Plánujete modernizovat elektrickou síť nebo dodatečně rozšířit elektrické vedení do kuchyně pro připojení nového elektrického sporáku? To bude užitečné minimální znalosti průřezu vodiče a vlivu tohoto parametru na sílu a sílu proudu.
Souhlasíte, že nesprávný výpočet průřezu kabelu vede k přehřátí a zkratu nebo zbytečným nákladům.
Je velmi důležité provádět výpočty ve fázi návrhu, protože selhání skrytého vedení a následná výměna je spojena s významnými náklady. Pomůžeme vám řešit složitosti výpočtů, abychom se vyhnuli problémům při dalším provozu elektrických sítí.
Abychom vás nezatěžovali komplexními výpočty, vybrali jsme jasné vzorce a výpočetní možnosti, poskytli informace v přístupné podobě a poskytli vysvětlení vzorců. Do článku byly také přidány tematické fotografie a video materiály, které umožňují vizuálně pochopit podstatu dané problematiky.
Výpočet spotřebičů energie
Hlavní účel vodičů - dodávka elektrické energie spotřebitelům v požadovaném množství. Vzhledem k tomu, že supravodiče nejsou k dispozici za normálních provozních podmínek, je nutné vzít v úvahu odpor vodivého materiálu.
Výpočet požadovaného průřezu vodičů a kabelů v závislosti na celkovém výkonu spotřebičů je založen na dlouholetých zkušenostech s provozem.
Průřez kabelu je jednou ze základních hodnot při jeho výběru pro elektroinstalační zařízení. 
Průřez určuje, který proud je schopen vést kabel bez přehřátí v důsledku nadměrného výkonu 
Základem kabelu je jednožilový nebo vícevodičový měděný vodič, který může být v průřezu kulatý, trojúhelníkový nebo pravoúhlý. 
Pokud je ve vodiči více než dvě žíly, pak jsou nejčastěji zkrouceny. Jmenovitý průřez vícežilových výrobků je součtem průřezů všech existujících žil.
Obecný průběh výpočtů začínáme výpočtem pomocí vzorce:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Kde
- P je výkon všech spotřebitelů připojených k vypočtené větvi ve wattech.
- P1, P2, PN - výkon prvního spotřebiče, druhý, n-tý, ve wattech.
Poté, co jsme získali výsledek na konci výpočtů s použitím výše uvedeného vzorce, bylo na řadě obrátit se na tabulková data.
Nyní si musíme vybrat potřebnou část v tabulce 1.
Tabulka 1. Průřez vodičů je vždy nutný k výběru nejbližší velké strany (+)
Stupeň # 1 - výpočet reaktivního a činného výkonu
Kapacity spotřebitelů jsou uvedeny v dokumentech pro zařízení. Obvykle v pasech zařízení indikoval aktivní výkon, spolu s jalovým výkonem.
Zařízení s aktivním typem zátěže transformují veškerou přijatou elektrickou energii s ohledem na účinnost na užitečnou práci: mechanickou, tepelnou nebo jinou.
Mezi zařízení s aktivním zatížením patří žárovky, ohřívače, elektrická kamna.
U těchto zařízení je výpočet výkonu proudem a napětím:
P = U * I,
Kde
- P - výkon ve W;
- U je napětí ve V;
- I - proud v A.
Zařízení s reaktivním typem zátěže mohou akumulovat energii ze zdroje a pak se vracet. K takové výměně dochází v důsledku přemístění sinusoidního proudu a napětí sinusoidu.
Při nulovém fázovém posunu má výkon P = U * vždy kladnou hodnotu. Takový graf fází proudu a napětí má zařízení s aktivním typem zátěže (I, i je proud, U, u je napětí, π je číslo pi, rovné 3, 14)
Zařízení s jalovým výkonem zahrnují elektromotory, elektronická zařízení všech velikostí a účelů, transformátory.
Když je fázový posun mezi sinusoidem proudu a sinusoidem napětí, výkon P = U * I může být negativní (I, i je proud, U, u je napětí, π je číslo pi, rovné 3, 14). Zařízení s jalovým výkonem vrací uloženou energii zpět do zdroje
Elektrické sítě jsou konstruovány tak, že mohou produkovat přenos elektrické energie v jednom směru od zdroje k zátěži.
Vracená energie spotřebiče s reaktivním zatížením je proto parazitní a je využívána na vytápění vodičů a dalších součástí.
Reaktivní výkon má závislost na úhlu fázového posunu mezi napětím a proudovými sinusoidy. Fázový úhel je vyjádřen pomocí cosφ.
Pro zjištění plného výkonu platí vzorec:
P = P p / cosφ,
Kde P p - jalový výkon ve wattech.
Obvykle v pasových údajích na přístroji indikoval jalový výkon a cosφ.
Příklad : v pasu perforátoru je jalový výkon 1200 W a cosφ = 0, 7. Celková spotřeba energie bude tedy rovna:
P = 1200 / 0, 7 = 1714 W
Pokud nebylo možné nalézt cosφ, pro většinu domácích spotřebičů lze cosφ brát jako 0, 7.
Fáze # 2 - hledání současných a maržových poměrů
K - bezrozměrný součinitel simultánnosti, ukazuje, kolik spotřebitelů může být současně připojeno k síti. Zřídka se stává, že všechna zařízení současně spotřebovávají elektřinu.
Současný provoz televize a hudebního centra je nepravděpodobný. Z ustálené praxe lze považovat hodnotu K rovnou 0, 8. Pokud plánujete používat současně všechny spotřebitele, mělo by být hodnota K rovna 1.
J - bezrozměrný bezpečnostní faktor. Charakterizuje vytvoření rezervní rezervy pro budoucí spotřebitele.
Pokrok nestojí v klidu, každý rok vynalezl všechny nové úžasné a užitečné elektrické spotřebiče. Očekává se, že do roku 2050 bude růst spotřeby elektřiny 84%. Obvykle se předpokládá, že J je od 1, 5 do 2, 0.
Stupeň # 3 - proveďte výpočet geometrickou metodou
Při všech elektrických výpočtech se bere v úvahu průřez vodiče - jádro. Měřeno v mm 2 .
Často je nutné naučit se správně vypočítat průřez vodiče na průměru vodičového drátu.
V tomto případě existuje jednoduchý geometrický vzorec pro monolitický drát kruhového průřezu:
S = π * R 2 = π * D 2/4 nebo naopak
D = √ (4 * S / π)
Pro obdélníkové vodiče:
S = h * m,
Kde
- S je plocha jádra v mm 2 ;
- R je poloměr jádra v mm;
- D je průměr jádra v mm;
- h, m - šířka a výška v mm;
- π je pi, rovna 3.14.
Pokud získáte vícežilový vodič, ve kterém jeden vodič sestává ze sady zkroucených kulatých drátů, pak se výpočet provádí podle vzorce:
S = N * D 2 / 1, 27,
Kde N je počet drátů v žíle.
Dráty, které jsou zkroucené z několika drátů žíly, mají v obecném případě nejlepší vodivost než monolitické. To je dáno zvláštnostmi toku proudu přes kruhový vodič.
Elektrický proud je pohyb podobných nábojů podél vodiče. Stejné náboje se navzájem odpuzují, proto je hustota rozložení náboje posunuta na povrch vodiče.
Další výhodou lankových vodičů je jejich pružnost a mechanická odolnost. Monolitické dráty jsou levnější a používají se především pro pevnou instalaci.
Stupeň # 4 - výpočet výkonové části v praxi
Úkol : celkový výkon spotřebitelů v kuchyni je 5000 W (což znamená, že je přepočítán výkon všech reaktivních spotřebičů). Všichni spotřebitelé jsou připojeni k jednofázové síti 220 V a jsou napájeni z jedné větve.
Tabulka 2. Pokud v budoucnu plánujete připojit další spotřebiče, tabulka uvádí potřebný výkon běžných domácích spotřebičů (+)
Řešení :
Součinitel simultánnosti K je roven 0, 8. Kuchyně je místem neustálých inovací, nikdy nevíte, bezpečnostní faktor je J = 2, 0. Celkový odhadovaný výkon bude:
P = 5000 * 0, 8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Pomocí hodnoty odhadovaného výkonu hledáme nejbližší hodnotu v tabulce 1.
Nejbližší vhodnou hodnotou průřezu vodiče pro jednofázovou síť je měděný vodič s průřezem 4 mm 2 . Stejná velikost drátu s hliníkovým jádrem 6 mm 2 .
Pro jednožilové vedení je minimální průměr 2, 3 mm a 2, 8 mm. V případě vícežilové verze se sčítá průřez jednotlivých vodičů.
Kuchyně mají obvykle nejvýkonnější spotřebiče energie a méně „žhavé“ domácí spotřebiče. 
Koupelny a kombinované koupelny mohou mít také impozantní množství elektrického vybavení. 
V závislosti na výkonu technické jednotky je napájen ze společného nebo samostatného elektrického vedení. Výpočty jsou provedeny pro skupinu zásuvek, pro spotřebiče jednotlivých vedení jsou vybírány podle výkonu 
K zásuvkovému bloku, napájenému jedním vedením, můžete připojit pouze nízkonapěťová zařízení: mixéry, vysoušeče vlasů, mlýnky na kávu atd. 
Připojení k samostatnému elektrickému vedení vyžaduje mikrovlnné trouby, varné desky a elektrické trouby. 
Normální provoz standardní pračky by měl být zajištěn samostatným elektrickým vedením. 
Povinné položení samostatné větve vyžaduje chladničky a elektrická kamna 
V hygienických prostorách jsou umístěny samostatné linky pro vířivku, elektronické kryty bidetů, sprchové kabiny.
Výpočet aktuálního úseku
Výpočty požadovaného průřezu proudu a výkonu kabelů a vodičů poskytnou přesnější výsledky. Tyto výpočty umožňují odhadnout celkový vliv různých faktorů na vodiče, včetně tepelného zatížení, typu vodičů, typu instalace, provozních podmínek atd.
Celý výpočet se provádí v průběhu následujících fází:
- možnost volby všech spotřebitelů;
- výpočet proudů procházejících vodičem;
- výběr vhodného průřezu podle tabulek.
U této verze výpočtu se měří výkon proudových spotřebičů s napětím bez zohlednění korekčních faktorů. Budou zohledněny při sčítání proudu.
Stupeň # 1 - výpočet proudové pevnosti pomocí vzorců
Pro ty, kteří zapomněli na školní kurz fyziky, nabízíme základní vzorce ve formě grafického schématu jako vizuální postýlku:
"Klasické kolo" jasně demonstruje vztah vzorců a vzájemnou závislost charakteristik elektrického proudu (I - síla proudu, P - výkon, U - napětí, R - poloměr jádra)
Zaznamenáváme závislost intenzity proudu I na výkonu P a napětí sítě U:
I = p / u l,
Kde
- I - proudová síla v ampérech;
- P - výkon ve wattech;
- U l - lineární napětí ve voltech.
Síťové napětí v obecném případě závisí na zdroji napájení, může být jednofázové a třífázové.
Vztah lineárního a fázového napětí:
- U l = U * cosφ v případě jednofázového napětí.
- U l = U * √3 * cosφ v případě třífázového napětí.
Pro elektrické spotřebiče pro domácnost vezměte cosφ = 1, takže lineární napětí může být přepsáno:
- U l = 220 V pro jednofázové napětí.
- L l = 380 V pro třífázové napětí.
Dále shrneme všechny spotřebované proudy podle vzorce:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
Kde
- I - celkový proud v ampérech;
- I1 ..IN - proudová síla každého spotřebiče v ampérech;
- K je součinitel simultánnosti;
- J je bezpečnostní faktor.
Koeficienty K a J mají stejné hodnoty, které byly použity při výpočtu celkového výkonu.
Může existovat případ, kdy proud nerovnoměrného výkonu protéká třífázovou sítí prostřednictvím různých fázových vodičů.
K tomu dochází, když jsou jednofázové a třífázové spotřebiče připojeny současně k třífázovému kabelu. Např. Poháněný třífázový stroj a jednofázové osvětlení.
Vyvstává přirozená otázka: jak se v takových případech vypočítá průřezový průřez drátu? Odpověď je jednoduchá - výpočty jsou prováděny na nejvíce zatíženém jádru.
Fáze # 2 - výběr vhodné sekce podle tabulek
V pravidlech provozu elektrických instalací (PES) je několik tabulek pro výběr požadovaného průřezu kabelového jádra.
Vodivost vodiče závisí na teplotě. U kovových vodičů se zvyšující se teplotou se zvyšuje odpor.
Pokud je překročen určitý práh, proces se automaticky podporuje: čím vyšší je odpor, tím vyšší je teplota, tím vyšší je odpor atd. dokud vodič nevyfoukne nebo nezpůsobí zkrat.
Následující dvě tabulky (3 a 4) ukazují průřez vodičů v závislosti na proudech a způsobu instalace.
Tabulka 3. Nejprve je nutné zvolit způsob pokládání vodičů, záleží na tom, jak účinně probíhá chlazení (+)
Kabel se liší od vodiče v tom, že všechny vodiče, které jsou opatřeny vlastní izolací, jsou uvázány ve svazku a uzavřeny ve společném izolačním plášti. Další podrobnosti o rozdílech a typech kabelových produktů jsou uvedeny v tomto článku.
Tabulka 4. Metoda otevřenosti je uvedena pro všechny hodnoty průřezu vodičů, avšak v praxi nejsou průřezy pod 3 mm2 otevřeny z důvodů mechanické pevnosti (+).
Při použití tabulek se na přípustný trvalý proud použijí následující faktory:
- 0, 68, pokud žil 5-6;
- 0, 63, pokud žil 7-9;
- 0, 6, pokud žil 10-12
Redukční faktory jsou aplikovány na hodnoty proudů z "otevřeného" sloupce.
V počtu vodičů nejsou zahrnuty nulovací a zemnící vodiče.
Podle norem PES se volba příčného průřezu nulového vodiče podle přípustného nepřetržitého proudu provádí jako nejméně 50% fázového vodiče.
Následující dvě tabulky (5 a 6) ukazují závislost přípustného trvalého proudu při pokládání do země.
Tabulka 5. Závislosti přípustného trvalého proudu pro měděné kabely při pokládání do vzduchu nebo do země
Odlišuje se proudové zatížení při pokládání a při zapuštění do země. Jsou pokládány za rovnocenné, pokud se pokládka v zemi provádí pomocí podnosů.
Tabulka 6. Závislosti přípustného trvalého proudu pro hliníkové kabely při pokládání do vzduchu nebo do země
Pro zařízení dočasných napájecích vedení (pro osobní použití) platí následující tabulka (7).
Tabulka 7. Přípustný trvalý proud při použití přenosných hadicových kabelů, přenosných hadicových a důlních kabelů, kabelů hledacích světel, flexibilních přenosných drátů. Používá se pouze měděný vodič.
Při pokládce kabelů do země je třeba kromě vlastností odvádění tepla zohlednit i měrný odpor, jak je uvedeno v následující tabulce (8):
Tabulka 8. Korekční koeficient v závislosti na typu a specifickém odporu zeminy na přípustném trvalém proudu při výpočtu průřezu kabelu (+)
Výpočet a výběr měděných vodičů do 6 mm 2 nebo hliníku do 10 mm 2 se provádí jako u trvalého proudu.
V případě velkých sekcí je možné použít redukční faktor:
0, 875 * √Т пв
kde T pv - poměr trvání zahrnutí k trvání cyklu.
Trvání inkluze se provádí při rychlosti nejvýše 4 minuty. V tomto případě by cyklus neměl překročit 10 minut.
Při volbě kabelu pro rozvod elektřiny v dřevěném domě je zvláštní pozornost věnována jeho požární odolnosti.
Stupeň # 3 - výpočet průřezu vodiče proudem na příkladu
Úkol : vypočtěte požadovaný průřez měděného kabelu pro připojení:
- 4000 W třífázový dřevoobráběcí stroj;
- 6000 W třífázový svařovací stroj;
- domácí spotřebiče v domě s celkovou kapacitou 25 000 wattů;
Spojení bude provedeno pětijádrovým kabelem (tři fázové vodiče, jeden nulový a jeden uzemněný) uložený v zemi.
Izolace kabelu se vypočítá pro specifickou hodnotu provozního napětí. Je třeba poznamenat, že provozní napětí specifikované výrobcem pro jeho výrobek musí být vyšší než síťové napětí.
Rozhodnutí.
Krok # 1. Vypočítejte třífázové síťové napětí:
U l = 220 * √3 = 380 V
Krok # 2. Domácí spotřebiče, stroje a svařovací stroje mají jalový výkon, takže výkon zařízení a vybavení bude:
P tech = 25000 / 0, 7 = 35, 700 W
P zařízení = 10000 / 0, 7 = 14300 W
Krok # 3 . Proud potřebný pro připojení domácích spotřebičů:
I tech = 35700/220 = 162 A
Krok # 4 . Proud potřebný pro připojení zařízení:
I ekv . = 14300/380 = 38 A
Krok # 5 . Požadovaný proud pro připojení domácích spotřebičů se vypočítá rychlostí jedné fáze. Podmínkou problému jsou tři fáze. Proto lze proud rozdělit do fází. Pro jednoduchost předpokládejte rovnoměrné rozdělení:
I tech = 162/3 = 54 A
Krok # 6. Aktuální na fázi:
If = 38 + 54 = 92 A
Krok č. 7. Zařízení a domácí spotřebiče nebudou fungovat současně, s tím rozdílem, že položíme zásoby rovné 1, 5. Po použití korekčních faktorů:
If = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Krok # 8. Ačkoli kabel má 5 jader, berou se v úvahu pouze tři fázová jádra. Podle tabulky 8 ve sloupci třížilového kabelu v zemi zjistíme, že proud 115 A odpovídá průřezu jádra 16 mm 2 .
Krok # 9 . Podle tabulky 8 aplikujeme korekční faktor v závislosti na vlastnostech země. Pro normální typ půdy je koeficient 1.
Krok # 10 . Nejsou povinné, vypočítáme průměr jádra:
D = √ (4 x 16 / 3, 14) = 4, 5 mm
Pokud byl výpočet proveden pouze pro výkon bez zohlednění vlastností pokládky kabelů, bude průřez jádra 25 mm 2 . Výpočet síly proudu je složitější, ale občas šetří značné peníze, zejména pokud jde o spletené napájecí kabely.
O vztahu napětí a proudu lze podrobněji popsat zde.
Výpočet poklesu napětí
Každý vodič, kromě supravodičů, má odpor. Proto při dostatečné délce kabelu nebo vodiče dojde k poklesu napětí.
Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.
Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)
В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.
Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:
R = 2*(ρ * L) / S,
U пад = I * R,
U % = (U пад / U лин ) * 100,
Kde
- 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
- R – сопротивление проводника, Ом;
- ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм 2 /м;
- S – сечение проводника, мм 2 ;
- U пад – напряжение падения, В;
- U % – падение напряжения по отношению к U лин, %.
Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.
Пример расчета переноски
Задача : рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1, 5 мм 2 . Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.
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
Řešení:
Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:
R = 2*(0, 0175 * 20) / 1, 5 = 0, 47 Ом
Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:
I = 7000 / 220 = 31.8 А
Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:
U пад = 31, 8 * 0, 47 = 14, 95 В
Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:
U % = (14, 95 / 220) * 100 = 6, 8%
Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.
Závěry a užitečné video na toto téma
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.
Если остались какие-либо вопросы по методике расчета сечения кабеля или есть желание поделиться личным опытом, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для отзывов расположен ниже.