Меню

Нагрев кабеля от силы тока

Расчет сечения кабеля по мощности и току – Калькулятор

Расчет сечения кабеля по мощности нагрузки и длине с помощью калькулятора – расчет сечения кабеля по току онлайн, с помощью формул, таблиц.

С помощью нашего калькулятора вы можете выполнить расчет сечения кабеля по мощности (нагрузке) или току с учетом длины линии с минимальной погрешностью. В качестве основных показателей выступает материал проводника (медь, алюминий), напряжение (220 В / 380 В) и нагрузка/сила тока в цепи. Способ укладки кабеля влияет на сечение проводника – для закрытых кабелей требуется большее сечение, поскольку из-за ограниченного теплообмена металл нагревается сильнее. После проведения классического расчета по мощности/току, дополнительно проводится расчет по длине проводника – из получившейся пары значений выбирается наибольшее. Теоретическое обоснование расчета представлено ниже в виде формул и таблиц. Возможно вас заинтересует только калькулятор потерь напряжения.

Смежные нормативные документы:

  • ПУЭ-7 «Правила устройства электроустановок»
  • СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства»
  • ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009 «Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования»
  • ГОСТ 31946-2012 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи»

ГОСТ 31947-2012 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В»

  • ГОСТ 6323-79 «Провода с поливинилхлоридной изоляцией для электрических установок»
  • ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ»
  • ГОСТ 433-73 «Кабели силовые с резиновой изоляцией»
  • Как рассчитать сечение кабеля по мощности?

    Первый шаг. Рассчитывается суммарная мощность всех электроприборов, которые могут быть подключены к сети:

    • P1, P2 .. – мощность электроприборов, Вт;
    • Kс – коэффициент спроса (вероятность одновременной работы всех приборов), по умолчанию равен 1.

    Второй шаг. Затем определяется номинальная сила тока в цепи:

    I = Pсум / (U × cos ϕ)

    • Pсум – суммарная мощность электроприборов;
    • U – напряжение в сети;
    • cos ϕ – коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0.92.

    Третий шаг. На последнем этапе используются таблицы, согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

    Таблица сечения медного кабеля по току по ПУЭ-7

    Сечение проводника, мм 2 Ток, А, для проводов, проложенных
    открыто в одной трубе
    двух одножильных трех одножильных четырех одножильных одного двухжильного одного трехжильного
    0.5 11
    0.75 15
    1 17 16 15 14 15 14
    1.2 20 18 16 15 16 14.5
    1.5 23 19 17 16 18 15
    2 26 24 22 20 23 19
    2.5 30 27 25 25 25 21
    3 34 32 28 26 28 24
    4 41 38 35 30 32 27
    5 46 42 39 34 37 31
    6 50 46 42 40 40 34
    8 62 54 51 46 48 43
    10 80 70 60 50 55 50
    16 100 85 80 75 80 70
    25 140 115 100 90 100 85
    35 170 135 125 115 125 100
    50 215 185 170 150 160 135
    70 270 225 210 185 195 175
    95 330 275 255 225 245 215
    120 385 315 290 260 295 250
    150 440 360 330
    185 510
    240 605
    300 695
    400 830

    Таблица сечения алюминиевого кабеля по току по ПУЭ-7

    Сечение проводника, мм 2 Ток, А, для проводов, проложенных
    открыто в одной трубе
    двух одножильных трех одножильных четырех одножильных одногодвухжильного одного трехжильного
    2 21 19 18 15 17 14
    2.5 24 20 19 19 19 16
    3 27 24 22 21 22 18
    4 32 28 28 23 25 21
    5 36 32 30 27 28 24
    6 39 36 32 30 31 26
    8 46 43 40 37 38 32
    10 60 50 47 39 42 38
    16 75 60 60 55 60 55
    25 105 85 80 70 75 65
    35 130 100 95 85 95 75
    50 165 140 130 120 125 105
    70 210 175 165 140 150 135
    95 255 215 200 175 190 165
    120 295 245 220 200 230 190
    150 340 275 255
    185 390
    240 465
    300 535
    400 645

    В правилах устройства электроустановок 7-го издания нет таблиц сечения кабеля по мощности, имеются только данные по силе тока. Поэтому рассчитывая сечения по таблицам нагрузки в интернете, вы рискуете получить неверные результат.

    Выбор сечения кабеля по силе тока

    Первый шаг. Расчет проводится абсолютно аналогичным образом, то есть сначала рассчитывается суммарная мощность всех электроприборов, которые могут быть подключены к сети:

    • P1, P2 .. – мощность электроприборов, Вт;
    • Kс – коэффициент спроса (вероятность одновременной работы всех приборов), по умолчанию равен 1.

    Второй шаг. Затем определяется номинальная сила тока в цепи:

    I = Pсум / (U × cos ϕ)

    • Pсум – суммарная мощность электроприборов;
    • U – напряжение в сети;
    • cos ϕ – коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0.92.

    Третий шаг. На последнем этапе используются те же таблицы, согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок), которые расположены выше.

    Расчет сечения кабеля по длине

    Первый шаг. Сначала определяется номинальная сила тока в цепи:

    I = Pсум / (U × cos ϕ)

    • Pсум – суммарная мощность электроприборов;
    • U – напряжение в сети;
    • cos ϕ – коэффициент мощности (характеризует потери мощности), по умолчанию равен 0.92.

    Второй шаг. Затем рассчитываются сопротивление проводника:

    • dU – потери напряжения, не более 5% (0.05);
    • I – сила тока.

    Третий шаг. Выполняется расчет сечения токопроводящей жилы по формуле:

    Источник

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    При ремонте и проектировании электрооборудования появляется необходимость правильно выбирать провода. Можно воспользоваться специальным калькулятором или справочником. Но для этого необходимо знать параметры нагрузки и особенности прокладки кабеля.

    Для чего нужен расчет сечения кабеля

    К электрическим сетям предъявляются следующие требования:

    • безопасность;
    • надежность;
    • экономичность.

    Если выбранная площадь поперечного сечения провода окажется маленькой, то токовые нагрузки на кабели и провода будут большими, что приведет к перегреву. В результате может возникнуть аварийная ситуация, которая нанесет вред всему электрооборудованию и станет опасной для жизни и здоровья людей.

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Если же монтировать провода с большой площадью поперечного сечения, то безопасное применение обеспечено. Но с финансовой точки зрения будет перерасход средств. Правильный выбор сечения провода — это залог длительной безопасной эксплуатации и рационального использования финансовых средств.

    Правильному подбору проводника посвящёна отдельная глава в ПУЭ: «Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны».

    Осуществляется расчет сечения кабеля по мощности и току. Рассмотрим на примерах. Чтобы определить, какое сечение провода нужно для 5 кВт, потребуется использовать таблицы ПУЭ ( «Правила устройства электроустановок«). Данный справочник является регламентирующим документом. В нем указывается, что выбор сечения кабеля производится по 4 критериям:

    1. Напряжение питания (однофазное или трехфазное).
    2. Материал проводника.
    3. Ток нагрузки, измеряемый в амперах (А), или мощность — в киловаттах (кВт).
    4. Месторасположение кабеля.

    В ПУЭ нет значения 5 кВт, поэтому придется выбрать следующую большую величину — 5,5 кВт. Для монтажа в квартире сегодня необходимо использовать провод из меди. В большинстве случаев установка происходит по воздуху, поэтому из справочных таблиц подойдет сечение 2,5 мм². При этом наибольшей допустимой токовой нагрузкой будет 25 А.

    В вышеуказанном справочнике регламентируется ещё и ток, на который рассчитан вводный автомат (ВА). Согласно «Правилам устройства электроустановок«, при нагрузке 5,5 кВт ток ВА должен равняться 25 А. В документе указано, что номинальный ток провода, который подходит к дому или квартире, должен быть на ступень больше, чем у ВА. В данном случае после 25 А находится 35 А. Последнюю величину и необходимо брать за расчетную. Току 35 А соответствуют сечение 4 мм² и мощность 7,7 кВт. Итак, выбор сечения медного провода по мощности завершен: 4 мм².

    Чтобы узнать, какое сечение провода нужно для 10 кВт, опять воспользуемся справочником. Если рассматривать случай для открытой проводки, то надо определиться с материалом кабеля и с питающим напряжением.

    Например, для алюминиевого провода и напряжения 220 В ближайшая большая мощность будет 13 кВт, соответствующее сечение — 10 мм²; для 380 В мощность составит 12 кВт, а сечение — 4 мм².

    Выбираем по мощности

    Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.

    Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.

    Таблица 1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами

    Сечение токопроводящей жилы, мм² Для кабеля с медными жилами
    Напряжение 220 В Напряжение 380 В
    Ток, А Мощность, кВт Ток, А Мощность, кВт
    1,5 19 4,1 16 10,5
    2,5 27 5,9 25 16,5
    4 38 8,3 30 19,8
    6 46 10,1 40 26,4
    10 70 15,4 50 33
    16 85 18,7 75 49,5
    25 115 25,3 90 59,4
    35 135 29,7 115 75.9
    50 175 38.5 145 95,7
    70 215 47,3 180 118,8
    95 260 57,2 220 145,2
    120 300 66 260 171,6

    Таблица 2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами

    Сечение токопроводящей жилы, мм² Для кабеля с алюминиевыми жилами
    Напряжение 220 В Напряжение 380 В
    Ток, А Мощность, кВт Ток, А Мощность, кВт
    2,5 20 4,4 19 12,5
    4 28 6,1 23 15,1
    6 36 7,9 30 19,8
    10 50 11,0 39 25,7
    16 60 13,2 55 36,3
    25 85 18,7 70 46,2
    35 100 22,0 85 56,1
    50 135 29,7 110 72,6
    70 165 36,3 140 92,4
    95 200 44,0 170 112,2
    120 230 50,6 200 132,2
    Читайте также:  Каково сопротивление резистора если при напряжении 8 в сила тока в резисторе 4 мка ответ

    Кроме того, надо знать напряжение сети: трехфазной соответствует 380 В, а однофазной — 220 В.

    В ПУЭ дана информация и для алюминиевых, и для медных проводов. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Достоинства медных проводов:

    • высокая прочность;
    • упругость;
    • стойкость к окислению;
    • электропроводность больше, чем у алюминия.

    Недостаток медных проводников — высокая стоимость. В советских домах использовалась при постройке алюминиевая электропроводка. Поэтому если происходит частичная замена, то целесообразно поставить алюминиевые провода. Исключение составляют только те случаи, когда вместо всей старой проводки (до распределительного щита) устанавливается новая. Тогда есть смысл применять медь. Недопустимо, чтобы медь с алюминием контактировали напрямую, т. к. это приводит к окислению. Поэтому для их соединения используют третий металл.

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Можно самостоятельно произвести расчет сечения провода по мощности для трехфазной цепи. Для этого надо воспользоваться формулой: I=P/(U*1.73), где P — мощность, Вт; U — напряжение, В; I — ток, А. Затем из справочной таблицы выбирается сечение кабеля в зависимости от рассчитанного тока. Если же там не будет необходимого значение, тогда выбирается ближайшее, которое превышает расчетное.

    Как рассчитать по току

    Величина тока, проходящего через проводник, зависит от длины, ширины, удельного сопротивления последнего и от температуры. При нагревании электрический ток уменьшается. Справочная информация указывается для комнатной температуры (18°С). Для выбора сечения кабеля по току используют таблицы ПУЭ (ПУЭ-7 п.1.3.10-1.3.11 ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ, ШНУРОВ И КАБЕЛЕЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЛИ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ).

    Таблица 3. Электрический ток для медных проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

    Площадь сечение проводника, мм² Ток, А, для проводов, проложенных
    открыто в одной трубе
    двух одножильных трех одножильных четырех одножильных одного двухжильного одного трехжильного
    0,5 11
    0,75 15
    1 17 16 15 14 15 14
    1,2 20 18 16 15 16 14,5
    1,5 23 19 17 16 18 15
    2 26 24 22 20 23 19
    2,5 30 27 25 25 25 21
    3 34 32 28 26 28 24
    4 41 38 35 30 32 27
    5 46 42 39 34 37 31
    6 50 46 42 40 40 34
    8 62 54 51 46 48 43
    10 80 70 60 50 55 50
    16 100 85 80 75 80 70
    25 140 115 100 90 100 85
    35 170 135 125 115 125 100
    50 215 185 170 150 160 135
    70 270 225 210 185 195 175
    95 330 275 255 225 245 215
    120 385 315 290 260 295 250
    150 440 360 330
    185 510
    240 605
    300 695
    400 830

    Для расчета алюминиевых проводов применяют таблицу.

    Таблица 4. Электрический ток для алюминиевых проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

    Площадь сечения проводника, мм² Ток, А, для проводов, проложенных
    открыто в одной трубе
    двух одножильных трех одножильных четырех одножильных одного двухжильного одного трехжильного
    2 21 19 18 15 17 14
    2,5 24 20 19 19 19 16
    3 27 24 22 21 22 18
    4 32 28 28 23 25 21
    5 36 32 30 27 28 24
    6 39 36 32 30 31 26
    8 46 43 40 37 38 32
    10 60 50 47 39 42 38
    16 75 60 60 55 60 55
    25 105 85 80 70 75 65
    35 130 100 95 85 95 75
    50 165 140 130 120 125 105
    70 210 175 165 140 150 135
    95 255 215 200 175 190 165
    120 295 245 220 200 230 190
    150 340 275 255
    185 390
    240 465
    300 535
    400 645

    Для примерного расчета сечения кабеля по току его надо разделить на 10. Если в таблице не будет полученного сечения, тогда необходимо взять ближайшую большую величину. Это правило подходит только для тех случаев, когда максимально допустимый ток для медных проводов не превышает 40 А. Для диапазона от 40 до 80 А ток надо делить на 8. Если устанавливают алюминиевые кабели, то надо делить на 6. Это объясняется тем, что для обеспечения одинаковых нагрузок толщина алюминиевого проводника больше, чем медного.

    Расчет сечения кабеля по мощности и длине

    Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшиться и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.

    При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:

    1. Длина провода, единица измерения — м. При её увеличении растут потери.
    2. Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При её увеличении падение напряжения уменьшается.
    3. Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.

    Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:

    1. В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
    2. С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
    3. Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
    4. Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
    5. Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.

    Открытая и закрытая прокладка проводов

    В зависимости от размещения проводка делится на 2 вида:

    • закрытая;
    • открытая.

    Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.

    При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Определение площади сечения проводника по его диаметру

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Какая проводка лучше — сравнение медной и алюминиевой электропроводки

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Какой провод лучше использовать для проводки в квартире и в частном деревянном доме?

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Как перевести амперы в киловаты?

    Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

    Способы вычисления потребления электроэнергии бытовыми приборами

    Источник

    Закон Джоуля-Ленца: определение, формулы

    Почему нагреваются проводники

    Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

    Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник

    Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

    Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

    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.

    Допустимые токовые нагрузки на кабель

    Допустимые токовые нагрузки на кабель

    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:

    После этого нетрудно рассчитать сопротивление:

    Читайте также:  Генератора переменного тока схема электрическая принципиальная схема

    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.

    Выбор сечения кабеля для сетей постоянного тока
    Изучая ПУЭ, можно отыскать бессчетное количество таблиц, в которых определена токовая нагрузка для сетей переменного тока с одно- и трехфазными цепями. Поэтому выполнять такие сложные расчеты необязательно.

    Таблица токов, в которой можно найти тип бытового прибора, его приблизительные значения мощности, также указывает и интервал возможного потребляемого тока.

    Потребляемые мощность и ток электроприборами

    Название электроприбора Мощность, кВт Величина тока, А
    Стиральная машина 2 – 2,5 9,0 – 11,4
    Электроплита 4,5 – 8,5 20,5 – 38,6
    Микроволновая печь 0,9 – 1,3 4,1 – 5,9
    Холодильник, морозильник 0,2 – 0,8 0,9 – 3,6
    Электрочайник 1,8 – 2,0 8,4 – 9,0
    Утюг 0,9 – 1,7 4,1 – 7,7
    Пылесос 0,7 – 1,4 3,1 – 6,4
    Телевизор 0,12 – 0,18 0,6 – 0,8
    Осветительные приборы 0,02 – 0,150 0,1 – 0,6

    Однофазная схема электроснабжения дома на 220 В

    Однофазная схема электроснабжения дома на 220 В

    Если под рукой нет таблицы, но известен потребляемый ток, то вычислить сечение можно в два этапа, используя формулы:

    1. Находят сопротивление материала при данном значении тока. Это можно сделать из формулы Закона Ома I = U/R. Выразив отсюда R, получают R = U/I.
    2. Вычисляют площадь сечения, используя значение удельного сопротивления для конкретного материала. Применяют формулу:
    • ρ – удельное сопротивление;
    • L – длина проводника;
    • S – площадь сечения.

    Удельное сопротивление для меди ρ = 1,68*10-8 Ом*м, для алюминия – 2,82*10-8 Ом*м.

    I = P/U = 50/12 = 4,15 А.

    R = U/I = 12/4,15 = 2,9 Ом.

    Зная удельное сопротивление меди и, приняв за максимальную длину провода L = 2 м, подставляют всё известное в формулу.

    S = (ρ*L)/R = (1,68*10-8*2)/2,9 = 1,9 мм2.

    В ПУЭ есть множество таблиц, по которым можно определить токовую нагрузку однофазных и трёхфазных цепей переменного тока. Не обязательно производить математические вычисления. Достаточно оперировать известными параметрами и правильно определить сечение провода или кабеля.

    Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

    • Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
    • Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

    Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

    Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

    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.

    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.

    Допустимые температуры нагрева токопроводящих жил кабелей

    Допустимые температуры нагрева токопроводящих жил кабелей

    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),
    • 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).

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

    Поправочные коэффициенты кабеля в зависимости от температуры окружающей среды

    Поправочные коэффициенты кабеля в зависимости от температуры окружающей среды
    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.

    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.

    С этим вопросом часто бывает путаница, в том числе в статьях, опубликованных на интернет-сайтах.

    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.

    И слева, и справа - это одножильный провод.

    И слева, и справа — это одножильный провод.

    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.

    Двухжильный многопроволочный провод

    Двухжильный многопроволочный провод

    Аналогичная ситуация и с кабелями. По определению, кабель – это конструкция из нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в общую изолирующую и защитную оболочку. А вот проводники также могут быть одно- или многопроволочными.

    Трехжильные силовые кабели – с однопроволочными или многопроволочными жилами

    Трехжильные силовые кабели – с однопроволочными или многопроволочными жилами
    Жесткие однопроволочные изделия хороши для неподвижных участков проводки, например, вмуровываемых в стены. Многопроволочные провода и кабели отлично подходят для тех участков, где бывает нужна подвижность — типичным примером являются шнуры питания бытовой техники и осветительных приборов.

    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.

    Два взаимосвязанных параметра, которые порой по неопытности путают. Смотрим на схему – по ней все станет понятно.

    Слева – диаметр проводника (жилы), измеряется в миллиметрах. Справа – площадь поперечного сечения проводника, измеряется в мм².

    Слева – диаметр проводника (жилы), измеряется в миллиметрах. Справа – площадь поперечного сечения проводника, измеряется в мм².
    Во всех справочника обычно используется параметр сечения, так как именно по этому критерию производится классификация различных марок проводов и кабелей.

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

    Диаметр жилы (проволоки) поддается обычному измерению. Площадь сечения – только расчёту.

    Диаметр жилы (проволоки) поддается обычному измерению. Площадь сечения – только расчёту.

    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!

    Это формула сечения однопроволочного проводника. А если нужно найти сечение неизвестного провода, с многопроволочной жилой?

    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.

    Источник

    

    Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

    Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации.

    1. Причины нагрева кабеля
    2. Расчет допустимой силы тока по нагреву жил
    3. Условия теплоотдачи
    4. Таблица нагрузок по сечению кабеля
    5. Таблица для определения допустимого тока
    Читайте также:  Работа через плотность тока

    Причины нагрева кабеля

    Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

    Причины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

    Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла.

    Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

    Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму.

    Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:

    • Основной причиной часто становится неправильно выбранное сечение кабеля. Каждый проводник обладает собственной максимальной пропускной способностью тока, измеряемого в амперах. Прежде чем подключать тот или иной прибор, необходимо установить его мощность и только потом выбирать сечение. Выбор следует делать с запасом мощности от 30 до 40%.
    • Другой, не менее распространенной причиной, считаются слабые контакты в местах соединений – в распределительных коробках, щитках, автоматических выключателях и т.д. При плохом контакте провода будут нагреваться, вплоть до их полного перегорания. Во многих случаях достаточно проверить и подтянуть контакты, и чрезмерный нагрев исчезнет.
    • Довольно часто контакт нарушается из-за неправильного соединения медных и алюминиевых проводов. Чтобы избежать окисления в местах соединений этих металлов, необходимо использовать клеммники.

    Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля.

    Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

    Правильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов.

    Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами.

    Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9.

    Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил.

    Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур.

    В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С.

    Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях.

    Условия теплоотдачи

    Наиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем.

    Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор.

    Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С.

    Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды.

    Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу.

    Таблица нагрузок по сечению кабеля

    Передача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами.

    Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования.

    Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий.

    Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д.

    Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки.

    Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках.

    Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:

    • Для 5-6 проводов, нагруженных одновременно, считается как при открытой прокладке с коэффициентом поправки 0,68.
    • Для 7-9 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,63.
    • Для 10-12 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,6.

    Таблица для определения допустимого тока

    Расчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации.

    Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями.

    Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду.

    Источник