Выбор сечения кабеля

Расчёт сечения кабеля по мощности и току: как правильно рассчитать проводку

Течение тока по проводнику можно сравнить с потоком реки по трубе. Неправильный расчёт сечения кабеля приводит к перегреву и короткому замыканию или к неоправданным расходам. Очень важно провести вычисления на стадии проектирования, так как выход из строя скрытой проводки и последующая замена сопряжена со значительными издержками.

Расчет сечения по мощности потребителей

Основное назначение проводников – доставка электрической энергии к потребителям в необходимом количестве. Поскольку в обычных условиях эксплуатации сверхпроводники не доступны, приходится принимать в расчет сопротивление материала проводника.

Расчет необходимого сечения проводников и кабелей в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации. Общий ход вычислений:

• P = (P1+P2+..PN)*K*J;
• выбор необходимого сечения по таблице 1.

P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.

P1,P2,PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.

Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)

Реактивная и активная мощность электроприбора

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 – мощность в Вт

U – напряжение в В

I – сила тока в А

При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока I и напряжения U имеют устройства с активным видом нагрузки

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.

Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной. Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику

К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.

Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке. Поэтому возвращенная энергия потребителя с реактивной нагрузкой является паразитной и тратится на нагрев проводников и других компонентов.

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_р – реактивная мощность в Вт

Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.

Пример: в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200Вт и cosφ = 0,7. Следовательно, общая потребляемая мощность будет равна:

P = 1200 / 0,7 = 1714Вт

Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.

Коэффициенты 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.

Расчет сечения проводов геометрическим методом

Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм 2 .

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать сечение провода по диаметру проволоки проводника. В этом случае есть простая геометрическая формула для монолитного провода круглого сечения:

S = π*R 2 = π*D 2 /4. или наоборот

Для проводников прямоугольного сечения:

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:

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.

Пример расчета сечения по мощности

Задача: общая мощность потребителей на кухне составляет 5000Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220В и имеют запитку от одной ветки.

Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)

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 = 8000Вт = 8кВт

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 6мм 2. Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3мм и 2,8мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.

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.

Формулы для расчета силы тока

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

Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:

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 = 220В для однофазного напряжения

U_л = 380В для трехфазного напряжения

Далее суммируем все потребляемые токи по формуле:

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.

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 показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.

Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку.

Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)

Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3мм2 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 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.

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

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 6мм 2 или алюминиевых до 10мм 2 ведется как для длительного тока. В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:

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.

Пример расчета сечения проводника по току

Задача: рассчитать необходимое сечение медного кабеля для подключения:

• трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000Вт;
• трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000Вт;
• бытовой техники в доме общей мощностью 25000Вт;

Подключение будет произведено пятижильным кабелем (три жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), проложенным в земле.

Изоляция кабельно-проводниковой продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учитывать, что указанное производителем рабочее напряжение его изделия должно быть выше напряжения в сети

Шаг # 1. Рассчитываем линейное напряжение трехфазного подключения:

U_л = 220 * √3 = 380В

Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат имеют реактивную мощность, поэтому мощность техники и оборудования составит:

P_тех = 25000 / 0,7 = 35700Вт

P_обор = 10000 / 0,7 = 14300Вт

Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:

I_тех = 35700 / 220 = 162А

Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:

I_обор = 14300 / 380 = 38А

Шаг # 5. Необходимый ток для подключения бытовой техники посчитан из расчета одной фазы. По условию задачи имеется три фазы. Следовательно, ток можно распределить по фазам. Для простоты предположим равномерное распределение:

I_тех = 162 / 3 = 54А

Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:

I_ф = 38 + 54 = 92А

Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника работать одновременно не будут, кроме этого заложим запас равный 1,5. После применения поправочных коэффициентов:

I_ф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110А

Шаг # 8. Хотя в составе кабеля имеется 5 жил, в расчет берется только три фазные жилы. По таблице 8 в столбце трехжильный кабель в земле находим, что току в 115А соответствует сечение жилы 16мм 2 .

Шаг # 9. По таблице 8 применяем поправочный коэффициент в зависимости от характеристики земли. Для нормального типа земли коэффициент равен 1.

Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5мм

Если бы расчет производился только по мощности, без учета особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составит 25 мм 2. Расчет по силе тока сложнее, но иногда позволяет экономить значительные денежные средства, особенно когда речь идет о многожильных силовых кабелях.

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%.

В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения. Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:

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 ,%

Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)

Пример расчета переноски

Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5мм 2. Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7кВт. Длина провода 20м.

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 = 0,47Ом

Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:

I = 7000 / 220 = 31.8А

Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:

U_пад = 31,8 * 0,47 = 14,95В

Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:

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

Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.

Видео материалы выбора проводников

Расчет сечения проводника по формулам:

Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:

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.

Понравилась статья? Поделитесь ей

Как подобрать сечение кабеля по мощности? Примеры расчета

Уметь правильно рассчитать сечение прокладываемого кабеля, должен прежде всего, электрик, поскольку при неправильном выборе сечения, электросеть долго не прослужит. В бытовых условиях, данные знания пригодятся всем, кто делает ремонт, меняет проводку, приобретает новое электрооборудование, и при этом задумывается о надежности работы электросети и собственной безопасности.

Точно подобранное сечение проводки обеспечит следующее:

1. Обеспечит длительную, бесперебойную работу вашей технике.
2. Исключит возможность возникновения пожаров.
3. Избавит от необходимости замены проводки.
4. Позволит избежать дополнительных затрат на приобретения изделия с большим сечением.

Как выбрать сечение кабелей по мощности?

Для правильного расчета необходимо:

1. Подсчитать количество бытовых приборов в помещении (желательно учитывать и приборы, которые вы планируете приобрести в будущем), их общую мощность.
2. Все приборы разделить на 2 группы: которые будут работать непрерывно, и те, которые будут использоваться редко, после чего суммировать их мощности и определить примерное время работы проводки при полной нагрузке.
3. Добавить к получившемуся значению 5% — «запас прочности».
4. Конечное значение необходимо разделить на коэффициент работы сети, в результате получится требуемый показатель мощности провода, после чего при помощи специальной таблицы протекания токов определяем сечение жил для полученного значения.
5. Выбрать изделие из алюминия, меди, либо алюмомеди, сечение которого подходит для вашего значения мощности, учитывая значение напряжения сети (220В для бытовой электросети, 380В – для промышленной).

Необходимо знать, что материалами для токопроводящих изделий являются алюминий, медь и алюмомедь, при этом, каждый из них обладает преимуществами и недостатками.

Особенности алюминиевого кабеля:

1. Легче и дешевле. чем медные.
2. Обладают в 1,73 раза меньшей проводимостью, чем медные.
3. Подвержены окислению. после чего теряют проводимость.
4. После длительной эксплуатации перестают держать форму.
5. В домашних условиях невозможно произвести пайку.

Особенности медного кабеля:

1. Обладают высокой эластичностью и механической прочностью.
2. Отличаются небольшой величиной электрического сопротивления.
3. Отличноподдаются пайке и лужению.
4. Стоят намного больше, чем алюминиевые.

Алюмомедный кабель представляет собой алюминиевую жилу, снаружи плакированную медью (количество меди составляет 10-30%) термомеханическим способом.

Особенности алюмомедного кабеля:

1. Проводимость лучше. чем у алюминиевого изделия, но хуже, чем у медного.
2. Со временем. характеристики данного изделия не ухудшаются, в отличии от алюминиевых проводов.
3. Намного меньшая стоимость. по сравнению с медью.
4. Алюмомедь. в отличие от меди и алюминия, не вызывает интереса у воров, поскольку приемщики цветных металлов алюмомедь не принимают – из-за сложности разделения 2 металлов.

Как узнать мощность?

Мощность измеряется в ваттах, киловаттах (Вт, кВт, w, kWt). На каждом современном электрооборудовании (бытовом и промышленном) мощность указывается на бирке наряду с остальными характеристиками изделия. Если данный параметр по каким-либо причинам отсутствует, рекомендуем воспользоваться Таблицей 1.

Таблица 1 — усредненные значения мощностей бытовых электроприборов:

Усредненная мощность, Вт

Примеры расчёта

Допустимый ток для кабелей и проводов:

Пример 1. Расчет для однофазной сети напряжением 220В.

Чаще всего, многоквартирные дома запитываются от однофазной сети с напряжением 220В. Допустим, суммарная мощность домашних электроприборов с учетом дополнительных 5% — «запаса прочности», составляет 7,6 кВт (усредненный показатель электронагрузки в квартире) – теперь можно приступать к выбору материала кабеля.

Для этого находим значение ближайшего подходящего сечения кабеля в соответствующей таблице издания «Правила устройства электроустановок» (Таблица 2), в нашем случае он составит:

• 4 мм кв. для меди (рассчитан на длительные нагрузки в 8,3 кВт);
• 6 мм. кв. для алюминия (рассчитан на длительные нагрузки 7,9 кВт);
• 6 мм. кв. для алюмомеди (см. раздел советы профессионалов);

Пример 2. Расчет для трехфазной сети напряжением 380В.

В данном случае, подключение осуществляется к одной из 3-х фаз и общему «нолю» – данное правило касается исключительно однофазных приборов, которых в современном доме подавляющее большинство.

Не стоит забывать и про трехфазную домашнюю технику – насосы, сварочные аппараты, двигатели, и т.д. при подключении которой нагрузку требуется равномерно распределить между 3-мя фазами (7,6 кВт / 3-и фазы = 2,6 кВт на фазу).

Поэтому при подключении нагрузки к 3-х фазной сети, значение суммарной мощности умножается на специальный коэффициент, благодаря чему происходит уменьшение значения сечения. Например, подключая нагрузку 7,6 кВт, для 1-о фазной сети потребуется медный провод — 4 мм кв. для 3-х фазной – 1,5 мм кв.

Отметим, что проводить расчеты для домашних условий намного проще, чем для промышленных мощностей, поскольку в последнем случае к показателям, которые необходимо учитывать при расчете, добавляются:

• сезонные нагрузки;
• коэффициент одновременности;
• коэффициент спроса;

Онлайн-калькуляторы

Для облегчения расчетов и точного подбора требуемого размера сечения мы подобрали рабочие онлайн-калькуляторы, которые быстро и точно выполнят за вас расчет по определению необходимого сечения:

Последствия неправильного подбора сечения

Выбор сечения по мощности – чрезвычайно ответственный процесс. Например, если сечение кабеля домашней электросети рассчитано на мощность до 6 кВт, при нагрузке в 7,5 кВт (лишь подключение к домашней электросети всего лишь одного бытового прибора, такого, как микроволновая печь, или электрочайник) кабель будет перегреваться.

Когда перегрев достигнет критического значения, сначала он начнет плавиться, а затем возгораться изоляция кабеля:

1. Именно неправильно подобранное сечение проводов является наиболее распространенной причиной бытовых пожаров.
2. Также, при разрушении изоляции. может произойти замыкание, в результате чего может выйти из строя вся бытовая техника.
3. В любом случае. на восстановление и замену, как минимум проводки дома, вам придется значительно потратиться.
4. На промышленном предприятии неверно подобранные кабели могут привести к намного более трагическим последствиям.

Именно поэтому, к данному вопросу необходимо отнестись очень серьезно.

Советы профессионалов

1. Алюминиевую проводку лучше всего заменять алюмомедной – такого же диаметра (данное правило применимо и для Таблицы 2). Если же вы заменяете медный кабель алюмомедным, сечение нового кабеля должно соотносится с медным как 5 к 6.
2. При трехфазном питании приборы лучше всего разбить на группы таким образом, чтобы нагрузка на каждую из фаз была приблизительно одинаковой.
3. При покупке. необходимо обратить внимание на маркировку, поскольку продавцы могут мошенничать – выдавать алюмомедные кабеля за медные, тем самым нанося существенный урон вашему кошельку. Чтобы этого не случилось, необходимо:
   

• Обратить внимание на маркировку (отечественные алюмомедные изделия маркированы буквосочетанием АМ).
• Если маркировка отсутствует, либо кабель произведен за границей (не учитывая страны СНГ), достаточно соскоблить верхний слой – медная жила однородна, в отличии от алюмомеди.

В последнее время все более распространенным становится прокладывание кабелей при помощи гофрированных труб (гофр). Ниже приведены преимущества гофр, а также особенности эксплуатации:

• Пониженная воспламеняемость гофр сводит к минимуму вероятность возникновения пожара при замыкании проводки.
• Гофра защищает проводку от механических воздействий и повреждений.
• Продеть провод в гофру тем сложнее, чем больше ее длина; поэтому его конец сначала прикрепляют к тонкой проволоке, которую намного проще продеть через гофру.

Для прокладывания бытовой электропроводки рекомендуется использовать многожильные провода, поскольку они являются более гибкими.

• 

Инструкция о том, как соединить алюминиевые провода

Инструкция по подключению электроплиты своими руками

Инструкция о том, как провести проводку в доме своими руками

Таблицы по выбору сечения кабеля по мощности и току

Любое бытовое или силовое оборудование имеет свою мощность (2, 5, 20, 100кВт и т. д), для передачи которой требуются провода определенного диаметра. Используемая, чтобы определить сечение кабеля по мощности таблица, значительно ускоряет процесс его правильного подбора, но для общего понимания процесса этого мало. Далее в статье постараемся разобраться в том, как использовать эти инструменты на практике, и какие теоретические принципы заложены в основу их формирования и вообще выбора сечения.

• Что такое электропровод?
• Геометрическое определение сечения
• Влияние материала проводника на его характеристики
• Соотношения ключевых характеристик

Что такое электропровод?

Прежде чем приступить к практическому описанию процесса, нужно разобраться в том, что собой представляет электрический кабель на 10, 20 или 100кВт. Еще со школьного курса физики мы должны знать, что для обеспечения направленного движения заряженных частиц (электронов), которое и является током, нужен проводник с подходящими качествами. Исходя из того, что приходится организовывать передачу электричества на расстояние, лучшей формой для него является кабель – тонкий длинный провод из токопроводящего материала. Обычно с такими материалами ассоциируется металл, но и человеческое тело способно проводить ток. Чтобы не допустить поражения организма от случайного контакта с открытым проводом, его в обязательном порядке изолируют.

Наглядное строение провода

Исходя из этих соображений, любой кабель должен состоять, как минимум, из трех основных элементов:

1. Токопроводящая жила. На практике их используется несколько в зависимости от организованной схемы электроснабжения. Например, в сети на 220В провод имеет 2 спаренных провода (фаза и ноль), а силовые сети 380В организованы 3 и более токопроводящих элементах. Следует учитывать, что даже каждая отдельная жила может быть монолитной или многопроволочной (общее сечение достигается за счет);
2. Изоляция. Это слой материала, которым покрывается каждая из отдельных жил (скруток), чтобы не допустить контакта с другими проводниками и возникновения в этой точке критических значений величины тока, например, короткого замыкания. В этой роли обычно используются пленочные, полимерные, текстильные материалы или их комбинация;
3. Оболочка. Внешний слой, который защищает от механического и химического повреждения его базовые компоненты.

В зависимости от предназначения кабеля, установленной мощности (1, 20 или 100кВт), этот перечень может быть дополнен выбором бронированных оберток, экранами, заполнителями и т. д.

Геометрическое определение сечения

С точки зрения геометрии, кабель представляет собой условно круглый провод определенной длины. Его сечение, то есть площадь круга определяется из следующего соотношения:

где S – площадь круга, мм 2 ; D – диаметр круга, мм.

Такая зависимость справедлива, когда жила однородная. Если она состоит из определенного количества проводков, то общая площадь определяется, как сумма площадей отдельных компонентов:

где n – количество проводков в скрутке.

Наглядную иллюстрацию этих случаев можно наблюдать на следующем рисунке:

Если учитывать зависимости, то можно получить следующие значения площадей проводов:

Влияние материала проводника на его характеристики

Основные критерии, которые влияют на выбор сечения кабеля с точки зрения электротехники, это нагрузка по току, напряжение и мощность, потребляемая приборами. Теоретические зависимости, которые увязывают три этих параметра для однофазной сети 220В и трехфазной на 380В, выглядят следующим образом:

Наши читатели рекомендуют!

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

где P – суммарная мощность всех потребителей, Вт; K_O – коэффициент одновременности; U – напряжение в сети, В; cos φ – коэффициент эффективности.

Тем не менее, эти уравнения не дают понятия о том, каким образом материал проводника влияет на максимальное потребление электроэнергии, ток, напряжение и в чем состоит проблема выбора. Для этого необходимо использовать еще один параметр, фигурирующий в законе Ома, а именно сопротивление. Его формула выглядит следующим образом:

где l – длина провода, м, S – площадь сечения, мм 2 ; ρ – удельное сопротивление, Ом·мм 2 /м.

Последний параметр как раз и является уникальным для каждого материала. Например, для меди он составляет 0,017, для алюминия – 0,028, для стали – 0,098. Если предыдущее выражение подставить в известную формулу, связывающую мощность и ток, то получится следующее:

Если для сравнения принять постоянные значения S=1мм 2. l=1м и Р=0,1кВт=100Вт, то для указанных выше материалов предельное значение тока будет достигать:

Полученные данные можно интерпретировать, как максимальную токовую нагрузку, которую способен выдержать проводник при одинаковом напряжении.

Соотношения ключевых характеристик

Очевидно, что в практических расчетах при проектировании систем электроснабжения приходится каждый раз обращаться к установленным зависимостям. Для таких случаев специально разработана сводная таблица, в которой стандартные значения сечений можно выбрать исходя из максимального тока (А), напряжения сети (В) и суммарной потребляемой мощности (кВт). Пара А-кВт представлена для обоих номинальных напряжений: бытового однофазного (220В) и силового трехфазного (380В). Поскольку наиболее часто в современной практике используются кабеля с медными и алюминиевыми жилами, то таблица для их выбора будет иметь следующий вид:

Представленные в них соотношения выбраны не зря, а с учетом безопасности и долговечности. Если, к примеру, провода на 16мм 2 использовать в однофазной сети, которая потребляет свыше 20кВт, то они начнут перегреваться, теряя свои технические характеристики. В конечном счете это приводит также тепловому разрушению изоляции и жил.

Пользоваться таблицей довольно просто. Для этого сначала необходимо определить суммарную мощность приборов. Допустим, она составляет 20кВт. Ознакомившись с формулами. то получим ориентировочные значения тока нагрузки:

Сопоставив максимальную мощность и полученные значения тока с материалом проводника, можно подобрать следующие допустимые значения сечений жилы:

Источники: http://sovet-ingenera.com/elektrika/provodka/raschyot-secheniya-kabelya.html, http://slarkenergy.ru/provodka/cable/vybor-secheniya-po-moshhnosti.html, http://electricvdele.ru/elektroprovodka/kabeli-i-provoda/tablica-secheniya-kabelya-po-moshhnosti-i-toku.html