Как правильно выбрать кабель, что такое момент нагрузки и как учитывать нагрев жил
Одной из важнейших характеристик кабельной продукции является длительно допустимая величина тока, приходящегося на жилу. Во всех соответствующих справочниках, включая Правила Устройства Электроустановок, приводятся таблицы, позволяющие, зная сечение и условия прокладки, определить токовую нагрузку. Однако для их правильного использования необходимо принимать во внимание еще ряд параметров. В противном случае, может возникнуть неприятная ситуация, когда во время последующей эксплуатации из-за нагрева изоляция жил кабеля повреждается, со всеми вытекающими последствиями.
Допустимое значение тока
Известно, что зная мощность устройства-потребителя и напряжение сети, путем нехитрых расчетов можно получить значение тока и, найдя ближайшее число в соответствующей таблице ПУЭ, подобрать кабель. Однако сечение, выбранное по длительно допустимому току, предполагает, что кабель будет нагреваться до температуры +65 градусов при воздухе +25. Холодными такие жилы назвать нельзя, поэтому если расчетное и табличное значения находятся слишком близко (например, 14 и 16 А), то имеет смысл использовать кабель с более толстыми жилами. Исключения составляют случаи, когда подключенное устройство потребляет максимальный ток кратковременно (около 10 минут), давая возможность кабелю остыть. Таким образом, подбор без учета особенностей эксплуатации является ошибочным и может применяться лишь для ориентировочных «прикидок».
Поправка на нагерв
Если посмотреть более внимательно, то в справочной таблице видно, что с увеличением количества токопроводящих жил уменьшается допустимый ток – это связано с взаимным нагревом. Таким образом, при прокладке нескольких кабелей в одном кабельном коробе, что сейчас является нормой, необходимо учитывать этот момент. Для этого в ПУЭ существует таблица, в которой приводятся коэффициенты, позволяющие более правильно подобрать сечение жил кабеля и их материал, в зависимости от температуры воздуха. Рассмотрим конкретный пример: по току выбран кабель, жилы и изоляция которого, согласно паспортным данным, допускают длительную работу при нагреве +65 градусов и температуре окружающей среды +25. Используя таблицу поправок, получаем, что при морозе -5 допустимый ток будет на 1,32 раза больше, а вот при воздухе +35 составит всего лишь 0,87 от полученного согласно сечения. К примеру, устройство с мощностью 3 кВт, работающее продолжительно, в сетях 220 В потребляет около 16 А. В номинальном режиме допускается использовать двужильный медный кабель с сечением 1 мм.кв., что составляет 15 А. Однако если учитывать возможные «прыжки» температуры (времена года или особенности прокладки), то может потребоваться использование поправки вплоть до 0,61 (при воздухе +50). То есть, в этом случае для такого кабеля продолжительно допустимый ток составит не более 9,15 А (3).
Часто монтажникам приходится подбирать кабельную продукцию для прокладки в коробах, размещенных внутри помещений со стабильной температурой. Не исключение и прокладка многомодового оптического кабеля в сетях ВОЛС. В этом случае для упрощения подбора можно воспользоваться очередной таблицей справочника. При ее использовании также нужно учитывать степень загрузки потребителей.
Момент нагрузки
Как известно, чем больше длина кабельной линии, тем выше потеря напряжения, вызванная сопротивлением проводника. В большинстве случаев данную величину потерь принимают равной или меньшей 5%. Для получения более точных данных можно воспользоваться классической формулой Ома, учитывающей проходящий ток и измеренную единицу сопротивления материала жил. Однако можно поступить иначе и прибегнуть к табличным данным, где уже указывается величина потерь в зависимости от параметра «момент нагрузки». Его значение получают путем умножения длины используемой кабельной трассы в метрах на потребляемую устройством мощность в киловаттах. Обычно корректировка необходима при длине линии от 30 метров.
Приведем пример. Длина трассы 20 метров; мощность потребителя 3 кВт; сетевое напряжение 220 В; выбранное сечение 1,5 мм.кв. медь, две жилы. Вычисляем нагрузочный момент: 20 м*3 кВт=60 м*кВт. По таблице дельта U для этого значения составляет от 3 до 4%, что ниже 5%. Следовательно, при таких условиях выбранный кабель пригоден. Иначе необходимо выбирать большее сечение жил кабеля.
Подобные таблицы существуют для низковольтных цепей. При проектировании и монтаже сетей с действующим значением менее 220 В обязательно необходимо учитывать момент нагрузки. Это объясняется тем фактом, что небольшое падение напряжения оборудование, рассчитанное на 220 В, даже «не заметит», а вот низковольтное может «отказаться» работать, так как нет запаса мощности. Именно поэтому источники ЭДС с малым действующим значением напряжения следует размещать как можно ближе к потребителям. Например, существует сеть на 12 В, в которой используется двужильный кабель (медь) длиной 3 м, сечением жил 1,5 мм.кв. и лампа мощностью 0,1кВт. Момент нагрузки составит 3 м*0,1 кВт=0,3 м*кВт. По таблице видно, что потери превышают 5%, следовательно, для нормальной работы нужно выбирать кабель с большим сечением жил или же уменьшать длину линии и/или мощность лампы. Разумеется, на работу ламп накаливания это особо не повлияет, но для измерительных приборов или галогенных светильников с трансформаторами может оказаться существенным. В рассмотренном примере нагрузка подключена в конце трассы. Для параллельного соединения потребителей применяются другие формулы.
Данный «табличный» способ расчета не учитывает изменения сопротивления из-за нагрева проводников. Поэтому, в зависимости от условий эксплуатации, при подборе кабеля рекомендуется использовать поправочные коэффициенты.
Что такое «момент нагрузки»
При проектировании электрических сетей приходится рассчитывать потери напряжения.
Требования по размещению данных о моменте нагрузки на групповых линий указаны в ГОСТ 21.608-2014 Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации внутреннего электрического освещения. Ссылка на гост.
Существуют разные способы расчета, но все они, в принципе, основаны на одних и тех же формулах, поэтому и результаты должны быть одинаковые. Так ли это? Сейчас мы проверим.
Многие считают потери напряжения через моменты нагрузок. Давайте с вами разберем расчет потери напряжения через «Момент нагрузки»
Что такое момент нагрузки?
М – момент нагрузки, кВт*м;
Р – мощность, кВт;
L – длина участка, м.
Чтобы рассчитать потери напряжения через момент нагрузки нам необходимо знать расчетную мощность потребителя, длину кабельной линии и дополнительные данные.
По формуле dU=P*L/(C*q).
Где q — сечение проводника.
С — коэффициент, зависящий от материала проводника и напряжения сети.
Для меди С=77.
Для алюминия — 44.
Таблицу расчета момента нагрузки с настроенными формулами в формате Excel, можно скачать тут.
Удобно ли рассчитывать потери напряжения через моменты?
19 ноября 2017 
k-igor
Практически в каждом проекте приходится рассчитывать потери напряжения. Существуют разные способы расчета, но все они, в принципе, основаны на одних и тех же формулах, поэтому и результаты должны быть одинаковые. Так ли это? Сейчас мы проверим.
Многие считают потери напряжения через моменты нагрузок и периодически мне задают вопросы о правильности расчетов в моих программах. Сейчас вы сами увидите, насколько эффективна моя программа по расчету потери напряжения и насколько она выдает достоверные результаты.
Что такое момент нагрузки?
М=P*L, где
М – момент нагрузки, кВт*м;
Р – мощность, кВт;
L – длина участка, м.
Чтобы рассчитать потери напряжения через момент нагрузки нам необходимо знать передаваемую мощность, длину участка и иметь вспомогательные таблицы для расчета.
Моменты для медных и алюминиевых кабелей в однофазной сети (220В):
Моменты для медных и алюминиевых кабелей в однофазной сети (220В)
Моменты для медных и алюминиевых кабелей в трехфазной сети (380В):
Моменты для медных и алюминиевых кабелей в трехфазной сети (380В)
Суть расчета заключается в том, чтобы посчитать момент и по таблице определить потери напряжения для нужного сечения кабеля.
А что если полученный момент нагрузки отличается от табличного значения? Придется округлять либо применять дополнительно интерполяцию.
А что если в таблице нет нужного сечения? Придется искать расширенные таблицы (возможно где-то есть).
Лично я никогда не считал потери напряжения через моменты, т.к. этот способ не удобен и не отвечает последним требованиям нормативных документов.
Сейчас мы проверим, правильно ли считает потери напряжения моя программа.
Я выбрал по 2 значения в каждой таблице с моментами. Думаю нет смысла проверять каждое значение.
Результаты проверки программы по расчету потери напряжения в однофазной сети:
Результаты проверки программы по расчету потери напряжения в однофазной сети
Наверняка вы заметили, что в моей программе результаты примерно на 10% выше. В чем же дело? Разность результатов обусловлена разными значениями удельного сопротивления меди и алюминия. Если взять другие значения, то получим практически точно такие же значения:
Удельное сопротивление 1Р 0,02/0,033 Ом*мм2/м
Я же использую значения, которые указаны в ГОСТ Р 50571.5.52-2011.
Результаты проверки программы по расчету потери напряжения в трехфазной сети:
Результаты проверки программы по расчету потери напряжения в трехфазной сети
Результаты с учетом уменьшенного значения удельного сопротивления:
Удельное сопротивление 3Р 0,02/0,033 Ом*мм2/м
Я думаю, теперь у вас не возникнут вопросы по поводу правильности расчета потери напряжения при помощи моих программ.
А вам удобно считать потери напряжения через моменты?
P.S. Ваша помощь позволяет вам получить не только мои программы, но и способствует написанию новых полезный статей, записи полезных видеороликов.
Момент нагрузки квт м что это
Вопрос 17. Выбор сечения проводников осветительной сети по методу моментов.
Выбор сечения по допустимым потерям напряжения зависит от конфигурации сети и осуществляется по методу моментов.
1. Для одной нагрузки
,
где qР – расчетное сечение проводника, мм 2 ;
М = Pl – момент нагрузки, кВт·м;
P – мощность нагрузки, кВт;
l – длина участка, м;
С – коэффициент, зависящий от материала проводников и схемы сети и учитывающий применение в формуле несистемных единиц, кВт·м/мм 2 ·%;
UД – допустимая потеря напряжения, %.
После определения расчётного сечения выбирается ближайшее большее стандартное сечение проводника.
2. Для нескольких нагрузок, подключенных к магистральной схеме, с разными длинами участков между нагрузками (рис. 32)
,
где qР – расчетное сечение на всех участках сети, мм 2 ;
∑M – суммарный момент нагрузки магистральной сети, кВт·м:
∑M = l1(P1 + P2 + P3 + P4 +…+ Рn) + l2(P2 + P3 + P4 +…+ Рn) + l3(P3 + P4 +…+ + Рn) +…+ lnPn .
После определения расчётного сечения на всех участках выбирается одинаковое ближайшее большее стандартное сечение проводника.
Фактическая потеря напряжения в сети 
2,23 %.
Коэффициент учета реактивной составляющей Кр определён по таблице с учётом того, что питающая линия выполнена кабелем, а cos φ= 0,9, потому что в сети с РЛ должна быть предусмотрена групповая компенсация реактивной мощности.
При расчете разветвленных осветительных сетей выбор сечения производится, исходя из принципа минимального расхода проводникового материала. Суть его заключается в следующем. При одновременном расчете потерь напряжения в питающей и групповой сети общие допустимые потери напряжения можно распределить по-разному между отдельными звеньями сети. При разных соотношениях потерь напряжения на различных участках сети будет изменяться и общий расход металла в проводах. Эта разница будет тем ощутимее, чем разветвленнее осветительная сеть. Сечение проводов начального участка сети определяется по допустимым потерям напряжения ∆UД от начала данного участка до конца сети по приведенному моменту нагрузки, который находится по формуле:
МП = ΣМ + Σαm ,
где МП – приведенный момент нагрузки, кВт·м;
ΣМ – сумма моментов рассчитываемого участка сети и всех последующих по направлению передачи мощности участков с той же системой сети, что и на данном участке, кВт·м;
Σαm – сумма моментов нагрузки всех участков сети, питаемых через рассчитываемый участок, но с иным числом проводов, чем на данном участке, скорректированная на коэффициент приведения моментов от последующих участков (ответвлений) к рассчитываемому (линии), принимаемый по табл 19, кВт·м.
По приведенному моменту нагрузки МП и ранее определённым допустимым потерям напряжения ∆UД определяется расчётное сечение qР.
Расчётная формула в этом случае имеет вид: qР = МП/С ∆UД .
После определения расчётного сечения qР оно округляется до ближайшего стандартного qСТ, которое и принимается за сечение начального участка. По моменту нагрузки этого участка находятся фактические потери напряжения на нем.
Фактические потери напряжения на i-м участке сети, определяются после выбора стандартного сечения:
,
где Мi = РiΣli – момент нагрузки на i –м участке;
qСТi – стандартное сечение проводника на i – м участке, мм 2 ;
КРi – коэффициент увеличения потерь напряжения в осветительной сети за счет реактивной составляющей передаваемой мощности.
После нахождения фактической потери напряжения на головном участке ∆UФ1 определяется допустимая (располагаемая) потеря напряжения на последующих участках: ∆UД ПОС = ∆UД – ∆UФ1 .
В дальнейшем расчёт повторяется для остальных участков.
В целом алгоритм выбора сечений проводников по методу моментов таков.
1. Расчет начинается с головного участка, при этом в формуле определения расчётного сечения коэффициент С берется для расчетного участка.
2. После нахождения расчётного сечения выбирается стандартное сечение ближайшее (в любую сторону) по отношению к расчетному, и определяется фактическая потеря напряжения на первом участке.
3. Определяется располагаемая (допустимая) потеря напряжения для участков, расположенных за первым.
4. Далее расчет повторяется в том же порядке для всех последующих участков, на последнем участке стандартное сечение обязательно должно быть больше расчетного.
Что такое «момент нагрузки»
При проектировании электрических сетей приходится рассчитывать потери напряжения.
Требования по размещению данных о моменте нагрузки на групповых линий указаны в ГОСТ 21.608-2014 Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации внутреннего электрического освещения. Ссылка на гост.
Существуют разные способы расчета, но все они, в принципе, основаны на одних и тех же формулах, поэтому и результаты должны быть одинаковые. Так ли это? Сейчас мы проверим.
Многие считают потери напряжения через моменты нагрузок. Давайте с вами разберем расчет потери напряжения через «Момент нагрузки»
Что такое момент нагрузки?
М – момент нагрузки, кВт*м;
Р – мощность, кВт;
L – длина участка, м.
Чтобы рассчитать потери напряжения через момент нагрузки нам необходимо знать расчетную мощность потребителя, длину кабельной линии и дополнительные данные.
По формуле dU=P*L/(C*q).
Где q — сечение проводника.
С — коэффициент, зависящий от материала проводника и напряжения сети.
Для меди С=77.
Для алюминия — 44.
Таблицу расчета момента нагрузки с настроенными формулами в формате Excel, можно скачать тут.
Момент нагрузки КВТ м что это? — Капитальное строительство дома в подробностях
Как правильно выбрать кабель. Что такое момент нагрузки и как учитывать нагрев жил. На эти вопросы вы найдете ответы в данной статье.
Как правильно выбрать кабель
Одной из важнейших характеристик кабельной продукции является длительно допустимая величина тока, приходящегося на жилу. Во всех соответствующих справочниках, включая Правила Устройства Электроустановок, приводятся таблицы, позволяющие, зная сечение и условия прокладки, определить токовую нагрузку. Однако для их правильного использования необходимо принимать во внимание еще ряд параметров. В противном случае, может возникнуть неприятная ситуация, когда во время последующей эксплуатации из-за нагрева изоляция жил кабеля повреждается, со всеми вытекающими последствиями.
График мощности и крутящего момента
На написание данной статьи подвигла частая путаница между такими понятиями как мощность и крутящий момент.
Прочитав эту статью, Вы узнаете в чем разница между мощностью и крутящим моментом, и Вам будет проще определиться с выбором нагружающего устройства для испытания двигателя на стенде.
Пример графика мощности и крутящего момента, полученный со стенда для испытания двигателей PowerTest.
МОЩНОСТЬ (POWER, HORSEPOWER) — это работа, проделанная за единицу времени. Речь идет в данном случае о механической мощности, которая при вращении вала вокруг своей оси описывается выражением:
- ω — угловая скорость вращения вала
- M — крутящий момент
- π — число
Важно отметить что мощность в этой формуле получается в ваттах, для получения результата в лошадиных силах мощность в кВт необходимо умножить на коэффициент 0,735499.
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ (TORQUE) — это произведение силы в Н, которая приложена к валу не напрямую, а через рычаг (плечо) длиной 1 м, прикрепленный к валу (точка измерения крутящего момента), отсюда и единица измерения Н*м.
При такой нагрузке происходит деформация вала ,только не изгиб, который был бы при нулевой длине плеча, а скручивание, при котором отдельные сечения вала не повторяют друг друга, а оказываются повернутыми друг относительно друга на определённые углы, тем большие, чем больше приложенная сила, или чем больше рычаг при одной и той же силе. По этой причине момент называют крутящим.
Не следует ожидать, что вы увидите эту закрутку стального вала диаметром, например, 20 мм, нанеся перед нагрузкой на поверхность вала линии, параллельные его оси. Величина закрутки будет в реальности настолько мала, что её непросто измерить даже с помощью специальных приборов, измерителей крутящего момента.
ОБОРОТЫ (RPM — Revolutions Per Minute) — здесь все еще проще, это число оборотов, которое совершает ВАЛ за одну минуту. Измеряется в об/мин.
Часто кажется, что люди не вполне понимают разницу между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ, тем более, последние связаны друг с другом через еще один ключевой параметр, как на стенде испытаний двигателя, так и в условиях реальной эксплуатации. Это угловая скорость вращения вала.
Например к нам часто приходят запросы «Нам нужно измерить параметры двигателя мощностью 200л.с.» или «какой гидротормоз вы посоветуете на 140 кВт?»
Ответить на этот вопрос можно, но это не гарантирует что заказчик получит желаемый результат. Потому что в вопросе отсутствует информация о скоростных режимах испытываемого на стенде двигателя.
И вопрос обычно задается так, как будто мощность и крутящий момент понятия если не взаимоисключающие, то по меньшей мере не связанные друг с другом.
На самом деле, все наоборот, и необходимо принимать во внимание данные факты:
- МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от МОМЕНТА и СКОРОСТИ ВАЛА(ОБОРОТОВ В МИНУТУ).
- МОМЕНТ и ОБОРОТЫ В МИНУТУ — ИЗМЕРЕННЫЕ параметры, однозначно определяющие мощность двигателя.
- Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле:
- МОЩНОСТЬ в Л.с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252
Почему это важно?
При выборе нагружающего устройства это критически важно, так как одну и ту же мощность двигатель может выдавать на стенде как при 1500 об/мин (дизельный двигатель), так и на 20 000 об/мин (двигатель гоночного мотоцикла). Для каждого типа двигателя необходимо подбирать соответствующее нагружающее устройство. А иногда даже не одно, а тандем из двух, первое из которых работает при низких оборотах, а второе при высоких. Если речь идет об испытаниях вновь создаваемых двигателей с широким скоростным диапазоном вращения вала.
Дизельный двигатель и двигатель гоночного мотоцикла.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) превращает энергию, выделившуюся при сгорании топлива в работу движения поршня, тот в свою очередь передает ее на коленчатый вал, который может создавать определенный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ при заданных оборотах. Величина крутящего момента, который может создать двигатель, обычно существенно зависит от оборотов.
Для разных двигателей эти параметры будут разными в зависимости от геометрических параметров КШМ (кривошипно-шатунного механизма), типа топлива, массы деталей, формы распределительных валов, системы впрыска топлива и управления зажиганием и т.д. Для маленьких и мощных двигателей необходимо использовать высокооборотистые гидротормоза и индуктивные тормоза Ниже представлены графики различных гидротормозов для испытания двигателей.
Кривая нагружения для высокооборотистого гидротормоза. А для больших дизельных двигателей используются гидротормоза, выдающие максимальное тормозное усилие и мощность на низких оборотах
Кривая нагружения гидротормоза для испытания мощных дизельных двигателей.
Что это означает на практике?
Если отойти от теории, то график мощности и крутящего момента — это основные характеристики двигателя. Когда вы въезжаете на своем автомобиле в горку и пытаетесь поддерживать одну и ту же скорость, вам приходится сильнее нажимать на педаль газа. Многим при этом кажется, что мощность останется та же, т.к. скорость не меняется. Но это не так!
При движении в горку двигатель выдает большую мощность при тех же оборотах.
(при неизменной передаче). Это легко проверить, взглянув на текущий расход топлива.
Также это объясняет, зачем двигателю нужна коробка передач, ведь для эффективного разгона и преодоления подъёмов нам необходимо поддерживать обороты в диапазоне максимальной мощности двигателя.
А вот электромобили обходятся без нее. Кривая крутящего момента и мощности у электродвигателя намного более линейна, и к тому же электродвигатель выдает куда большую мощность на низких оборотах.
Зачем измерять мощность и крутящий момент?
Во-первых это необходимая процедура при разработке и сертификации любого нового двигателя.
Во-вторых эти данные помогут при дальнейшей настройке и доработке двигателя, чтобы добиться наилучших эксплуатационных характеристик.
В третьих кривая мощности и крутящего момента, если её сравнить с паспортной — это прямой показатель технического состояния любого двигателя.
Графики мощности дизельного двигателя до ремонта и после ремонта, полученные с испытательного стенда на базе гидротормоза, который можно приобрести в нашей компании.
Допустимое значение тока
Известно, что зная мощность устройства-потребителя и напряжение сети, путем нехитрых расчетов можно получить значение тока и, найдя ближайшее число в соответствующей таблице ПУЭ, подобрать кабель. Однако сечение, выбранное по длительно допустимому току, предполагает, что кабель будет нагреваться до температуры +65 градусов при воздухе +25. Холодными такие жилы назвать нельзя, поэтому если расчетное и табличное значения находятся слишком близко (например, 14 и 16 А), то имеет смысл использовать кабель с более толстыми жилами. Исключения составляют случаи, когда подключенное устройство потребляет максимальный ток кратковременно (около 10 минут), давая возможность кабелю остыть. Таким образом, подбор без учета особенностей эксплуатации является ошибочным и может применяться лишь для ориентировочных «прикидок».
Расчет сечения кабеля. По мощности, току, длине
Как рассчитать кабель по току, напряжению и длине. Кабели, как известно, бывают разного сечения, материала и с разным количеством жил. Какой из них надо выбрать, чтобы не переплачивать, и одновременно обеспечить безопасную стабильную работу всех электроприборов в доме. Для этого необходимо произвести расчет кабеля. Расчет сечения проводят, зная мощность приборов, питающихся от сети, и ток, который будет проходить по кабелю. Необходимо также знать несколько других параметров проводки.
Основные правила
При прокладке электросетей в жилых домах, гаражах, квартирах чаще всего используют кабель с резиновой или ПВХ изоляцией, рассчитанный на напряжение не более 1 кВ. Существуют марки, которые можно применять на открытом воздухе, в помещениях, в стенах (штробах) и трубах. Обычно это кабель ВВГ или АВВГ с разной площадью сечения и количеством жил.
Применяют также провода ПВС и шнуры ШВВП для подсоединения электрических приборов.
После расчета выбирается максимально допустимое значение сечения из ряда марок кабеля.
Основные рекомендации по выбору сечения находятся в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Выпущено 6-е и 7-е издания, в которых подробно описывается, как прокладывать кабели и провода, устанавливать защиту, распределяющие устройства и другие важные моменты.
За нарушение правил предусмотрены административные штрафы. Но самое главное состоит в том, что нарушение правил может привести к выходу из строя электроприборов, возгоранию проводки и серьезным пожарам. Ущерб от пожара измеряется порой не денежной суммой, а человеческими жертвами.
Важность правильного выбора сечения
Почему расчет сечения кабеля так важен? Чтобы ответить, надо вспомнить школьные уроки физики.
P=U*I* cos φ=I²*R
R – активное сопротивление.
Как видно, мощность зависит от силы тока и сопротивления. Чем больше сопротивление, тем больше выделяется тепла, то есть тем сильнее провода нагреваются. Аналогично для тока. Чем он больше, тем больше греется проводник.
Сопротивление в свою очередь зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения.
R=ρ*l/S
ρ – удельное сопротивление;
l – длина проводника;
S– площадь поперечного сечения.
Видно, что чем меньше площадь, тем больше сопротивление. А чем больше сопротивление, тем проводник сильнее нагревается.
S=π*d²/4
d – диаметр.
Не стоит также забывать удельное сопротивление. Оно зависит от материала, из которого сделаны провода. Удельное сопротивление алюминия больше, чем меди. Значит, при одинаковой площади сильнее нагреваться будет алюминий. Сразу становится понятно, почему алюминиевые провода рекомендуют брать большего сечения, чем медные.
Чтобы каждый раз не вдаваться в длинный расчет сечения кабеля, были разработаны нормы выбора сечения проводов в таблицах.
Расчет сечения провода по мощности и току
Расчет сечения провода зависит от суммарной мощности, потребляемой электрическими приборами в квартире. Ее можно рассчитать индивидуально, или воспользоваться средними характеристиками.
Для точности расчетов составляют структурную схему, на которой изображены приборы. Узнать мощность каждого можно из инструкции или прочитать на этикетке. Наибольшая мощность у электрических печек, бойлеров, кондиционеров. Суммарная цифра должна получиться в диапазоне приблизительно 5-15 кВт.
I=(P*K)/(U*cos φ)
P – мощность в ваттах
U=220 Вольт
K=0,75 – коэффициент одновременного включения;
cos φ=1 для бытовых электроприборов;
I=P/(U*√3*cos φ)
U=380 Вольт
Рассчитав ток, надо воспользоваться таблицами, которые представлены в ПУЭ, и определить сечение провода. В таблицах указан допустимый длительный ток для медных и алюминиевых проводов с изоляцией различного типа. Округление всегда производят в большую сторону, чтобы был запас.
Можно также обратиться к таблицам, в которых сечение рекомендуют определять только по мощности.
Разработаны специальные калькуляторы, по которым определяют сечение, зная потребляемую мощность, фазность сети и протяженность кабельной линии. Следует обращать внимание на условия прокладки (в трубе или на открытом воздухе).
Влияние длины проводки на выбор кабеля
Если кабель очень длинный, то возникают дополнительные ограничения по выбору сечения, так как на протяженном участке происходят потери напряжения, которые в свою очередь приводят к дополнительному нагреву. Для расчета потерь напряжения используют понятие «момент нагрузки». Его определяют как произведение мощности в киловаттах на длину в метрах. Далее смотрят значение потерь в таблицах. Например, если потребляемая мощность составляет 2 кВт, а длина кабеля 40 м, то момент равняется 80 кВт*м. Для медного кабеля сечением 2,5 мм². это означает, что потери напряжения составляют 2-3%.
Если потери будут превышать 5%, то необходимо брать сечение с запасом, больше рекомендованного к использованию при заданном токе.
Расчетные таблицы предусмотрены отдельно для однофазной и трехфазной сети. Для трехфазной момент нагрузки увеличивается, так как мощность нагрузки распределяется по трем фазам. Следовательно, потери уменьшаются, и влияние длины уменьшается.
Потери напряжения важны для низковольтных приборов, в частности, газоразрядных ламп. Если напряжение питания составляет 12 В, то при потерях 3% для сети 220 В падение будет мало заметно, а для низковольтной лампы оно уменьшится почти вдвое. Поэтому важно размещать пускорегулирующие устройства максимально близко к таким лампам.
∆U = (P∙r0+Q∙x0)∙L/ Uн
P — активная мощность, Вт.
Q — реактивная мощность, Вт.
r0 — активное сопротивление линии, Ом/м.
x0 — реактивное сопротивление линии, Ом/м.
Uн – номинальное напряжение, В. (оно указывается в характеристиках электроприборов).
L — длинна линии, м.
ΔU=I*R
R – сопротивление кабеля, рассчитывается по известной формуле R=ρ*l/S;
I – сила тока, находят из закона Ома;
Допустим, у нас получилось, что I=4000 Вт/220 В=18,2 А.
Сопротивление одной жилы медного провода длиной 20 м и площадью 1,5 мм кв. составило R=0,23 Ом. Суммарное сопротивление двух жил равняется 0,46 Ом.
Тогда ΔU=18,2*0,46=8,37 В
В процентном соотношении
На длинных линиях от перегрузок и коротких замыканий устанавливают автоматические выключатели с тепловыми и электромагнитными расцепителями.
Как выбрать сечение кабеля — советы проектировщика
На рынках часто можно увидеть написанные от руки таблички, указывающие, какой кабель необходимо приобрести покупателю в зависимости от ожидаемого тока нагрузки. Не верьте этим табличкам, так как они вводят Вас в заблуждение. Сечение кабеля выбирается не только по рабочему току, но и еще по нескольким параметрам.
Прежде всего, необходимо учитывать, что при использовании кабеля на пределе его возможностей жилы кабеля нагреваются на несколько десятков градусов. Приведенные на рисунке 1 величины тока предполагают нагрев жил кабеля до 65 градусов при температуре окружающей среды 25 градусов.
Если в одной трубе или лотке проложено несколько кабелей, то вследствие их взаимного нагрева (каждый кабель нагревает все остальные кабели) максимально допустимый ток снижается на 10 – 30 процентов.
Также максимально возможный ток снижается при повышенной температуре окружающей среды. Поэтому в групповой сети (сеть от щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников) как правило, используют кабели при токах, не превышающих значений 0,6 – 0,7 от величин, приведенных на рисунке 1.
Рис. 1. Допустимый длительный ток кабелей с медными жилами
Исходя из этого повсеместное использование автоматических выключателей с номинальным токов 25А для защиты розеточных сетей, проложенных кабелями с медными жилами сечением 2,5 мм2 представляет опасность. Таблицы снижающих коэффициентов в зависимости от температуры и количества кабелей в одном лотке можно посмотреть в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
Дополнительные ограничения возникают, когда кабель имеет большую длину. При этом потери напряжения в кабеле могут достичь недопустимых значений. Как правило, при расчете кабелей исходят из максимальных потерь в линии не более 5%.
Потери рассчитать не сложно, если знать величину сопротивления жил кабелей и расчетный ток нагрузки. Но обычно для расчета потерь пользуются таблицами зависимости потерь от момента нагрузки. Момент нагрузки вычисляют как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.
Данные для расчета потерь при однофазном напряжении 220 В показаны в таблице 1. Например для кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм2 при длине кабеля 30 метров и мощности нагрузки 3 кВт момент нагрузки равен 30х3=90, и потери составят 3%. Если расчетное значение потерь превышает 5%, то необходимо выбрать кабель большего сечения.
Таблица 1. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 220 В при заданном сечении проводника
По таблице 2 можно определить потери в трехфазной линии. Сравнивая таблицы 1 и 2 можно заметить, что в трехфазной линии с медными проводниками сечением 2,5 мм2 потерям 3% соответствует в шесть раз больший момент нагрузки.
Тройное увеличение величины момента нагрузки происходит вследствие распределения мощности нагрузки по трем фазам, и двойное – за счет того, что в трехфазной сети при симметричной нагрузке (одинаковых токах в фазных проводниках) ток в нулевом проводнике равен нулю. При несимметричной нагрузке потери в кабеле возрастают, что необходимо учитывать при выборе сечения кабеля.
Таблица 2. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в трехфазной четырехпроводной линии с нулем на напряжение 380/220 В при заданном сечении проводника
Потери в кабеле сильно сказываются при использовании низковольтных, например галогенных ламп. Это и понятно: если на фазном и нулевом проводниках упадет по 3 Вольта, то при напряжении 220 В мы этого скорее всего не заметим, а при напряжении 12 В напряжение на лампе упадет вдвое до 6 В. Именно поэтому трансформаторы для питания галогенных ламп необходимо максимально приближать к лампам. Например при длине кабеля 4,5 метра сечением 2,5 мм2 и нагрузке 0,1 кВт (две лампы по 50 Вт) момент нагрузки равен 0,45, что соответствует потерям 5% (Таблица 3).
Таблица 3. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 12 В при заданном сечении проводника
Приведенные таблицы не учитывают увеличения сопротивления проводников от нагрева за счет протекания по ним тока. Поэтому если кабель используется при токах 0,5 и более от максимально допустимого тока кабеля данного сечения, то необходимо вводить поправку. В простейшем случае если Вы рассчитываете получить потери не более 5%, то рассчитывайте сечение исходя из потерь 4%. Также потери могут возрасти при наличии большого количества соединений жил кабелей.
Кабели с алюминиевыми жилами имеют сопротивление в 1,7 раза большее по сравнению с кабелями с медными жилами, соответственно и потери в них в 1,7 раза больше.
Вторым ограничивающим фактором при больших длинах кабеля является превышение допустимого значения сопротивления цепи фаза – ноль. Для защиты кабелей от перегрузок и коротких замыканий, как правило, используют автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Такие выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители.
Электромагнитный расцепитель обеспечивает мгновенное (десятые и даже сотые доли секунды) отключение аварийного участка сети при коротком замыкании. Например автоматический выключатель, имеющий обозначение С25, имеет тепловой расцепитель на 25 А и электромагнитный на 250А. Автоматические выключатели группы «С» имеют кратность отключающего тока электромагнитного расцепителя к тепловому от 5 до 10. Но при расчете линии на ток короткого замыкания берется максимальное значение.
В общее сопротивление цепи фаза – ноль включаются: сопротивление понижающего трансформатора трансформаторной подстанции, сопротивление кабеля от подстанции до вводного распределительного устройства (ВРУ) здания, сопротивление кабеля, проложенного от ВРУ к распределительному устройству (РУ) и сопротивление кабеля собственно групповой линии, сечение которого необходимо определить.
Если линия имеет большое количество соединений жил кабеля, например групповая линия из большого количества светильников, соединенных шлейфом, то сопротивление контактных соединений также подлежит учету. При очень точных расчетах учитывают сопротивление дуги в месте замыкания.
Полное сопротивление цепи фаза-ноль для четырехжильных кабелей приведены в таблице 4. В таблице учтены сопротивления как фазного, так и нулевого проводника. Значения сопротивлений приведены при температуре жил кабелей 65 градусов. Таблица справедлива и для двухпроводных линий.
Таблица 4. Полное сопротивление цепи фаза — ноль для 4-жильных кабелей, Ом/км при температуре жил 65 о С
В городских трансформаторных подстанциях, как правило, установлены трансформаторы мощностью от 630 кВА и более, имеющие выходное сопротивление Rтп менее 0,1 Ома. В сельских районах могут быть использованы трансформаторы на 160 – 250 кВА, имеющие выходное сопротивление порядка 0,15 Ом, и даже трансформаторы на 40 – 100 кВА, имеющие выходное сопротивление 0,65 – 0,25 Ом.
Кабели питающей сети от городских трансформаторных подстанций к ВРУ домов, как правило используют с алюминиевыми жилами с сечением фазных жил не менее 70 – 120 мм2. При длине этих линий менее 200 метров сопротивление цепи фаза – ноль питающего кабеля (Rпк) можно принять равным 0,3 Ом. Для более точного расчета необходимо знать длину и сечение кабеля, либо измерить это сопротивление. Один из приборов для таких измерений (прибор Вектор) показан на рис. 2.
Рис. 2. Прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль «Вектор»
Сопротивление линии должно быть таким, чтобы при коротком замыкании ток в цепи гарантированно превысил ток срабатывания электромагнитного расцепителя. Соответственно, для автоматического выключателя С25 ток короткого замыкания в линии должен превысить величину 1,15х10х25=287 А, здесь 1,15 – коэффициент запаса.
Следовательно, сопротивление цепи фаза – ноль для автоматического выключателя С25 должно быть не более 220В/287А=0,76 Ом. Соответственно для автоматического выключателя С16 сопротивление цепи не должно превышать 220В/1,15х160А=1,19 Ом и для автомата С10 – не более 220В/1,15х100=1,91 Ом.
Таким образом, для городского многоквартирного дома, принимая Rтп=0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при использовании в розеточной сети кабеля с медными жилами с сечением 2,5 мм2, защищенного автоматическим выключателем С16, сопротивление кабеля Rгр (фазного и нулевого проводников) не должно превышать Rгр=1,19 Ом – Rтп – Rпк = 1,19 – 0,1 – 0,3 = 0,79 Ом. По таблице 4 находим его длину – 0,79/17,46 = 0,045 км, или 45 метров. Для большинства квартир этой длины бывает достаточно.
При использовании автоматического выключателя С25 для защиты кабеля сечением 2,5 мм2 сопротивление цепи должно быть менее величины 0,76 – 0,4 = 0,36 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 0,36/17,46 = 0,02 км, или 20 метров.
При использовании автоматического выключателя С10 для защиты групповой линии освещения, выполненной кабелем с медными жилами сечением 1,5 мм2 получаем максимально допустимое сопротивление кабеля 1,91 – 0,4 = 1,51 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 1,51/29,1 = 0,052 км, или 52 метра. Если такую линию защищать автоматическим выключателем С16, то максимальная длина линии составит 0,79/29,1 = 0,027 км, или 27 метров.
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Секреты электрика