteti, da je vrednost K enaka 1.
J - brezdimenzijski varnostni faktor. Karakterizira oblikovanje rezerve moči za bodoče potrošnike.
Napredek ne miruje, vsako leto izumijo nove in presenetljive nove in uporabne električne aparate. Do leta 2050 naj bi rast porabe električne energije dosegla 84%. Običajno se J predvideva od 1,5 do 2,0.
Faza # 3 - izvedba geometrijskega izračuna
Pri vseh električnih izračunih se upošteva območje prereza prevodnika - jedro jedra. Izmerjeno v mm2.
Pogosto se je treba naučiti, kako pravilno izračunati presek žice glede na premer žice prevodnika.
V tem primeru obstaja preprosta geometrijska formula za monolitno okroglo žico:
S = π * R2 = π * D2/4ali obratno
D = √ (4 * S / π)
Za prevodnike pravokotnega prereza:
S = h * m,
Kje:
- S - površina jedra v mm2;
- R - polmer jedra v mm;
- D - premer jedra v mm;
- h, m - širina in višina v mm;
- π Ali je število pi enako 3,14.
Če kupite nasedlo žico, v kateri je en prevodnik sestavljen iz mnogih zvitih žic krožnega prereza, se izračun izvede po formuli:
S = N * D2/1,27,
Kje N - število žic v žili.
Žice, ki so zvite iz več žic, imajo na splošno boljšo prevodnost kot monolitne. To je posledica posebnosti toka, ki teče skozi krožni prevodnik.
Električni tok je gibanje istih nabojev vzdolž prevodnika. Enostavni naboji se odbijajo, zato se gostota porazdelitve naboja premakne na površino prevodnika.
Druga prednost nasedlih žic je njihova fleksibilnost in mehanska odpornost. Monolitne žice so cenejše in se uporabljajo predvsem za fiksno vgradnjo.
Faza # 4 - izračun moči moči v praksi
Naloga: skupna moč porabnikov v kuhinji je 5000 vatov (kar pomeni, da je izražena moč vseh reaktivnih porabnikov). Vsi porabniki so priključeni na enofazno 220 V omrežje in imajo napajanje iz ene veje.
Tabela 2. Če nameravate v prihodnosti priključiti dodatne porabnike, tabela prikazuje potrebne zmogljivosti običajnih gospodinjskih aparatov (+)
Odločba:
Predpostavimo, da je koeficient sočasnosti K enak 0,8. Kuhinja je mesto nenehnih inovacij, saj nimate nič, varnostni faktor J = 2,0. Skupna ocenjena zmogljivost bo:
P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW
S pomočjo vrednosti konstrukcijske moči poiščemo najbližjo vrednost v tabeli 1.
Najbližji prerez prevodnika za enofazno omrežje je bakreni prevodnik s prečnim prerezom 4 mm2. Podobna velikost žice z aluminijastim jedrom 6 mm2.
Najmanjši premer za enosmerno ožičenje znaša 2,3 mm oziroma 2,8 mm. Pri možnosti z več jedri se seštejo posamezni jedri.
Galerija slik
Fotografija s
Soba z največjim številom gospodinjskih aparatov
Tehnična oprema kopalnic in kombiniranih kopalnic
Priključitev porabnikov električne energije
Blok vtičnica za opremo z majhno porabo
Kuhalna plošča zahteva pravilno povezavo
Napajanje za pralni stroj
Ločene veje napajanja za hladilnike
Zmogljivi porabniki energije v kopalnicah in kopalnicah
Izračun trenutnega preseka
Izračuni potrebnega preseka za tok in moč kablov in žic bodo natančnejši rezultati. Takšni izračuni omogočajo oceno splošnega vpliva različnih dejavnikov na prevodnike, vključno s toplotno obremenitvijo, razredom žice, vrsto tesnila, delovnimi pogoji itd.
Celoten izračun se izvede v naslednjih korakih:
- izbira moči vseh potrošnikov;
- izračun tokov, ki prehajajo skozi prevodnik;
- izbira ustreznega preseka v skladu s tabelami.
Za to različico izračuna se vzame trenutna moč porabnikov z napetostjo brez upoštevanja korekcijskih faktorjev. Upoštevane bodo pri seštevanju trenutne jakosti.
Faza # 1 - izračun trenutne jakosti po formulah
Za tiste, ki ste pozabili na šolski tečaj fizike, ponujamo osnovne formule v obliki grafičnega diagrama kot vizualni varalski list:
"Klasično kolo" prikazuje medsebojno povezanost formul in soodvisnost značilnosti električnega toka (I - jakost toka, P - moč, U - napetost, radij R - jedra)
Zapišimo odvisnost trenutne jakosti I od moči P in linijske napetosti U:
I = P / Ul,
Kje:
- jaz - trenutna jakost v amperih;
- P - moč v vatih;
- Ul - linijska napetost v voltih.
Linearna napetost je v splošnem odvisna od vira napajanja, lahko je eno- in trifazna.
Razmerje linearne in fazne napetosti:
- Ul = U * cosφ v primeru enofazne napetosti.
- Ul = U * √3 * cosφ v primeru trifazne napetosti.
Za gospodinjske odjemalce električne energije se vzame cosφ = 1, tako da lahko linearno napetost prepišemo:
- Ul = 220 V za enofazno napetost.
- Ul = 380 V za trifazno napetost.
Nato povzamemo vse tokove, porabljene s formulo:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Kje:
- jaz - skupna jakost toka v amperih;
- I1..IN - trenutna moč vsakega potrošnika v amperih;
- K - koeficient sočasnosti;
- J - varnostni faktor.
Koeficienta K in J imata enake vrednosti, ki smo jih uporabili pri izračunu skupne moči.
Morda pride do primera, ko v trifaznem omrežju skozi različne fazne vodnike teče tok neenake jakosti.
To se zgodi, kadar so enofazni in trofazni odjemalci hkrati priključeni na trifazni kabel. Na primer, napajata trifazni stroj in enofazna osvetlitev.
Postavlja se naravno vprašanje: kako se v takih primerih izračuna presek nasedle žice? Odgovor je preprost - izračuni so narejeni za najbolj obremenjeno jedro.
Faza # 2 - izbira ustreznega odseka v skladu s tabelami
V pravilih za obratovanje električnih inštalacij (PES) so podane številne tabele za izbiro potrebnega odseka kabelskega jedra.
Vodljivost prevodnika je odvisna od temperature. Pri kovinskih vodnikih se odpornost povečuje s povečanjem temperature.
Ko je določen prag prekoračen, postopek postane samoodstojen: večji kot je upor, višja je temperatura, večji je upor itd. dokler prevodnik ne izgori ali ne povzroči kratkega stika.
Naslednji dve tabeli (3 in 4) prikazujeta prerez vodnikov glede na tokove in način vgradnje.
Tabela 3. Najprej morate izbrati način polaganja žic, odvisno je od tega, kako učinkovito pride do hlajenja (+)
Kabel se od žice razlikuje po tem, da so vse žice z lastno izolacijo na kablu zvite v snop in zaprte v skupnem izolacijskem plašču. Več podrobnosti o razlikah in vrstah kabelskih izdelkov je napisanih v tem članku.
Tabela 4Za vse vrednosti preseka vodnikov je odprta metoda, vendar v praksi preseki pod 3 mm2 zaradi mehanske trdnosti niso odprti (+)
Pri uporabi tabel se za dovoljeni neprekinjeni tok uporabijo naslednji dejavniki:
- 0,68, če jih je živelo 5-6;
- 0,63, če jih je živelo 7-9;
- 0,6, če je živelo 10–12.
Zmanjševalni koeficienti se uporabijo za trenutne vrednosti iz stolpca "odprto".
Ničelni in ozemljitveni vodniki niso vključeni v število vodnikov.
V skladu s standardi PES je izbira preseka ničelnega jedra za dovoljeni neprekinjeni tok vsaj 50% faznega jedra.
Naslednji dve tabeli (5 in 6) prikazujeta odvisnost dovoljenega neprekinjenega toka pri polaganju v tla.
Tabela 5. Dovoljene neprekinjene tokovne odvisnosti bakrenih kablov pri polaganju v zrak ali tla
Trenutna obremenitev pri odpiranju in poglobitvi v tla je različna. Če se polaganje v tleh izvede s pladnji, so enaki.
Tabela 6. Dovoljene neprekinjene odvisnosti toka za aluminijaste kable pri polaganju v zrak ali tla
Naslednja tabela (7) se nanaša na ureditev začasnih napajalnih vodov (nosite jih, če gre za zasebno uporabo).
Tabela 7. Dovoljeni neprekinjeni tok pri uporabi prenosnih cevnih kablov, prenosnih cevi in kablov min, reflektorjev, prilagodljivih prenosnih žic. Uporabljeni so le bakreni vodniki
Pri polaganju kablov v tla je poleg lastnosti odvzema toplote treba upoštevati tudi upornost, ki je navedena v naslednji tabeli (8):
Tabela 8. Korekcijski faktor glede na vrsto in upornost tal za dovoljeni neprekinjeni tok pri izračunu preseka kabla (+)
Izračun in izbor bakrenih vodnikov do 6 mm2 ali aluminij do 10 mm2 izvedeno kot za neprekinjeni tok.
V primeru velikih presekov je mogoče uporabiti redukcijski faktor:
0,875 * √Tpv
Kje Tpv - razmerje med trajanjem vključitve in trajanjem cikla.
Trajanje vključitve se vzame iz izračuna največ 4 minut. V tem primeru cikel ne sme presegati 10 minut.
Pri izbiri kabla za ožičenje električne energije v leseni hiši je posebna pozornost namenjena njegovi požarni odpornosti.
Faza # 3 - izračun preseka tokovnega vodnika na primeru
Naloga: izračunajte potrebni presek bakrenega kabla za povezavo:
- Trifazni lesnoobdelovalni stroj s 4000 W;
- Trifazni varilni stroj s 6000 W;
- gospodinjski aparati v hiši s skupno zmogljivostjo 25.000 vatov;
Povezava bo izvedena s pet-žilnim kablom (tri fazni vodniki, ena ničelna in ena ozemljitev), položeni v tla.
Izolacija kabelskih izdelkov se izračuna na določeni vrednosti delovne napetosti. Treba je opozoriti, da mora biti proizvajalčeva delovna napetost njegovega izdelka višja od napetosti v omrežju
Odločba.
Korak 1. Izračunamo linearno napetost trifazne povezave:
Ul = 220 * √3 = 380 V
2. korak. Gospodinjski aparati, obdelovalni stroji in varilni stroji imajo jalovo moč, zato bo moč strojev in opreme:
Ptistih = 25000 / 0,7 = 35700 W
Pvrtljajev = 10000 / 0,7 = 14300 W
3. korak. Tok, potreben za povezavo gospodinjskih aparatov:
jaztistih = 35700/220 = 162 A
4. korak. Tok, potreben za povezavo opreme:
jazvrtljajev = 14300/380 = 38 A
5. korak. Potreben tok za priključitev gospodinjskih aparatov se izračuna na podlagi izračuna ene faze. Po stanju težave obstajajo tri faze. Posledično se lahko tok porazdeli v fazah. Za preprostost predpostavimo enakomerno porazdelitev:
jaztistih = 162/3 = 54 A
6. korak. Tok na fazo:
jazf = 38 + 54 = 92 A
Korak # 7. Oprema in gospodinjski aparati ne bodo delovali hkrati, razen tega bomo položili rezervo v višini 1,5. Po uporabi korekcijskih faktorjev:
jazf = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
8. korak Čeprav kabel vsebuje 5 jeder, se upoštevajo le tri fazna jedra.Glede na tabelo 8 v stolpcu trijedrni kabel v tleh ugotovimo, da tok 115 A ustreza preseku jedra 16 mm2.
9. korak. Po tabeli 8 uporabimo korekcijski faktor, odvisno od značilnosti zemlje. Za običajni tip zemljišča je koeficient 1.
Korak # 10. Neobvezno izračunajte premer sredice:
D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm
Če bi izračun opravili samo z močjo, ne da bi upoštevali značilnosti kabla, bo prečni prerez jedra 25 mm2. Izračun trenutne jakosti je bolj zapleten, včasih pa vam omogoča, da prihranite pomemben denar, zlasti ko gre za večjedrne napajalne kable.
Razmerje med napetostjo in tokom lahko podrobneje najdete tukaj.
Izračun padca napetosti
Vsak prevodnik, razen superprevodnikov, ima upor. Zato pri zadostni dolžini kabla ali žice pride do padca napetosti.
Standardi PES zahtevajo, da mora biti presek jedra kabla tak, da padec napetosti ne presega 5%.
Tabela 9. Upornost običajnih kovinskih vodnikov (+)
To se nanaša predvsem na nizkonapetostne kable majhnega preseka.
Izračun padca napetosti je naslednji:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Ublazinica = I * R,
U% = (Ublazinica / Ulin) * 100,
Kje:
- 2 - koeficient zaradi dejstva, da tok nujno teče v dveh jedrih;
- R - odpornost prevodnika, Ohm;
- ρ - specifična upornost prevodnika, Ohm * mm2/ m;
- S - odsek prevodnika, mm2;
- Ublazinica - padec napetosti, V;
- U% - padec napetosti glede na Ulin,%.
S pomočjo formul lahko neodvisno izvedete potrebne izračune.
Izvedite primer izračuna
Naloga: izračunajte padec napetosti za bakreno žico s prečnim prerezom enega jedra 1,5 mm2. Za priključitev enofaznega električnega varilnega stroja s skupno močjo 7 kW je potrebna žica. Dolžina žice 20 m.
Če želite na električno vejo priključiti gospodinjski varilni stroj, morate upoštevati razmere, za katere je kabel zasnovan. Možno je, da je skupna moč operacijskih naprav večja. Najboljša možnost je, da potrošnike povežete s posameznimi podružnicami
Odločba:
Korak 1. Upornost bakrene žice izračunamo s pomočjo tabele 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
2. korak. Tok, ki teče vzdolž prevodnika:
I = 7000/220 = 31,8 A
3. korak. Padec napetosti na žici:
Ublazinica = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
4. korak. Izračunamo odstotek padca napetosti:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Zaključek: za priključitev varilnega stroja je potreben prevodnik z velikim presekom.
Izračun preseka prevodnika po formulah:
Priporočila strokovnjakov o izbiri kablov in žičnih izdelkov:
Zgornji izračuni veljajo za bakrene in aluminijaste prevodnike za industrijsko uporabo. Za druge vrste prevodnikov je vnaprej izračunan skupni prenos toplote.
Na podlagi teh podatkov se izračuna največji tok, ki lahko teče skozi vodnik, ne da bi pri tem povzročil prekomerno segrevanje.
Če imate kakršna koli vprašanja glede metodologije za izračun preseka kabla ali želite deliti osebne izkušnje, pustite komentarje k temu članku. Spodnje polje za povratne informacije se nahaja spodaj.