Как правильно рассчитать сечение и исключить перегрев кабеля

Длительно допустимый ток кабеля — важная эксплуатационная характеристика, которую нужно учитывать при расчете сечения проводника. Если будет получено некорректное значение, то в процессе применения электрической сети провод будет постоянно перегреваться.

Возможно кратковременное повышение температуры в результате короткого замыкания, однако неправильное сечение грозит повышением длительно допустимой температуры. Впоследствии это приведет к повреждению изоляции и возгоранию.

Основные понятия

Любое металлическое изделие состоит из кристаллической решетки. Через нее проходят электроны, подвижные частицы, из-за чего электричество трансформируется в тепловую энергию. Данное свойство с успехом используется производителями обогревателей и осветительных приборов. Однако в обычных электрических системах перегрев кабеля недопустим, поскольку он со временем приведет к нарушению изоляцию и воспламенению. Поэтому важно подобрать правильное сечение проводников, чтобы те выдерживали допустимые (потенциальные) токовые нагрузки сети.

Для этого учитываются два термина:

• сечение провода;
• плотность тока.

Сечение провода

Для выбора сечения токоведущей жилы (проводника, а не всего кабеля с оболочкой и изоляцией) ориентируются по двум параметрам:

• нагрев в допустимых пределах;
• потеря напряжения.

Опасным является перегрев подземного кабеля, помещенного в пластиковые трубки рукава. В воздушных линиях электропередач уделяется внимание потери напряжения. Для комбинированных отрезков с двумя разными сечениями следует выбрать большее, округлив его до стандартного значения. Перед расчетом сечения или поиском подходящих табличных величин следует определить, какими будут условия эксплуатации.

• Iр = Pн/Uн,

где:

• Pн — номинальная мощность, Вт;
• Uн — номинальное напряжение, В.

Пользоваться данной формулой можно для расчета токов в проводниках с уже устоявшейся температурой при условии, что на кабель не влияют другие охлаждающие или согревающие факторы. Величина длительно допустимого тока Iп зависит от разных параметров: сечение, материал изготовления, изоляционная оболочка и способ монтажа.

Чтобы проверить падение напряжения на воздушной линии электропередач, пользуются следующей формулой:

• Uп = (U — Uн) *100/ Uн,

где:

• U — напряжения от источника;
• Uн — напряжение в месте, где подключается приемник напряжения.

Максимально допустимое отклонение напряжения — 10%.

Плотность тока

Данная физическая величина является векторной. Для ее обозначения используют латинскую букву J. Формула расчета выглядит следующим образом:

• J = I/S,

где:

• I — сила тока, А;
• S — площадь поперечного сечения, кв. мм.

Введение

Кабелем называют провод, покрытый изоляцией, который служит для передачи электроэнергии от источника к потребителю. Сегодняшний рынок готов предложить покупателям множество видов подобных проводов: алюминиевых, медных, одножильных, многожильных, с одинарной и двойной изоляцией, с сечением от 0,35 мм2 до 25 мм2 и более. Но чаще всего для подключения бытовых потребителей применяют кабеля толщиной от 0,5 до 6 “квадрат” – этого вполне достаточно для питания любой техники.

Почему необходимо подбирать изолированные проводники, а не покупать первый попавшийся? Все дело в том, что от толщины проводника зависит сила тока, которую он может выдержать. К примеру, допустимый ток для медных проводов толщиной 1 мм составляет до 8 Ампер, алюминиевого – до 6 ампер.

Почему бы просто не купить провод максимальной толщины? Потому что чем толще, тем дороже. К тому же толстый кабель нужно где-то прятать, вырезать под него штробу в потолке и стенах, делать отверстия в перегородках. Одним словом, нет никакого смысла переплачивать, ведь вы не будете ездить за хлебом на КАМАЗе.

Если вы выберете провод меньшего диаметра, то он просто не выдерживает силу тока, проходящую через него, и начнет греться. Это приводит к плавлению изоляции, короткому замыканию и возгоранию. Поэтому никогда не следует торопиться, выбирая качественный кабель для подключения любых приборов – сначала подумайте, что именно будет работать на новой линии, а затем уже выбирайте толщину и тип кабеля.

Для чего нужен расчет сечения кабеля

При покупке кабеля вы можете увидеть различные обозначения. К примеру, провод 3×5 содержит три токоведущие жилы, каждая из которых имеет сечение по 5 кв. мм. Зная это, достаточно заглянуть в таблицу напряжения и мощности.

Только правильно рассчитанное сечение гарантирует отсутствие участков с перегревами кабеля. При этом провод должен выдерживать временные нагрузки, когда величина тока в 2-3 раза больше номинального значения. Вы получите запас по току, что важно, поскольку в любой момент нагрузка на сеть может возрасти из-за новых бытовых приборов. Отсутствие нагрева исключит самовозгорание и пожары на объектах. Этот момент нужно продумать заранее, поскольку в большинстве случаев используется скрытый метод монтажа электропроводки, и малейшее повреждение может привести к необходимости замены целой линии.

Виды кабелей

Теперь давайте рассмотрим, какие же именно кабеля можно выбирать для создания электропроводки на объекте. Помните, что провода согласно стандартам можно прокладывать только закрытым способом в коробах или трубах. Кабеля при этом прокладываются свободно – их можно пускать даже по поверхности, что часто практикуется в деревянных и рубленых домах.

Вы уже знаете, как рассчитать сечения кабеля по мощности, поэтому рассмотрим принцип выбора кабелей. Для прокладки в жилом помещении лучше всего подходит классический ВВГ (лучше выбирать с пометкой НГ- негорючий). Для подключения к щитку или к мощному потребителю хорошо подойдет NYM. Разберем виды кабелей более подробно.

ВВГ представляет собой кабель с медными проводниками, защищенными поливинилхлоридной “рубашкой”. Сверку провода покрыты дополнительной пластиковой оболочкой, предотвращающей возможные пробои и порывы. Этот кабель можно применять даже во влажных помещениях, он неплохо гнется и защищает поверхность от возгорания. Для прокладки проводки лучше всего подходит плоский провод, в котором провода расположены в одной плоскости – он занимает минимум места.

NYM представляет собой изделие, содержащее несколько медных жил, покрытых цветной металлнаполненной негорючей резиной. Сверху жилы запакованы в поливинилхлоридную изоляцию (иногда применяется несколько слоев). В большинстве случаев она обладает негорючими свойствами и не выделяет вредных газов при критических температурах. Обладает отличной гибкостью – его очень легко прокладывать в углах, выводить на различные поверхности и пр. Главное – правильно выполнить подбор сечения провода по току, взяв его с небольшим запасом.

ПУНП – это классический установочный провод плоской формы, который используется для подключения различных потребителей. Очень часто применяется для создания недорогой проводки в квартирах и домах. Имеет две/три жилы, покрытые поливинилхлоридом. Имеет плоскую форму.

Существует еще много других кабелей – бронированные, усиленные, для прокладки во влажных комнатах и помещениях с высокой вероятностью взрыва. Но перечисленные выше используются чаще всего.

Теперь вы знаете, как рассчитать сечение провода по нагрузке и какие кабеля выбирать для создания полноценной электропроводки. Напоминаем – всегда делайте запас по мощности в 20-30 процентов, чтобы избежать неприятностей.

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.

Выбираем по мощности

Сечение провода может подбираться в зависимости от максимальной токовой нагрузки на линию. Причем каждый бытовой прибор имеет разную мощность. В списке ниже перечислены мощности наиболее распространенного оборудования:

• электрическая плита — 5 кВт;
• холодильное устройство — 0,8 кВт;
• посудомойка — 2 кВт;
• микроволновка — 1,5 кВт;
• кухонная вытяжка — 0,5 кВт;
• чайник — 2 кВт.

Очевидно, что перечисленные электроприборы устанавливаются на кухне. Если сложить все указанные числовые значения, можно получить суммарную нагрузку на кухонную электрическую сеть. Она составит порядка 12 кВт, но сечение следует подбирать с запасом до 30%. В идеале на кухне прокладывается электрический кабель с сечением, соответствующим мощности 15-16 кВт. Для подключения оборудования потребуется не менее двух розеток.

В таблице ниже указан подбор медного кабеля по мощности:

Напряжение электрической сети составляет 220 В. Зная данный параметр и суммарную нагрузку, достаточно воспользоваться простой формулой для расчета потребляемого тока:

• I = P/U = 16 000/220 = 72,7 А.

Это максимально допустимый ток для прокладываемого кабеля, но фактически перечисленные выше бытовые приборы будут потреблять порядка 56-57 А. Однако не нужно исключать ситуаций, когда к сети будут подключаться и другие устройства — пылесос, дополнительные светильники и так далее. Многие электрики избегают расчетов с использованием коэффициента 1,3 (запас 30%), а просто добавляют к фактическому значению допустимого тока еще 5 А. Если раньше такой вариант был возможен, то сегодня — вряд ли. С каждым годом параметр только увеличивается: появляются более мощные холодильники, стиральные машинки и пылесосы.

В таблице ниже указан подбор алюминиевого кабеля по мощности:

Завершив расчеты допустимого тока, переходите к выбору материала для токоведущих жил. Алюминиевый кабель стоит меньше медного, однако площадь сечения таких жил должна быть намного выше. Плотность тока для алюминия составляет 8, меди — 10 А/кв. мм.

Зачем производится расчет

Провода и кабели, по которым протекает электрический ток, являются важнейшей частью электропроводки.

Расчет сечения провода необходимо производить затем, чтобы убедится, что выбранный провод соответствует всем требованиям надежности и безопасной эксплуатации электропроводки.

Безопасная эксплуатация заключается в том, что если вы выберете сечение, не соответствующее его токовым нагрузкам, то это приведет к чрезмерному перегреву провода, плавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Поэтому к вопросу о выборе сечения провода необходимо отнестись очень серьезно.

Что нужно знать

Основным показателем, по которому рассчитывают провод, является его длительно допустимая токовая нагрузка. Проще говоря, это такая величина тока, которую он способен пропускать на протяжении длительного времени.

Чтобы найти величину номинального тока, необходимо подсчитать мощность всех подключаемых электроприборов в доме. Рассмотрим пример расчета сечения провода для обычной двухкомнатной квартиры.

После того как мощность будет известна расчет сечения провода или кабеля сводится к определению силы тока на основании этой мощности. Найти силу тока можно по формуле:

1) Формула расчета силы тока для однофазной сети 220 В:

расчет силы тока для однофазной сети

где Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт; U — напряжение сети, В; КИ= 0.75 — коэффициент одновременности; cos для бытовых электроприборов- для бытовых электроприборов. 2) Формула для расчета силы тока в трехфазной сети 380 В:

расчет силы тока для трехфазной сети

Зная величину тока, сечение провода находят по таблице. Если окажется что расчетное и табличное значения токов не совпадают, то в этом случае выбирают ближайшее большее значение. Например, расчетное значение тока составляет 23 А, выбираем по таблице ближайшее большее 27 А — с сечением 2.5 мм2.

Какой провод лучше использовать

На сегодняшний день для монтажа, как открытой электропроводки, так и скрытой, конечно же большой популярностью пользуются медные провода.

Медь, по сравнению с алюминием, более эффективна:

• она прочнее, более мягкая и в местах перегиба не ломается по сравнению с алюминием;
• меньше подвержена коррозии и окислению. Соединяя алюминий в распределительной коробке, места скрутки со временем окисляются, это приводит к потере контакта;
• проводимость меди выше чем алюминия, при одинаковом сечении медный провод способен выдержать большую токовую нагрузку чем алюминиевый.

Недостатком медных проводов является их высокая стоимость. Стоимость их в 3-4 раза выше алюминиевых. Хотя медные провода по стоимости дороже все же они являются более распространенными и популярными в использовании чем алюминиевые.

Токовая нагрузка на кабель: как рассчитать сечение

Суммарная величина тока, движущегося по проводнику, зависит от нескольких характеристик: длина, ширина, удельное сопротивление и температура. Повышение температуры сопровождается снижением тока. Любая справочная информация, которую вы обнаружите в таблицах ПУЭ, обычно приводится для комнатной температуры 18 градусов Цельсия.

Помимо электрического тока нужно знать материал для проводника и напряжение. Самый простой расчет сечения кабеля по допустимому току: поделить его значение на 10. Если при изучении таблицы вы не обнаружите нужного значения, то ищите ближайшую, чуть большую величину. Такой вариант возможен для медных проводов, а допустимый ток составляет 40 А или меньше. В диапазоне 40-80 А допустимый ток следует делить уже на 8. Для алюминиевых проводов значение делится на 6. Причина этого была указана в конце предыдущего раздела.

Как выбрать сечения проводника

Существует ещё несколько критериев, которым должно соответствовать сечение используемых проводов:

1. Длина кабеля. Чем больше провод по длине, тем большие в нём наблюдаются потери тока. Это происходит опять-таки в результате увеличения сопротивления, нарастающего по мере увеличения длины проводника. Особенно это ощущается при использовании алюминиевой проводки. При применении медных проводов для организации электропроводки в квартире, длина, как правило, не учитывается — стандартного запаса в 20–30% (при скрытой проводке) с лихвой достаточно, чтобы компенсировать возможные увеличения сопротивления, связанные с длиной провода.
2. Тип используемых проводов. В бытовом электроснабжении используются 2 типа проводников — на основе меди или алюминия. Медные провода качественнее и обладают меньшим сопротивлением, но зато алюминиевые дешевле. При полном соответствии нормам, алюминиевая проводка справляется со своими задачами не хуже медной, так что необходимо тщательно взвесить свой выбор перед покупкой провода.
3. Конфигурация электрощита. Если все провода, питающие потребителей, подключены к одному автомату, то именно он и будет являться слабым местом в системе. Сильная нагрузка приведёт к нагреву клеммных колодок, а несоблюдение номинала к его постоянному срабатыванию. Рекомендуется разделять электропроводку на несколько «лучей» с установкой отдельного автомата.

Для того, чтобы определить точные данные для выбора сечения кабелей электрической проводки, необходимо учитывать любые, даже самые незначительные параметры, такие как:

1. Вид и тип изоляции электрической проводки;
2. Длина участков;
3. Способы и варианты прокладки;
4. Особенности температурного режима;
5. Уровень и процент влажности;
6. Максимально возможная величина перегрева;
7. Разница в мощностях всех приемников тока, относящихся к одной и той же группе. Все эти и многие другие показатели позволяют значительно увеличить эффективность и пользу от использования энергии в любых масштабах. Кроме того, правильные расчеты помогут избежать случаев перегревания или быстрого истирания изоляционного слоя.

Для того, чтобы правильно определить оптимальное кабельное сечение для любых человеческих бытовых нужд, необходимо во всех общих случаях использовать стандартизированные следующие правила:

• для всех розеток, которые будут монтироваться в квартире, необходимо использовать провода с соответствующим сечением в 3,5 мм²;
• для всех элементов точечного освещения необходимо использовать кабеля электрической проводки с сечением в 1,5 мм²;
• что же касается приборов повышенной мощности, то для них следует использовать кабеля с сечением в 4-6 мм².

Если в процессе монтажа или расчетов возникают некоторые сомнения, лучше не действовать вслепую. Идеальным вариантом будет обратиться к соответствующей таблице расчетов и стандартов.

Таблица сечения алюминиевого кабеля

От верно подобранного сечения кабеля напрямую зависит безопасность объекта — поэтому необходимо подойти к процедуре выбора со всей ответственностью. Рекомендуется также проконсультироваться со специалистами перед приобретением проводов — опытный электрик подскажет наиболее оптимальный вариант.

Экономия при покупке часто выходит боком — нередко владельцы квартир или домов приобретают алюминиевый кабель взамен медного, не учитывая тот факт, что его сечение должно быть больше. В итоге смонтированная электропроводка сильно греется, и в течение достаточно малого времени требуется полная замена проводов, что не слабо ударит по кошельку собственника жилья. К тому же, это ещё и чрезвычайно опасно – многие любители сэкономить остались в итоге без крыши над головой.

Если возникли сомнения в собственных силах, рекомендуется обратиться к специалисту — только в этом случае можно гарантировать безопасность для жильцов и продолжительность работы новой электропроводки.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

От длины кабеля зависит такая величина, как потеря напряжения. Одна из потенциальных неприятных ситуаций: на конце выбранного провода напряжение уменьшилось до минимума, чего недостаточно для обеспечения функциональности оборудования. В бытовых электрических сетях потери будут невелики, поэтому ими можно пренебречь. Достаточно использовать кабель с запасом 100-150 мм, что необходимо для упрощения коммутации. Если края провода подключаются к электрощитку, то запас должен быть выше, поскольку требуется монтаж автоматов.

Размещая кабель на более протяженных участках, нужно учитывать падение напряжения, которое рассчитывается по формуле, указанной выше. Любой проводник имеет определенное электрическое сопротивление, которое зависит от ряда характеристик:

1. Длина провода, м. Чем больше длина, тем выше потери.
2. Площадь поперечного сечения, кв. мм. Чем выше параметр, тем ниже падение напряжения.
3. Удельное сопротивление материала (ищите в справочниках).

Для расчета сечения кабеля по мощности и длине нужно действовать следующим образом:

1. Рассчитайте ток по формуле I=P/(U*cosф), где P — мощность, U — напряжение, cosф — коэффициент. В бытовых электросетях данный коэффициент равняется 1, поэтому формула упрощается до I=P/U. В промышленности cosф представляет собой соотношение активной и полной мощностей (активная и реактивная).
2. В таблице ПУЭ найдите подходящий кабель по сечению в зависимости от тока.
3. Подсчитайте сопротивление проводника, используя формулу: R=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, из которого изготовлены жилы, l — длина кабеля, S — площадь поперечного сечения. Помните, что электрический ток движется в обе стороны, поэтому суммарное сопротивление равняется удвоенному значению, полученному из формулы выше.
4. Для падения напряжения воспользуйтесь формулой ΔU=I*R
5. Чтобы получить падение напряжения в процентах, разделите ΔU/U.

Таким образом, если итоговое значение не превышает 5%, можете оставить кабель с выбранным сечением. В противном случае его придется заменить на проводник с увеличенным сечением.

Длительно допустимые токи

Данная величина отличается в зависимости от выбранного кабеля и используемых токоведущих жил. Любой провод имеет определенную длительную температуру Tд, которая указывается в его паспорте. При такой температуре допустима продолжительная эксплуатация жил проводника, исключаются любые повреждения.

Для расчета длительно допустимого тока воспользуйтесь формулой:

• Iд = √((Тд*S*Кт)/R),

где:

• Ктп — коэффициент теплопередачи;
• R — сопротивление;
• S — сечение жилы.

На практике можно воспользоваться таблицами ПУЭ.

Выбор кабеля

Делать внутреннюю разводку лучше всего из медных проводов. Хотя алюминиевые им не уступят. Но тут есть один нюанс, который связан с правильно проведенном соединении участков в распределительной коробке. Как показывает практика, места соединений часто выходят из строя из-за окисления алюминиевого провода.

Еще один вопрос, какой провод выбрать: одножильный или многожильный? Одножильный имеет лучшую проводимость тока, поэтому именно его рекомендуют к применению в бытовой электрической разводке. Многожильный имеет высокую гибкость, что позволяет его сгибать в одном месте по несколько раз без ущерба качеству.

Одножильный или многожильный

При монтаже электропроводки обычно применяют провода и кабели марки ПВС, ВВГнг, ППВ, АППВ. В этом списке встречаются как гибкие кабели, так и с моножилой.

Здесь мы хотели бы сказать вам одно правило. Если ваша проводка стационарная, то есть это не удлинитель, не место сгиба, которое постоянно меняет свое положение, то используют моножилу.

Вы спросите почему? Все просто! Не смотря на то, насколько хорошо не были бы уложены в защитную изоляционною оплетку проводники, под нее все же попадет воздух, в котором содержится кислород. Происходит окисление поверхности меди.

В итоге, если проводников много, то площадь окисления намного больше, а значит токопроводящее сечение «тает» на много больше. Да, это процесс длительный, но и мы не думаем, что вы собрались менять проводку часто. Чем больше она проработает, тем лучше.

Особенно это эффект окисления будет сильно проявляться у краев реза кабеля, в помещениях с перепадом температуры и при повышенной влажности. Так что мы вам настоятельно рекомендуем использовать моножилу! Сечение моножилы кабеля или провода изменится со временем незначительно, а это так важно, при наших дальнейших расчетах.

Медь или алюминий

В СССР большинство жилых домов оснащались алюминиевой проводкой, это было своеобразной нормой, стандартом и даже догмой. Нет, это совсем не значит, что страна была бедная, и не хватало на меди. Даже в некоторых случая наоборот.

Но видимо проектировщики электрических сетей решили, что экономически можно много сэкономить, если применять алюминий, а не медь. Действительно, темпы строительства были огромнейшие, достаточно вспомнить хрущевки, в которых все еще живет половина страны, а значит эффект от такой экономии был значительным. В этом можно не сомневаться.

Тем не менее, сегодня другие реалии, и алюминиевую проводку в новых жилых помещениях не применяют, только медную. Это исходит из норм ПУЭ пункт 7.1.34 «В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами…».

Так вот, мы вам настоятельно не рекомендуем экспериментировать и пробовать алюминий. Минусы его очевидны. Алюминиевые скрутки невозможно пропаять, так же очень трудно сварить, в итоге контакты в распределительных коробках могут со временем нарушиться. Алюминий очень хрупкий, два-три изгиба и провод отпал.

Будут постоянные проблемы с подключением его к розеткам, выключателем. Опять же если говорить о проводимой мощности, то медный провод с тем же сечением для алюминия 2,5 мм.кв. допускает длительный ток в 19А, а для меди в 25А. Здесь разница больше чем 1 КВт.

Так что еще раз повторимся — только медь! Далее мы и будем уже исходить из того, что сечение рассчитываем для медного провода, но в таблицах приведем значения и для алюминия. Мало ли что.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Электрическая проводка может быть двух типов:

• закрытая;
• открытая.

В большинстве случаев для квартир применяют скрытый монтаж. При помощи перфоратора или штробореза в стене или на потолке создают специальные углубления, в которые укладывается кабель. Дополнительно он может быть помещен в гофрированные трубки или рукава. Спрятав кабель, углубления следует заделать при помощи штукатурки. Единственным допустимым вариантом для современной скрытой проводки являются медные проводники. При этом следует заранее продумать потенциальное наращивание сети или процесс частичной замены ее компонентов. В идеале нужно применять провода плоской формы.

Открытая электропроводка подразумевает размещение кабеля вдоль поверхностей. Используются преимущественно гибкие проводники с круглой формой сечения. Они размещаются в кабель-каналах или пропускаются через гофры. При расчете нагрузки обязательно учитывается метод укладки кабеля.

Чем отличается кабель от провода

Чаще всего, понятия кабель и провод используются как синонимы. И простой человек, употребляя эти слова подразумевает под ними одно и то же. Однако если углубиться в эту тему, можно выделить, что это разные вещи.

К примеру, провод это одна токопроводящая жила, заключенная в оболочку, а кабель это совокупность нескольких изолированных проводов, объединенных в одно целое.

Поэтому при расчете необходимо брать сечение именно провода, а не всего кабеля.

Выбор сечения провода по количеству потребителей

При расчетах сечениях для электрического кабеля в квартире для начала рекомендуется отобразить проводку схематически. На рисунке должны быть указаны все приборы, потребляющие электроэнергию. Схема делится на разные комнаты, поскольку для каждой может быть использовать провод разного сечения.

Электрическая сеть делится на несколько цепей. Каждой цепи соответствуют лишь те электроприборы, которые к ней подключаются. Для выбора кабеля, подключающего все цепи, нужно рассчитать общую суммарную мощность. Это главный критерий выбора сечения. Каждое последующее разветвление (ответвление) приведет к снижению суммарной мощности и соответственно — уменьшению требуемого сечения.

Область применения

1.3.1. Настоящая глава Правил распространяется на выбор сечений электрических проводников (неизолированные и изолированные провода, кабели и шины) по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны. Если сечение проводника, определенное по этим условиям, получается меньше сечения, требуемого по другим условиям (термическая и электродинамическая стойкость при токах КЗ, потери и отклонения напряжения, механическая прочность, защита от перегрузки), то должно приниматься наибольшее сечение, требуемое этими условиями.

Токовые нагрузки в сетях с постоянным током

При расчете токовой нагрузки в сети с постоянным током ориентируются по одножильному кабелю. Напряжение такого тока составляет 12 В. Расчет нагрузки провода, через который подключается лампочка на 0,1 кВт (к примеру, в передней фаре машины), выглядит так:

• I = P/U = 100/12 ~ 8,35 А.

После этого нетрудно рассчитать сопротивление:

• R = U/I = 12/8,35 = 1,44 Ом.

В таблице найдите удельное сопротивление меди, из которой производятся жилы современных проводников. Также предположите, что длина кабеля составляет 2 м. Воспользуйтесь формулой, указанной в разделах выше, чтобы получить площадь сечения подходящего провода:

• S = (ρ*L)/R = (1,68*10-8*2)/1,44 = 1,2 кв. мм.

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.

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.

Причины нагрева кабеля

Токоведущие жилы могут перегреваться по нескольким причинам, которые напрямую связаны с природой электрического тока. Электрическое поле приводит в движение электроны, которые перемещаются по выбранному проводнику. В кристаллических решетках, из которых состоят металлы, действуют сильные молекулярные связи. Представьте шарик для настольного тенниса и паутину. Вторая — более-менее прочна, первый — обладает малым весом, поэтому для того, чтобы шарик разорвал паутину, придется приложить больше усилий. Чем сильнее вы выполните замах, тем более напряженными будут ваши мышцы. Чем больше напряжение, тем выше затрачиваемая энергия. Соответственно и мышцы будут нагреваться сильнее.

Так и электроны вынуждены высвобождать больше тепла, затрачивая немало энергии на преодоление этих молекулярных связей. Такой процесс называется преобразованием электрической энергии в тепловую.

Сравнить такое явление можно с выделением тепла при трении. Можно сказать, что электроны вынуждены тереться о кристаллическую решетку металла и тем самым выделять тепло. Данное свойство металлического кабеля имеет свои преимущества и недостатки. Нагрев может быть полезен на производственных объектах и для бытовых приборов. Он является основным свойством, позволяющим работать электрическим печам, обогревателям, утюгам и чайникам. Однако в обычных электрических сетях это может привести к перегреву и разрушению изоляции, а впоследствии — и вовсе к возгоранию. Могут испортиться техника и оборудование. Происходит подобное в случае превышения заданной нормы для длительных токовых нагрузок.

Перечислим три основные причины перегрева проводника:

1. Наиболее распространенная — использование кабеля с некорректным сечением. Любой проводник имеет уникальную максимально допустимую пропускную способность по току. Измеряется она в Амперах. Перед подключением бытового прибора нужно определить его мощность и в соответствии с ней подобрать правильное сечение. Важно учесть запас на 30-40%.
2. Вторая причина — отсутствие качественного контакта в точках соединения линии. Речь идет об участках трассы, где кабель подключается к щитку, автомату или выключателю. Плохой контакт приводит к нагреву. При худших раскладах — полному перегоранию. В большинстве случаев будет достаточно осмотреть контакты и подтянуть все соединения.
3. Старая электропроводка строилась на алюминиевых жилах, поэтому при модернизации таких кабельных линий зачастую возникает необходимость перехода на медные проводники. В данном случае важно соблюдать технику подключения медных и алюминиевых жил. Без применения специальных клеммников появление окисления — вопрос времени.

Какой кабель лучше купить?

Следуя жестким рекомендациям ПУЭ, покупать для обустройства личной собственности будем кабельную продукцию с «литерными группами» NYM и ВВГ в маркировке. Именно они не вызывают нареканий и придирок со стороны электриков и пожарников. Вариант NYM – аналог отечественных изделий ВВГ.

Лучше всего, если отечественный кабель будет сопровождать индекс НГ, это означает, что проводка будет пожароустойчивой. Если предполагается прокладывать линию за перегородкой, между лагами или над подвесным потолком, купите изделия с низким дымовыделением. У них будет индекс LS.

Вот таким нехитрым способом рассчитывается сечение токопроводящей жилы кабеля. Сведения о принципах вычислений помогут рационально подобрать данный важный элемент электросети. Необходимый и достаточный размер токоведущей сердцевины обеспечит питанием домашнюю технику и не станет причиной возгорания проводки.

Источник

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Если выбран проводник подходящего сечения, это исключит падение напряжения и перегревы линии. Таким образом, от сечения зависит то, насколько оптимальным и экономичным будет режим работы электрической сети. Казалось бы, можно просто взять и установить кабель огромного сечения. Но стоимость медных проводников пропорциональна их сечению, и разница при монтаже электропроводки уже в одной комнате может насчитывать несколько тысяч рублей. Поэтому важно уметь правильно рассчитывать сечение кабеля: с одной стороны, вы гарантируете безопасность эксплуатации сети, с другой стороны, не потратите лишних средств на приобретение чересчур «толстого» проводника.

Для выбора сечения провода нужно учитывать два важных критерия — допустимые нагрев и потерю напряжения. Получив два значения площади сечения проводника при использовании разных формул, выбирайте большую величину, округлив ее до стандартной. Особенно чувствительны к потере напряжения воздушные линии электропередач. В то же время для подземных линий и кабеля, помещенного в гофрированные трубы, важно учитывать допустимый нагрев. Таким образом, сечением должно определяться в зависимости от разновидности проводки.

Iд — допустимая нагрузка на кабель (ток по нагреву). Эта величина соответствует току, в течение долгого времени протекающего по проводнику. В процессе этого появляется установленные, длительно допустимая температура (Tд). Расчетная сила тока (Iр) должна соответствовать допустимой (Iд), и для ее определения нужно воспользоваться формулой:

• Iр=(1000*Pн*kз)/√(3*Uн*hд*cos j),

где:

• Pн — номинальная мощность, кВт;
• Kз — коэффициент загрузки (0,85-0,9);
• Uн — номинальное напряжение оборудования;
• hд — КПД оборудования;
• cos j — коэффициент мощности оборудования (0,85-0,92).

Получается, что для любого длительно допустимого тока, протекающего по проводнику, соответствует конкретное значение установившейся, длительно допустимой температуры нагрева. Важно нивелировать влияние остальных факторов окружающей среды. Ток кабеля напрямую зависит от материала, из которого изготовлена изоляция, метода прокладки, сечения и материала жил в проводнике.

Даже если брать во внимание одинаковые токовые величины, тепловая отдача будет разной в зависимости от температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем эффективнее теплоотдача.

Температура отличается в зависимости от региона и времени года, поэтому в ПУЭ можно найти таблицы для конкретных значений. Если температура существенно отличается от расчетной, придется использовать коэффициенты поправки. Базовое значение температуры в помещении или снаружи составляет 25 градусов Цельсия. Если кабель прокладывается под землей, то температура изменяется на 15 градусов Цельсия. Однако именно под землей она остается постоянной.

Как быть с длиной

Если вы считаете кабель по квартире или небольшому дому, то поправки на длину кабеля можно вообще не делать – вряд ли у вас будут ветки длиной от 100 и более метров. Но если вы прокладываете проводку в крупном многоэтажном коттедже или торговом центре, то нужно обязательно закладывать возможные потери на длину. Обычно они составляют 5 процентов, но правильнее рассчитывать их по таблице и формулам.

Так, момент нагрузки считается в виде произведения длины вашего провода на суммарную мощность потребления. То есть длина вашего кабеля вычисляется как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.

В приведенной ниже таблице мы видим, как зависят потери от сечения проводника. К примеру, кабель толщиной 2,5 мм2 с нагрузкой до 3 кВт и длиной в 30 метров имеет потери 30х3=90, то есть 3%. Если уровень потерь переваливает за 5%, то рекомендуется выбирать более толстый кабель – не нужно экономить на своей безопасности.

Данная таблица нагрузок по сечению кабеля справедлива для однофазной сети. Для трехфазной характерно увеличение величины нагрузки в среднем в шесть раз. В три раза поднимается значение за счет распределения по трем фазам, в два – за счет нулевого проводника. Если нагрузка на фазы неодинакова (имеются сильные перекосы), то потери и нагрузки сильно увеличиваются.

Также следует учитывать, какие именно потребители будут подключены к вашему проводу. Если вы планируете подключать галогеновые низковольтные лампы, то старайтесь размещать их как можно ближе к трансформаторам. Почему? Потому что при падении напряжения на 3 вольта при 220 вольт мы просто не заметим, а при падении на те же 3 вольта при 12 вольт лампы просто не загорятся.

Если вы проводите выбор сечения провода по току для алюминиевого кабеля, то учитывайте, что сопротивление материала в 1,7 раз выше, чем у меди. Соответственно, потери в них будут больше в эти же 1,7 раза.

Условия теплоотдачи

Важным условием тепловой отдачи считается влажная среда, в которой находится кабель. При размещении провода в грунте теплоотвод напрямую связан со структурой и его составом, а также уровнем влажности.

Для получения наиболее точных величин придется проанализировать состав почвы, в зависимости от которого будет разным сопротивление. При помощи таблицы ищут удельное сопротивление. Благодаря качественной утрамбовке данная характеристика может быть уменьшена. Песок и гравий обладают меньшей теплопроводностью по сравнению с глиной, поэтому в идеале провода засыпают последней. Вместо глины можно использовать суглинок без примесей шлака, камней и мусора.

Теплоотдача воздушного кабеля минимальна. Параметр уменьшается для линий в кабель-каналах, имеющих воздушную прослойку. Расположенные вблизи кабели обеспечивают нагрев друг друга, поэтому нагрузки по току должны быть максимально низкими. Допустимые токи рассчитываются по двум разным формулам в зависимости от режима работы — аварийного или длительного. При возникновении короткого замыкания допустимая температура для провода с бумажной изоляцией составляет 200, ПВХ — 120 градусов Цельсия.

Важно помнить о разных условиях охлаждения кабеля с изоляцией и без нее. В первом случае тепловые потоки, исходящие при нагреве жил, вынуждены преодолевать дополнительный барьер в виде изоляционного слоя.

При подземной укладке кабеля, когда в одной траншее расположено сразу два проводника, процесс охлаждения существенно замедлится, что приведет к снижению допустимые токовых нагрузок.

С точки зрения электрической и пожарной безопасности, определение правильных длительно допустимого тока и сечения кабеля — важное условие, позволяющее исключить перегревы, нарушение изоляции и воспламенение кабельной линии. При расчетах следует быть внимательными и учесть множество дополнительных условий. Определенные корректировки нужны даже для табличных значений.

Несколько базовых понятий

А для чего вообще необходимо рассчитывать сечение проводов? Нельзя ли ограничиться подбором «на глаз»? Нет, нельзя, так как совсем несложно впасть в две крайности:

• Проводник недостаточного сечения начинает сильно перегреваться. Это ведет к оплавлению изоляции проводки, созданию условий для самовозгорания, для коротких замыканий. Все это становится причиной разрушительных пожаров, часто сопровождающихся человеческими трагедиями.
• Проводники избыточного диаметра, безусловно, такими опасностями не грозят. Но зато они и существенно дороже (особенно если разговор идет о медных кабелях), и не столь удобны в работе. Получаются совершенно неоправданные материальные и трудовые затраты.

Так что руководствоваться следует принципом разумной достаточности. Тем более что произвести необходимые вычисления – по силам каждому, кто хоть немного разбирается в азах математики и физики.

Для начала вспомним некоторые понятия, многим, наверное, и без того хорошо известные. Но просто для того, чтобы в дальнейшем изложении не появилось разночтений.

Итак, в качестве проводника в проводах и кабелях может использоваться одна проволока — с точки зрения электрической проводимости — это оптимальный вариант.

Но для достижения гибкости кабельной продукции приходится использовать более сложные конструкции – множество тонких проволочек, обычно скрученных при этом в «косичку». Чем больше таких проволочек – тем более гибким получается проводник.

Однако, это не следует путать с многожильностью провода. Под отдельной жилой подразумевается именно отдельный проводник. Чтобы стало понятнее – смотрим на иллюстрацию.

На картинке ниже – примеры одножильного провода. Просто с левой стороны – жесткий однопроволочный, а с правой – более гибкий многопроволочный вариант.

Если провод (кабель) конструктивно совмещает два изолированных друг от друга проводника или больше, он становится двухжильным, трехжильным и т.п. Но он также может оставаться одно- или многопроволочным.

Итак, все последующие расчеты будут вестись для сечения жилы провода или кабеля.

При оценке условий расположения проводов в дальнейшем могут быть варианты, когда придется представлять разницу, например, между тремя одножильными проводами, протянутыми в одной трубе, или одним трехжильным кабелем.

Но это хорошо, если известна марка кабеля (провода). Если нет, то сечение остается подсчитать, опираясь на диаметр, который можно измерить штангенциркулем или микрометром.

Формулу площади круга должны, наверное, помнить все. Но тем не менее – приведем ее на всякий случай.

Предлагаем ознакомиться: Расчет кабеля по мощности формула

Sc = π × d² / 4 ≈ 3.14 × d² / 4 ≈ 0.785 × d²

Знак «примерно равно» применен только потому, что взято округление числа π до сотых, всем известное значение π≈ 3,14. Но в нашем случае такой точности – более чем достаточно!

Тоже ничего сложного. Жила распушается, чтобы появилась возможность подсчитать количество проволочек в «косичке». И останется только микрометром или штангенциркулем промерить диаметр одной проволочки.

Sc = n × π × d² / 4 ≈ n × 3.14 × d² / 4 ≈ 0.785 × n × d²

где n – это количество проволочек в одной жиле.