Kaabli ristlõike arvutamine võimsuse ja voolu järgi: kuidas juhtmestikku õigesti arvutada

Kas plaanite teha elektrivõrgu moderniseerimine või lisaks pikendada elektriliini kööki uue elektripliidi ühendamiseks? Siin on kasulikud minimaalsed teadmised juhi ristlõike ja selle parameetri mõju kohta võimsusele ja voolule.

Nõustuge, et kaabli ristlõike vale arvutamine põhjustab ülekuumenemist ja lühist või põhjendamatuid kulusid.

Kuna rikke tõttu on väga oluline arvutused läbi viia projekteerimisetapis peidetud juhtmestik ja hilisem asendamine on seotud märkimisväärsete kuludega. Aitame teil mõista arvutuste keerukust, et vältida probleeme elektrivõrkude edasises töös.

Selleks, et mitte koormata teid keerukate arvutustega, oleme valinud selged valemid ja arvutusvalikud, esitanud teabe kättesaadaval kujul ja varustanud valemid koos selgitustega. Artiklile on lisatud ka temaatilised fotod ja videomaterjalid, mis võimaldavad teil arusaadava probleemi olemust selgelt mõista.

Tarbija võimsuse ristlõike arvutamine

Juhtide põhieesmärk on tarnida tarbijatele elektrienergiat vajalikus koguses. Kuna tavalistes töötingimustes ülijuhte ei ole, tuleb arvestada juhi materjali takistusega.

Vajaliku lõigu arvutamine juhtmed ja kaablid sõltuvalt tarbijate koguvõimsusest põhineb pikaajalisel kasutuskogemusel.

Alustame üldist arvutuskäiku, tehes esmalt arvutused valemiga:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Kus:

• P – kõigi arvutatud haruga ühendatud tarbijate võimsus vattides.
• P1, P2, PN – vastavalt esimese, teise, n-nda tarbija võimsus vattides.

Olles ülaltoodud valemi abil arvutuste lõpus saadud tulemuse, oli aeg pöörduda tabeliandmete poole.

Nüüd peate valima vajaliku jaotise vastavalt tabelile 1.

Tabel 1. Traadi ristlõige tuleb alati valida lähima suurema küljeni (+)

Etapp #1 - reaktiiv- ja aktiivvõimsuse arvutamine

Tarbijavõimsused on näidatud seadmete dokumentides. Tavaliselt näitavad seadmete andmelehed aktiivvõimsust koos reaktiivvõimsusega.

Aktiivset tüüpi koormusega seadmed muudavad kogu saadud elektrienergia, võttes arvesse efektiivsust, kasulikuks tööks: mehaaniliseks, termiliseks või muud tüüpi.

Aktiivkoormusega seadmete hulka kuuluvad hõõglambid, küttekehad ja elektripliidid.

Selliste seadmete puhul on võimsuse arvutamine voolu ja pinge järgi järgmine:

P=U*I,

Kus:

• P – võimsus W;
• U – pinge V;
• I – voolutugevus A-s.

Reaktiivse koormusega seadmed suudavad koguda allikast tulevat energiat ja seejärel tagastada. See vahetus toimub voolu sinusoidi ja pinge sinusoidi nihke tõttu.

Nullfaasi nihke korral on võimsusel P=U*I alati positiivne väärtus. Aktiivset tüüpi koormusega seadmetel on selline voolu ja pinge faaside graafik (I, i - vool, U, u - pinge, π - pi võrdub 3,14)

Reaktiivvõimsusega seadmete hulka kuuluvad elektrimootorid, igas suuruses ja otstarbega elektroonikaseadmed ning trafod.

Kui voolu sinusoidi ja pinge sinusoidi vahel on faasinihe, võib võimsus P=U*I olla negatiivne (I, i - vool, U, u - pinge, π - pi võrdne 3,14). Reaktiivvõimsusseade tagastab salvestatud energia tagasi allikale

Elektrivõrgud on ehitatud nii, et need suudavad elektrienergiat ühes suunas allikast koormusele üle kanda.

Seetõttu on reaktiivkoormusega tarbijalt tagastatav energia parasiitne ja raisatakse juhtide ja muude komponentide soojendamiseks.

Reaktiivvõimsus sõltub pinge ja voolu sinusoidide vahelisest faasinurgast. Faasinihke nurka väljendatakse läbi cosφ.

Koguvõimsuse leidmiseks kasutage valemit:

P = Q / cosφ,

Kus K – reaktiivvõimsus VAR-is.

Tavaliselt näitab seadme andmeleht reaktiivvõimsust ja cosφ.

Näide: haamertrelli passis on märgitud reaktiivvõimsus 1200 VAr ja cosφ = 0,7.Seega on kogu energiatarve võrdne:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Kui cosφ ei leitud, võib enamiku kodumajapidamises kasutatavate elektriseadmete puhul võtta cosφ väärtuseks 0,7.

2. etapp – samaaegsuse ja marginaali koefitsientide otsimine

K – dimensioonita samaaegsuse koefitsient, näitab, mitu tarbijat saab korraga võrku ühendada. Harva juhtub, et kõik seadmed tarbivad korraga elektrit.

Teleri ja muusikakeskuse samaaegne töötamine on ebatõenäoline. Väljakujunenud praktika kohaselt võib K olla võrdne 0,8-ga. Kui kavatsete kasutada kõiki tarbijaid korraga, tuleks K väärtuseks määrata 1.

J – mõõtmeteta ohutustegur. Iseloomustab tulevaste tarbijate jaoks võimsusreservi loomist.

Edusammud ei seisa paigal, igal aastal leiutatakse uusi hämmastavaid ja kasulikke elektriseadmeid. 2050. aastaks prognoositakse elektritarbimise kasvu 84%. Tavaliselt peetakse J väärtust 1,5 ja 2,0 vahel.

3. etapp – arvutuste tegemine geomeetrilisel meetodil

Kõigis elektriarvutustes võetakse juhi ristlõikepindala - südamiku ristlõige. Mõõdetud mm².

Sageli on vaja õppida õigesti arvutama traadi läbimõõt juhtjuhtmed.

Sel juhul on monoliitse ümmarguse traadi jaoks lihtne geomeetriline valem:

S = π*R² = π*D²/4, või vastupidi

D = √(4*S / π)

Ristkülikukujuliste juhtmete jaoks:

S = h * m,

Kus:

• S – südamiku pindala mm²;
• R – südamiku raadius mm;
• D – südamiku läbimõõt mm;
• h, m – laius ja kõrgus vastavalt mm;
• π — pi võrdub 3,14.

Kui ostate keerdunud traadi, milles üks juht koosneb paljudest ümmarguse ristlõikega keerutatud juhtmetest, tehakse arvutus järgmise valemi järgi:

S = N*D²/1,27,

Kus N – juhtmete arv südamikus.

Mitmest juhtmest keerutatud südamikuga juhtmed on üldiselt parema juhtivusega kui monoliitsed. See on tingitud ümmarguse ristlõikega juhi läbiva voolu iseärasustest.

Elektrivool on sarnaste laengute liikumine mööda juhti. Nagu laengud tõrjuvad üksteist, nii nihkub laengu jaotuse tihedus juhi pinna poole.

Keerutatud juhtmete teine ​​eelis on nende paindlikkus ja mehaaniline vastupidavus. Monoliitsed juhtmed on odavamad ja neid kasutatakse peamiselt statsionaarseks paigaldamiseks.

Etapp #4 — arvutage võimsuse ristlõige praktikas

Ülesanne: tarbijate koguvõimsus köögis on 5000 W (see tähendab, et kõigi reaktiivtarbijate võimsus on ümber arvutatud). Kõik tarbijad on ühendatud ühefaasilise 220 V võrguga ja saavad toite ühest harust.

Tabel 2. Kui kavatsete tulevikus ühendada täiendavaid tarbijaid, on tabelis näidatud tavaliste kodumasinate vajalik võimsus (+)

Lahendus:

Võtame samaaegsuse koefitsiendi K väärtusega 0,8. Köök on pideva uuenduste koht, kunagi ei tea, turvategur on J=2,0. Hinnanguline koguvõimsus on:

P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW

Arvutatud võimsuse väärtust kasutades otsime tabelist 1 lähima väärtuse.

Ühefaasilise võrgu jaoks on lähim sobiv südamiku ristlõige 4 mm ristlõikega vaskjuht². Sarnase traadi läbimõõt 6 mm alumiiniumsüdamikuga².

Ühesoonelise juhtmestiku minimaalne läbimõõt on vastavalt 2,3 mm ja 2,8 mm.Mitmetuumalise võimaluse kasutamise korral summeeritakse üksikute südamike ristlõige.

Voolu ristlõike arvutamine

Kaablite ja juhtmete vajaliku voolu ja võimsuse ristlõike arvutamine annab täpsemad tulemused.Sellised arvutused võimaldavad hinnata erinevate tegurite üldist mõju juhtidele, sealhulgas soojuskoormus, juhtmete mark, paigaldusviis, töötingimused jne.

Kogu arvutus viiakse läbi järgmistes etappides:

• kõigi tarbijate võimsuse valik;
• juhti läbivate voolude arvutamine;
• sobiva ristlõike valik tabelite abil.

Selle arvutusvaliku puhul võetakse tarbijate võimsus voolu ja pinge osas parandustegureid arvesse võtmata. Neid võetakse voolutugevuse summeerimisel arvesse.

1. etapp - voolutugevuse arvutamine valemite abil

Neile, kes on kooli füüsikakursuse unustanud, pakume visuaalse petulehena põhivalemeid graafilise diagrammi kujul:

"Klassikaline ratas" näitab selgelt valemite seost ja elektrivoolu omaduste vastastikust sõltuvust (I - voolutugevus, P - võimsus, U - pinge, R - südamiku raadius)

Kirjutame üles voolu I sõltuvus võimsusest P ja liinipingest U:

I = P/U_l,

Kus:

• I — voolutugevus amprites;
• P — võimsus vattides;
• U_l — liini pinge voltides.

Liinipinge sõltub üldiselt toiteallikast, see võib olla ühe- või kolmefaasiline.

Lineaar- ja faasipinge vaheline seos:

1. U_l = U*cosφ ühefaasilise pinge korral.
2. U_l = U*√3*cosφ kolmefaasilise pinge korral.

Kodumajapidamises kasutatavate elektritarbijate puhul aktsepteeritakse cosφ=1, nii et lineaarpinge saab ümber kirjutada:

1. U_l = 220 V ühefaasilise pinge jaoks.
2. U_l = 380 V kolmefaasilise pinge jaoks.

Järgmisena võtame kõik tarbitud voolud kokku järgmise valemi abil:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Kus:

• I – koguvool amprites;
• I1..IN – iga tarbija voolutugevus amprites;
• K – samaaegsuse koefitsient;
• J - ohutustegur.

Koefitsientide K ja J väärtused on samad, mis koguvõimsuse arvutamisel.

Võib juhtuda, et kolmefaasilises võrgus liigub erinevate faasijuhtide kaudu ebavõrdse tugevusega vool.

See juhtub siis, kui ühe- ja kolmefaasilised tarbijad on samaaegselt ühendatud kolmefaasilise kaabliga. Näiteks toidetakse kolmefaasilist masinat ja ühefaasilist valgustust.

Tekib loomulik küsimus: kuidas arvutatakse sellistel juhtudel keerdunud traadi ristlõiget? Vastus on lihtne – arvutused tehakse enimkoormatud tuuma põhjal.

2. etapp – sobiva lõigu valimine tabelite abil

Elektripaigaldiste (PEU) tööreeglid sisaldavad mitmeid tabeleid kaabli südamiku vajaliku ristlõike valimiseks.

Juhti juhtivus sõltub temperatuurist. Metalljuhtide takistus suureneb temperatuuri tõustes.

Teatud läve ületamisel muutub protsess isemajandavaks: mida suurem on takistus, seda kõrgem on temperatuur, seda suurem on takistus jne. kuni juht läbi põleb või põhjustab lühise.

Järgmised kaks tabelit (3 ja 4) näitavad juhtmete ristlõiget sõltuvalt vooludest ja paigaldusviisist.

Tabel 3. Esiteks peate valima juhtmete paigaldamise meetodi, see määrab, kui tõhus on jahutus (+)

Kaabel erineb traadist selle poolest, et kõik kaablisüdamikud, mis on varustatud oma isolatsiooniga, on keeratud kimpu ja suletud ühisesse isolatsioonikestasse. Lisateavet kaablitoodete erinevuste ja tüüpide kohta on selles kirjas artiklit.

Tabel 4. Avatud meetod on näidatud kõigi juhtmete ristlõike väärtuste jaoks, kuid praktikas ei paigaldata alla 3 mm2 sektsioone mehaanilise tugevuse tõttu (+)

Tabelite kasutamisel rakendatakse lubatud pidevvoolule järgmisi koefitsiente:

• 0,68 kui 5-6 südamikku;
• 0,63, kui 7-9 südamikku;
• 0,6 kui 10-12 südamikku.

Vähendustegureid rakendatakse veerus "avatud" praegustele väärtustele.

Null- ja maandusjuhtmed ei sisaldu juhtmete arvus.

Vastavalt PES standarditele tehakse nulljuhtme ristlõike valik lubatud pidevvoolu järgi vähemalt 50% faasijuhist.

Järgmised kaks tabelit (5 ja 6) näitavad lubatud pikaajalise voolu sõltuvust selle maasse asetamisel.

Tabel 5. Vaskkaablite lubatud pikaajalise voolu sõltuvused õhus või maapinnas

Voolukoormus lahtiselt ja sügavale maasse laotamisel erineb. Neid aktsepteeritakse võrdsetena, kui maasse laotamine toimub kandikute abil.

Tabel 6. Alumiiniumkaablite lubatud pidevvoolu sõltuvused õhus või maapinnas

Ajutiste toiteliinide paigaldamisel (kandes, kui erakasutuseks), kehtib järgmine tabel (7).

Tabel 7. Lubatud pidevvool kaasaskantavate voolikujuhtmete, teisaldatavate vooliku- ja võllikaablite, prožektori kaablite, painduvate kaasaskantavate juhtmete kasutamisel. Kasutatakse ainult vaskjuhte

Kaablite paigaldamisel maasse tuleb lisaks soojuse hajumise omadustele arvestada ka eritakistusega, mis kajastub järgmises tabelis (8):

Tabel 8. Mulla tüübist ja eritakistusest olev parandustegur lubatava pikaajalise voolu korral, kaabli ristlõike (+) arvutamisel

Kuni 6 mm vasesüdamike arvutamine ja valik² või alumiiniumist kuni 10 mm² tehakse nagu pideva voolu puhul.

Suurte ristlõigete korral on võimalik rakendada vähendustegurit:

0,875 * √T_pv

Kus T_pv — lülituskestuse ja tsükli kestuse suhe.

Sisselülitamise kestuseks loetakse mitte rohkem kui 4 minutit. Sel juhul ei tohiks tsükkel ületada 10 minutit.

Valides kaablit elektri jaotamiseks puumaja Erilist tähelepanu pööratakse selle tulekindlusele.

3. etapp - juhi praeguse ristlõike arvutamine näite abil

Ülesanne: arvutage vajalik osa vaskkaabel ühendamiseks:

• kolmefaasiline puidutöötlemismasin võimsusega 4000 W;
• kolmefaasiline keevitusmasin võimsusega 6000 W;
• majas olevad kodumasinad koguvõimsusega 25 000 W;

Ühendus tehakse viiesoonelise kaabliga (kolm faasijuhet, üks null ja üks maandus), mis asetatakse maasse.

Kaabli- ja traaditoodete isolatsioon arvutatakse kindla tööpinge jaoks. Arvestada tuleks sellega, et tema toote tootja poolt näidatud tööpinge peab olema võrgupingest kõrgem

Lahendus.

Samm 1. Arvutame kolmefaasilise ühenduse lineaarpinge:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Samm nr 2. Kodumasinad, tööpink ja keevitusmasin on reaktiivvõimsusega, seega on masinate ja seadmete võimsus:

P_need = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Samm nr 3. Kodumasinate ühendamiseks vajalik vool:

I_need = 35700 / 220 = 162 A

Samm nr 4. Seadmete ühendamiseks vajalik vool:

I_obor = 14300 / 380 = 38 A

Samm nr 5. Kodumasinate ühendamiseks vajalik vool arvutatakse ühe faasi alusel. Vastavalt probleemile on kolm faasi. Seetõttu saab voolu faaside vahel jaotada. Lihtsuse huvides eeldame ühtlast jaotust:

I_need = 162/3 = 54 A

Samm nr 6. Voolutugevus faasi kohta:

I_f = 38 + 54 = 92 A

Samm nr 7. Seadmed ja kodumasinad korraga tööle ei hakka, lisaks paneme kõrvale 1,5 reservi. Pärast parandustegurite rakendamist:

I_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Samm nr 8. Kuigi kaabel sisaldab 5 südamikku, võetakse arvesse ainult kolm faasisüdamikku. Vastavalt tabelile 8 veerus kolmesooneline kaabel maas leiame, et vool 115 A vastab 16 mm südamiku ristlõikele².

Samm nr 9. Vastavalt tabelile 8 rakendame parandustegurit sõltuvalt maa omadustest. Tavalise maanduse puhul on koefitsient 1.

Samm nr 10. Soovi korral arvutage südamiku läbimõõt:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Kui arvutada ainult võimsuse järgi, arvestamata kaabli paigaldamise iseärasusi, siis oleks südamiku ristlõige 25 mm². Voolu arvutamine on keerulisem, kuid mõnikord võimaldab teil oluliselt säästa raha, eriti kui tegemist on mitmetuumaliste toitekaablitega.

Lisateavet pinge ja voolu väärtuste vahelise seose kohta saate lugeda siin.

Pingelanguse arvutamine

Igal juhil, välja arvatud ülijuhtidel, on takistus. Seega, kui kaabel või juhe on piisavalt pikk, tekib pingelangus.

PES-i standardid nõuavad, et kaabli südamiku ristlõige peab olema selline, et pingelangus ei oleks suurem kui 5%.

Tabel 9. Tavaliste metalljuhtide eritakistus (+)

See puudutab eelkõige väikese ristlõikega madalpingekaableid.

Pingelanguse arvutamine on järgmine:

R = 2*(ρ * L)/S,

U_pad = I * R,

U_% = (U_pad /u_lin) * 100,

Kus:

• 2 - koefitsient, mis tuleneb asjaolust, et vool voolab tingimata läbi kahe juhtme;
• R – juhi takistus, ohm;
• ρ — juhi eritakistus, Ohm*mm²/m;
• S – juhi ristlõige, mm²;
• U_pad – languspinge, V;
• U_% - pinge langus U suhtes_lin,%.

Valemite abil saate iseseisvalt teha vajalikud arvutused.

Kandearvutuse näide

Ülesanne: arvutage pingelang vasktraadi jaoks, mille ühe südamiku ristlõige on 1,5 mm². Traat on vajalik ühefaasilise elektrikeevitusmasina ühendamiseks koguvõimsusega 7 kW. Traadi pikkus 20 m.

Kodumajapidamises kasutatava keevitusmasina elektrivõrgu haruga ühendada soovijatel tuleks arvestada voolusõelaga, mille jaoks kasutatav kaabel on mõeldud. Võimalik, et tööseadmete koguvõimsus võib olla suurem. Parim võimalus on ühendada tarbijad eraldi filiaalidega

Lahendus:

Samm 1. Arvutame vasktraadi takistuse tabeli 9 abil:

R = 2* (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 oomi

Samm nr 2. Juhti läbiv vool:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Samm nr 3. Pingelangus juhtmel:

U_pad = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Samm nr 4. Arvutame pingelanguse protsendi:

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

Järeldus: keevitusmasina ühendamiseks on vaja suure ristlõikega juhti.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Juhi ristlõike arvutamine valemite abil:

Spetsialistide soovitused kaabli- ja traattoodete valikul:

Ülaltoodud arvutused kehtivad tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud vask- ja alumiiniumjuhtmete puhul. Muud tüüpi juhtmete puhul on kogu soojusülekanne eelnevalt välja arvutatud.

Nende andmete põhjal arvutatakse maksimaalne vool, mis võib läbi juhtme voolata ilma liigset kuumenemist põhjustamata.

Kui teil on küsimusi kaabli ristlõike arvutamise meetodi kohta või soovite jagada oma isiklikku kogemust, jätke selle artikli kohta kommentaarid.Ülevaate jaotis asub allpool.