Как выбрать сечение провода по мощности: по мощности, току, с учетом длины

по мощности, току, с учетом длины

При прокладке электропроводки требуется знать, кабель с жилами какого сечения вам надо будет прокладывать. Выбор сечения кабеля можно делать либо по потребляемой мощности, либо по потребляемому току. Также учитывать надо длину кабеля и способ укладки. 

Содержание статьи

Выбираем сечение кабеля по мощности

Подобрать сечение провода можно по мощности приборов, которые будут подключаться. Эти приборы называются нагрузкой и метод может еще называться «по нагрузке». Суть его от этого не меняется.

Собираем данные

Для начала находите в паспортных данных бытовой техники потребляемую мощность, выписываете ее на листочек. Если так проще, можно посмотреть на шильдиках — металлических пластинах или стикерах, закрепленных на корпусе техники и аппаратуры. Там есть основная информация и, чаще всего, присутствует мощность. Опознать ее проще всего по единицам измерения.

Если и этот источник недоступен (информация затерлась, например, или вы только планируете приобрести технику, но еще не определились с моделью), можно взять среднестатистические данные. Для удобства они сведены в таблицу.

Находите ту технику, которую планируете ставить, выписываете мощность. Дана она порой с большим разбросом, так что иногда трудно понять, какую цифру брать. В данном случае, лучше брать по-максимуму. В результате при расчетах у вас будет несколько завышена мощность оборудования и потребуется кабель большего сечения. Но для вычисления сечения кабеля это хорошо.

Суть метода

Чтобы подобрать сечение провода по нагрузке, складываете мощности приборов, которые будут подключаться к данному проводнику. При этом важно, чтобы все мощности были выражены в одинаковых единицах измерения — или в ваттах (Вт), или в киловаттах (кВт). Если есть разные значения, приводим их к единому результату. Для перевода киловатты умножают на 1000, и получают ватты. Например, переведем в ватты 1,5 кВт. Это будет 1,5 кВт * 1000 = 1500 Вт.

Если необходимо, можно провести обратное преобразование — ватты перевести в киловатты. Для это цифру в ваттах делим на 1000, получаем кВт. Например, 500 Вт / 1000 = 0,5 кВт.

Далее, собственно, начинается выбор сечения кабеля. Все очень просто — пользуемся таблицей.

Чтобы найти нужное сечение кабеля в соответствующем столбике — 220 В или 380 В — находим цифру, которая равна или чуть больше посчитанной нами ранее мощности. Столбик выбираем исходя из того, сколько фаз в вашей сети. Однофазная — 220 В, трехфазная 380 В.

В найденной строчке смотрим значение в первом столбце. Это и будет требуемое сечение кабеля для данной нагрузки (потребляемой мощности приборов). Кабель с жилами такого сечения и надо будет искать.

Немного о том, медный провод использовать или алюминиевый. В большинстве случаев, при прокладке проводки в доме или  квартире, используют кабели с медными жилами. Такие кабели дороже алюминиевых, но они более гибкие, имеют меньшее сечение, работать с ними проще. Но, медные кабели с большого сечения, ничуть не более гибкие чем алюминиевые. И при больших нагрузках — на вводе в дом, в квартиру при большой планируемой мощности (от 10 кВт и больше) целесообразнее использовать кабель с алюминиевыми проводниками — можно немного сэкономить.

Как рассчитать сечение кабеля по току

Можно подобрать сечение кабеля по току. В этом случае проводим ту же работу — собираем данные о подключаемой нагрузке, но ищем в характеристиках максимальный потребляемый ток. Собрав все значения, суммируем их. Затем пользуемся все той же таблицей. Только ищем ближайшее большее значение в столбике, подписанном «Ток». В той же строке смотрим сечение провода.

Например, надо подключить варочную панель с пиковым потреблением тока 16 А. Будем прокладывать медный кабель, потому смотрим в соответствующей колонке — третья слева.  Так как нет значения ровно 16 А, смотрим в строчке 19 А — это ближайшее большее. Подходящее сечение 2,0 мм

Обращать внимание не строчку с чуть меньшим значением нельзя. В этом случае при максимальной нагрузке проводник будет сильно греться, что может привести к тому, что расплавится изоляция. Что может быть дальше? Может сработать автомат защиты, если он установлен. Это самый благоприятный вариант. Может выйти из строя бытовая техника или начаться пожар. Потому выбор сечения кабеля всегда делайте по большему значению. В этом случае можно будет позже установить оборудование даже немного больше по мощности или потребляемому току без переделки проводки.

Расчет кабеля по мощности и длине

Если линия электропередачи длинная — несколько десятков или даже сотен метров — кроме нагрузки или потребляемого тока необходимо учитывать потери в самом кабеле. Обычно большие расстояния линий электропередачи при вводе электричества от столба в дом. Хоть все данные должны быть указаны в проекте, можно перестраховаться и проверить. Для этого надо знать выделенную мощность на дом и расстояние от столба до дома. Далее по таблице можно подобрать сечение провода с учетом потерь на длине.

Вообще, при прокладке электропроводки, лучше всегда брать некоторый запас по сечению проводов. Во-первых, при большем сечении меньше будет греться проводник, а значит и изоляция. Во-вторых, в нашей жизни появляется все больше устройств, работающих от электричества. И никто не может дать гарантии, что через несколько лет вам не понадобиться поставить еще пару новых устройств в дополнение к старым. Если запас существует, их можно будет просто включить. Если его нет, придется мудрить — или менять проводку (снова) или следить за тем, чтобы не включались одновременно мощные электроприборы.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Как все мы знаем, при прохождении тока по проводнику он нагревается. Чем больше ток, тем больше тепла выделяется. Но, при прохождении одного и того же тока, по проводникам, с разным сечением, количество выделяемого тепла изменяется: чем меньше сечение, тем больше выделяется тепла.

В связи с этим, при открытой прокладке проводников его сечение может быть меньше — он быстрее остывает, так как тепло передается воздуху. При этом проводник быстрее остывает, изоляция не испортится. При закрытой прокладке ситуация хуже — медленнее отводится тепло. Потому для закрытой прокладке — в кабель каналах, трубах, в стене — рекомендуют брать кабель большего сечения.

Выбор сечения кабеля с учетом типа его прокладки также можно провести при помощи таблицы. Принцип описывали раньше, ничего не изменяется. Просто учитывается еще один фактор.

И напоследок несколько практических советов. Отправляясь на рынок за кабелем, возьмите с собой штангенциркуль . Слишком часто заявленное сечение не совпадает с реальностью. Разница может быть в 30-40%, а это очень много. Чем вам это грозит? Выгоранием проводки со всеми вытекающими последствиями. Потому лучше прямо на месте проверять действительно ли у данного кабеля требуемое сечение жилы (диаметры и соответствующие сечения кабеля есть в таблице выше). А подробнее про определение сечения кабеля по его диаметру можно прочесть тут.

Расчёт сечения кабеля по мощности и току: формулы и примеры

Вы планируете заняться или дополнительно протянуть силовую линию на кухню для подключения новой электроплиты? Здесь пригодятся минимальные знания о сечении проводника и влиянии этого параметра на мощность и силу тока.

Согласитесь, что неправильный расчёт сечения кабеля приводит к перегреву и короткому замыканию или к неоправданным расходам.

Очень важно провести вычисления на стадии проектирования, так как выход из строя скрытой проводки и последующая замена сопряжена со значительными издержками. Мы поможем вам разобраться с тонкостями проведения расчетов, чтобы избежать проблем при дальнейшей эксплуатации электросетей.

Чтобы не нагружать вас сложными расчетами, мы подобрали понятные формулы и варианты вычислений, привели информацию в доступном виде, снабдив формулы пояснениями. Также в статью добавили тематические фото и видеоматериалы, позволяющие наглядно понять суть рассматриваемого вопроса.

Содержание статьи:

Расчет сечения по мощности потребителей

Основное назначение проводников – доставка электрической энергии к потребителям в необходимом количестве. Поскольку в обычных условиях эксплуатации сверхпроводники не доступны, приходится принимать в расчет сопротивление материала проводника.

Расчет необходимого сечения в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации.

Галерея изображений

Фото из

Различные виды кабеля для устройства проводки

Разная толщина у проводников для бытовой эксплуатации

Число жил в различных марках кабеля

Варианты многожильного кабеля

Общий ход вычислений начнем с того, что сначала проводим расчеты, используя формулу:

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

Где:

• P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.
• P1, P2, PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.

Получив результат по окончанию вычислений по вышеприведенной формуле, настал черед обратиться к табличным данным.

Теперь предстоит выбор необходимого сечения по таблице 1.

Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)

Этап #1 — расчет реактивной и активной мощности

Мощности потребителей указаны в документах на оборудование. Обычно в паспортах оборудования указана активная мощность вместе с  реактивной мощностью.

Устройства с активным видом нагрузки превращают всю полученную электрическую энергию, с учетом КПД,  в полезную работу: механическую, тепловую или в другой ее вид.

К устройствам с активной нагрузкой относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты.

Для таких устройств расчет мощности по току и напряжению имеет вид:

P = U * I,

Где:

• P – мощность в Вт;
• U – напряжение в В;
• I – сила тока в А.

Устройства с реактивным видом нагрузки способны накапливать энергию поступающую от источника, а затем возвращать. Происходит такой обмен за счет смещения синусоиды силы тока и синусоиды напряжения.

При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14)

К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.

Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику

Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.

Поэтому возвращенная энергия потребителя с реактивной нагрузкой является паразитной и тратится на нагрев проводников и других компонентов.

Реактивная мощность имеет зависимость от угла смещения фаз между синусоидами напряжения и тока. Угол смещения фаз выражают через cosφ.

Для нахождения полной мощности применяют формулу:

P = Q / cosφ,

Где Q – реактивная мощность в ВАрах.

Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.

Пример: в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200 ВАр и cosφ = 0,7. Следовательно, общая потребляемая мощность будет равна:

P = 1200/0,7 = 1714 Вт

Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.

Этап #2 — поиск коэффициентов одновременности и запаса

K – безразмерный коэффициент одновременности, показывает сколько потребителей одновременно может быть включено в сеть. Редко случается, чтобы все устройства одновременно потребляли электроэнергию.

Маловероятна одновременная работа телевизора и музыкального центра. Из устоявшейся практики K можно принять равным 0,8. Если Вы планируете использовать все потребители одновременно, K следует принять равным 1.

J – безразмерный коэффициент запаса. Характеризует создание запаса по мощности для будущих потребителей.

Прогресс не стоит на месте, с каждым годом изобретаются все новые удивительные и полезные электрические приборы. Ожидается, что к 2050 году рост потребления электроэнергии составит 84%. Обычно J принимается равным от 1,5 до 2,0.

Этап #3 — выполнение расчета геометрическим методом

Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм².

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать проволоки проводника.

В этом случае есть простая геометрическая формула для монолитного провода круглого сечения:

S = π*R² = π*D²/4, или наоборот

D = √(4*S / π)

Для проводников прямоугольного сечения:

S = h * m,

Где:

• S – площадь жилы в мм²;
• R – радиус жилы в мм;
• D – диаметр жилы в мм;
• h, m – ширина и высота соответственно в мм;
• π – число пи, равное 3,14.

Если Вы приобретаете многожильный провод, у которого один проводник состоит из множества свитых проволочек круглого сечения, то расчет ведут по формуле:

S = N*D²/1,27,

Где N – число проволочек в жиле.

Провода, имеющие свитые из нескольких проволочек жилы , в общем случае имеют лучшую проводимость, чем монолитные. Это обусловлено особенностями протекания тока по проводнику круглого сечения.

Электрический ток представляет собой движение одноименных зарядов по проводнику. Одноименные заряды отталкиваются, поэтому плотность распределения зарядов смещена к поверхности проводника.

Другим достоинством многожильных проводов является их гибкость и механическая стойкость. Монолитные провода дешевле и применяют их в основном для стационарного монтажа.

Этап #4 —рассчитываем сечение по мощности на практике

Задача: общая мощность потребителей на кухне составляет 5000 Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220 В и имеют запитку от одной ветки.

Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)

Решение:

Коэффициент одновременности K примем равным 0,8. Кухня место постоянных инноваций, мало ли что, коэффициент запаса J=2,0. Общая расчетная мощность составит:

P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт

Используя значение расчетной мощности, ищем ближайшее значение в таблице 1.

Ближайшим подходящим значением сечения жилы для однофазной сети является медный проводник с сечением 4 мм². Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм².

Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3 мм и 2,8 мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.

Галерея изображений

Фото из

Помещение с максимальным числом бытовой техники

Техническое оснащение ванных комнат и совмещенных санузлов

Подключение мощных энергопотребителей

Блок-розетка для маломощного оборудования

Варочная поверхность требует правильного подключения

Силовая электролиния для стиральной машины

Отдельные силовые ветки для холодильников

Мощные потребители энергии в санузлах и ванных

Расчет сечения по току

Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.

Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:

• выбор мощности всех потребителей;
• расчет токов, проходящих по проводнику;
• выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.

Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.

Этап #1 — расчет силы тока по формулам

Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:

«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I — сила тока, P — мощность, U — напряжение, R — радиус жилы)

Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:

I = P/U_л,

Где:

• I — cила тока, принимается в амперах;
• P — мощность в ваттах;
• U_л — линейное напряжение в вольтах.

Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.

Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:

1. U_л = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
2. U_л = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.

Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:

1. U_л = 220 В для однофазного напряжения.
2. U_л = 380 В для трехфазного напряжения.

Далее суммируем все потребляемые токи по формуле:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Где:

• I – суммарная сила тока в амперах;
• I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
• K – коэффициент одновременности;
• J – коэффициент запаса.

Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.

Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.

Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.

Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост — вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.

Этап #2 — выбор подходящего сечения по таблицам

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.

Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.

При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.

Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.

Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)

Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой .

Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)

При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:

• 0,68 если 5-6 жил;
• 0,63 если 7-9 жил;
• 0,6 если 10-12 жил.

Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».

Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.

По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.

Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.

Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле

Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.

Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле

Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).

Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников

Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):

Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)

Расчет и выбор медных жил до 6 мм² или алюминиевых до 10 мм² ведется как для длительного тока.

В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:

0,875 * √Т_пв

где T_пв — отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.

Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.

При выборе кабеля для разводки электричества в особое внимание уделяют его огнестойкости.

Этап #3 — расчет сечения проводника по току на примере

Задача: медного кабеля для подключения:

• трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000 Вт;
• трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000 Вт;
• бытовой техники в доме общей мощностью 25000 Вт;

Подключение будет произведено пятижильным кабелем (три жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), проложенным в земле.

Изоляция кабельно-проводниковой продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учитывать, что указанное производителем рабочее напряжение его изделия должно быть выше напряжения в сети

Решение.

Шаг # 1. Рассчитываем линейное напряжение трехфазного подключения:

U_л = 220 * √3 = 380 В

Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат имеют реактивную мощность, поэтому мощность техники и оборудования составит:

P_тех = 25000 / 0,7 = 35700 Вт

P_обор = 10000 / 0,7 = 14300 Вт

Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:

I_тех = 35700 / 220 = 162 А

Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:

I_обор = 14300 / 380 = 38 А

Шаг # 5. Необходимый ток для подключения бытовой техники посчитан из расчета одной фазы. По условию задачи имеется три фазы. Следовательно, ток можно распределить по фазам. Для простоты предположим равномерное распределение:

I_тех = 162 / 3 = 54 А

Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:

I_ф = 38 + 54 = 92 А

Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника работать одновременно не будут, кроме этого заложим запас равный 1,5. После применения поправочных коэффициентов:

I_ф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А

Шаг # 8. Хотя в составе кабеля имеется 5 жил, в расчет берется только три фазные жилы. По таблице 8 в столбце трехжильный кабель в земле находим, что току в 115 А соответствует сечение жилы 16 мм².

Шаг # 9. По таблице 8 применяем поправочный коэффициент в зависимости от характеристики земли. Для нормального типа земли коэффициент равен 1.

Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Если бы расчет производился только по мощности, без учета особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составит 25 мм². Расчет по силе тока сложнее, но иногда позволяет экономить значительные денежные средства, особенно когда речь идет о многожильных силовых кабелях.

О взаимосвязях значений напряжения и силы тока подробнее можно прочесть .

Расчет падения напряжения

Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.

Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.

Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)

В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.

Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_пад = I * R,

U_% = (U_пад / U_лин) * 100,

Где:

• 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
• R – сопротивление проводника, Ом;
• ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м;
• S – сечение проводника, мм²;
• U_пад – напряжение падения, В;
• U_% – падение напряжения по отношению к U_лин,%.

Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.

Пример расчета переноски

Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5 мм². Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.

Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант — подключение потребителей к отдельным веткам

Решение:

Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом

Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:

I = 7000 / 220 = 31.8 А

Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:

U_пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:

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

Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет сечения проводника по формулам:

Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:

Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:

Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.

На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.

Если остались какие-либо вопросы по методике расчета сечения кабеля или есть желание поделиться личным опытом, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для отзывов расположен ниже.

Как определить сечение провода? | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

При замене электропроводки в квартире своими руками у многих возникает вопрос: «Как определить сечение провода или кабеля?»

Чаще всего граждан интересует сечение жил проводов или кабелей, которые необходимо проложить от этажного (подъездного) до квартирного электрического щитка, или от опоры воздушной линии до вводного распределительного устройства (ВРУ) коттеджа или дома. Не менее реже мне задают вопросы по определению сечения жил проводов и кабелей для групповых нагрузок или трехфазных двигателей.

На самом деле вопрос выбора сечения проводов и кабелей очень серьезный, т.к. при недостаточном сечении будет большая плотность тока в проводнике, и провод начнет греться, разрушая тем самым изоляцию провода. Вот пример неправильного выбора сечения жил кабеля для розетки. Посмотрите к чему это привело.

Если же мы хотим использовать провод большего сечения, то необходимо рационально его выбрать.

Для определения сечения провода или кабеля воспользуемся таблицами ПУЭ (табл. 1.3.4 — 1.3.11), где указаны длительные допустимые токи для медных и алюминиевых проводов (кабелей, шнуров) с различными видами изоляции (ПВХ, резиновая) и оболочками (ПВХ, свинцовая, найритовая, резиновая).

Специально для Вас, из перечисленных выше таблиц ПУЭ я создал одну общую таблицу, по которой Вы легко сможете определить сечение трехжильных, четырехжильных и пятижильных проводов и кабелей для однофазной (220 В) и трехфазной (380 В) нагрузок. Вам нужно лишь знать ток нагрузки или ее мощность.

Примечание: в данной таблице мощность рассчитана при cosφ = 1.

Останавливаться шнурах я не стал, т.к. при монтаже и замене электропроводки они применяются редко. Длительные допустимые токи для СИП проводов Вы найдете в ГОСТ 31946-2012 (отмененный ГОСТ Р 52373-2005), таблица 10.

Кстати, пользуясь случаем, напоминаю Вам, что провода марки ПУНП и АПУНП применять запрещено (переходите по ссылочке и читайте всю правду о них). Примеры несоответствий этих проводов заявленному сечению привожу не только я, но и посетители сайта.

Как определить сечение вводного провода (кабеля) для квартиры или частного дома?

Номинал вводного автоматического выключателя обязательно должен быть согласован в энергоснабжающей организации. Самостоятельно менять его номинал запрещено, т.к. это влияет на селективность срабатывания аппаратов защиты, установленных в цепи питания в ВРУ или ТП, а также на выделенную мощность для конкретной квартиры или дома.

Номинал вводного автомата можно узнать в энергоснабжающей организации или в выданных технических условиях (ТУ) на присоединение к сетям.

Предположим, что согласно ТУ, выделенная мощность для частного дома составляет 5 (кВт) однофазного питания 220 (В), а номинал вводного автомата должен быть 25 (А).

Как пользоваться моей таблицей? 

Все очень просто. В зависимости от вида электропроводки (в воздухе или земле), материала жил и напряжения выбираем сечение таким образом, чтобы длительный допустимый ток кабеля превышал номинал вводного автомата.

Вводной кабель в дом планируем выполнить медным трехжильным марки ВВГнг и проложить открыто. Получается, что его сечение должно быть не менее 4 кв.мм, т.е. нужно приобрести кабель ВВГнг (3х4).

Но здесь я рекомендую вспомнить про такое понятия, как «условный ток отключения» автомата. Более подробно об этом читайте в статье про время-токовую характеристику автоматов. Получается, что автомат с номинальным током 25 (А) имеет «условный ток отключения» 1,45·25=36,25 (А). При таком токе автомат в холодном состоянии отключится за время около 60 минут (1 час). А это значит, что при выборе сечения питающего кабеля это нужно учитывать.

В моем примере кабель сечением 4 кв. мм имеет длительно-допустимый ток 35 (А), а «условный ток отключения» равен 36,25 (А). В принципе, разница между ними небольшая — можно оставить и так. Но я рекомендовал бы применить вводной кабель на 6 кв.мм, у которого длительный допустимый ток составляет 42 (А).

Как определить сечение кабеля или провода для розеточных линий?

У каждого электрического прибора имеется своя установленная мощность и указывается она в паспорте или на стикере. Единица измерения — Ватт (Вт).

Предположим, что нам нужно выбрать питающую линию для стиральной машины, мощность которой составляет 2,4 (кВт). Кабель планируем выполнить медным трехжильным марки ВВГнг и проложить скрыто. Получается, что его сечение должно быть не менее 1,5 кв.мм, т.е. нужно приобрести кабель ВВГнг (3х1,5).

Если в эту розетку будет включена только стиральная машина, то выбранный кабель ВВГнг (3х1,5) можно оставить. Защитить этот кабель нужно автоматом с номинальным током на 10 (А).

Но я считаю, что нецелесообразно использовать розетку только для одной стиральной машины. Наверняка, Вы захотите включить в нее фен, электрическую бритву или утюг. Поэтому для всех розеточных линий я рекомендую прокладывать медный кабель сечением 2,5 кв.м., а линию защищать автоматом с номиналом 16 (А).

Как определить сечение провода (кабеля) для трехфазного двигателя?

Рассмотрим еще один пример. Допустим, у нас на даче имеется трехфазный асинхронный двигатель типа АИР71А4У2 мощностью 550 (Вт), обмотки которого подключены звездой на напряжение 380 (В). Нам необходимо для него выбрать и определить сечение питающего кабеля.

Смотрим номинальный ток двигателя при соединении звездой, указанный на бирке. Он составляет 1,6 (А).

Если бирка на корпусе электродвигателя отсутствует, то данные можно найти по справочным таблицам.

Питающий кабель планируем приобрести медным, прокладывать будем по воздуху. Ищем соответствующие строки по моей таблице и находим необходимое сечение.

Получаем 1,5 кв. мм.

Сечение питающего кабеля для двигателя можно найти и по его мощности. Все аналогично.

В статье расчет сечения кабеля (провода) я подробно описал, как рассчитать сечение с помощью программы Электрик. А также я Вам рекомендую прочитать статью о том, как определить сечение кабеля по диаметру.

После определения сечения, необходимо переходить к выбору марки проводов и кабелей.

P.S. Надеюсь я Вам доступно изложил материал и теперь Вы сможете самостоятельно определить сечение провода или кабеля.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Расчет сечения проводов и кабелей по потребляемой мощности, таблицы

В современном технологическом мире электричество практически стало на один уровень по значимости с водой и воздухом. Применяется оно в практически любой сфере человеческой деятельности. Появилось такое понятие, как электричество еще в далеком 1600 году, до этого мы знали об электричестве не больше древних греков. Но со временем оно начало более широко распространяться, и только в 1920 году оно начало вытеснять керосиновые лампы с освещения улиц. С тех пор электрический ток начал стремительно распространяться, и сейчас он есть даже в самой глухой деревушке как минимум освещая дом и для коммуникаций по телефону.

Само электричество представляет из себя поток направленных зарядов, движущихся по проводнику. Проводником является вещество способное пропускать через себя эти сами электрические заряды, но у каждого проводника есть сопротивление (кроме так называемых сверхпроводников, сопротивление у сверхпроводников равняется нулю, такое состояние достижимо за счет понижения температуры до -273,4 градуса по Цельсию).

Но в быту сверхпроводников, конечно же, еще нету, да и появиться в промышленных масштабах еще нескоро. В повседневности, как правило, ток пропускается через провода, а в качестве жилы используется в основном медные или алюминиевые провода. Медь и алюминий популярны прежде всего, за счет своих свойств проводимости, которая обратно электрическому сопротивлению, а также из-за дешевизны, по сравнению, например, с золотом или серебром.

Как разобраться в сечениях медных и алюминиевых кабелей, для прокладки проводки?

Данная статья предназначена научить вас как рассчитать сечение провода. Это как чем больше воды вы хотите подать, тем большего диаметра труба вам нужна. Так и здесь, чем больше потребление электрического тока, тем больше должно быть сечение кабелей и проводов. Вкратце опишу что это такое: если вы перекусите кабель или провод, и посмотреть на него с торца, то вы как раз и увидите его сечение, то есть толщину провода, которая определяет мощность которую данный провод способен пропустить, разогреваясь до допустимой температуры.

Для того чтобы правильно подобрать сечение силового провода нам нужно учитывать максимальную величину потребляемой нагрузки тока. Определить значения токов можно, зная паспортную мощность потребителя, определяется по такой формуле: I=P/220, где P — это мощность потребителя тока, а 220 — это количество вольт в вашей розетке. Соответственно если розетка на 110 или 380 вольт, то подставляем данное значение.

Важно знать, что расчет значения для однофазных, и трехфазных сетей различается. Для того чтобы узнать на сколько фаз сеть вам нужно, требуется подсчитать общую сумму потребления тока в вашем жилище. Приведем пример среднестатистического набора техники, которая может быть у вас дома.

Простой пример расчета сечения кабеля по потребляемому току, сейчас мы вычислим сумму мощностей подключаемых электроприборов. Основными потребителями в среднестатистической квартире являются такие приборы:

• Телевизор — 160 Вт
• Холодильник — 300 Вт
• Освещение — 500 Вт
• Персональный компьютер — 550 Вт
• Пылесос — 600 Вт
• СВЧ-печь — 700 Вт
• Электрочайник — 1150 Вт
• Утюг — 1750 Вт
• Бойлер (водонагреватель) — 1950 Вт
• Стиральная машина — 2650 Вт
• Всего 10310 Вт = 10,3 кВт.

Когда мы узнали общее потребление электричества, мы можем по формуле рассчитать сечение провода, для нормального функционирования проводки. Важно помнить что для однофазных и трехфазных сетей формулы будут разные.

Расчет сечения провода для сети с одной фазой (однофазной)

Расчет сечения провода осуществляется с помощью следующей формулы:

I = (P × K и ) / (U × cos(φ) )

где:

• I — сила тока;

• P — мощность всех потребителей энергии в сумме
• K и — коэффициент одновременности, как правило, для расчетов принимается общепринятое значение 0,75
• U — фазное напряжение, которое составляет 220V но может колебаться в пределах от 210V до 240V.
• cos(φ) — для бытовых однофазных приборов эта величина сталая, и равняется 1.

Если есть необходимость рассчитать ток быстрее, то можно опустить значение cos(φ) и значение K и . Результат в таком случае отличается в меньшую сторону на 15%, если мы применим формулу:

I = P / U

Когда мы нашли мощность потребления тока по формуле, можно начать выбирать кабель, который подходит нам по мощности. Вернее, его площади сечения. Ниже приведена специальная таблица в которой предоставлены данные, где сопоставляется величина тока, сечение кабеля и потребляемая мощность.

Данные могут различаться для проводов изготовленных из разных металлов. Сегодня для применения в жилых помещениях, как правило, используется медный, жесткий кабель. Алюминиевый кабель практически не применяется. Но все же во многих старых домах, алюминиевый кабель все еще присутствует.

Таблица расчетной мощности кабеля по току. Выбор сечения медного кабеля, производится по следующим параметрам:

Также приведем таблицу для расчета потребляемого тока алюминиевого кабеля:

Если значение мощности получилось среднее между двумя показателями, то необходимо выбрать значение сечения провода в большую сторону. Так как запас мощности должен присутствовать.

Расчет сечения провода сети с тремя фазами (трехфазной)

А теперь разберем формулу подсчета сечения провода для трехфазных сетей.

Для рассчета сечения питающего кабеля воспользуемся следующей формулой:

I = P / (√3 × U × cos(φ))

Где:

• I — сила тока, по которой выбирается площадь сечения кабеля
• U — фазовое напряжение, 220V
• Cos φ — угол сдвига фаз
• P — показывает общее потребление всех электроприборов

Cos φ — в приведенной формуле крайне важен, так как самолично влияет на силу тока. Он различается для разного оборудования, с этим параметром чаще всего можно ознакомиться в технической документации, или соответствующей маркировкой на корпусе.

Общая мощность находится очень просто, мы суммируем значение всех показателей мощности, и используем получившееся число в расчетах.

Отличительной особенностью в трехфазной сети, является то, что более тонкий провод способен выдержать большую нагрузку. Подбирается необходимое нам сечение провода, по нижеприведенной таблице.

Расчет сечения провода по потребляемому току применяемый в трехфазной сети, используется с применением такой величины как √3. Это значение нужно для упрощения внешнего вида самой формулы:

U линейное = √3 × U фазное

Данным образом при возникновении необходимости заменяется произведение корня и фазного напряжения на линейное напряжение. Эта величина равняется 380V (U линейное = 380V).

Понятие длительного тока

Также один не менее важный момент при выборе кабеля для трехфазной и однофазной сети состоит в том, что необходимо учитывать такое понятие, которое звучит как допустимый длительный ток. Этот параметр показывает нам силу тока в кабеле, которую может выдержать провод в течение неограниченного количества времени. Определить эго можно в специальной таблице. Также для алюминиевых и медных проводников они существенно различаются.

В случае когда данный параметр превышает допустимые значения, начинается перегрев проводника. Температура нагрева является обратно пропорциональной силе тока.

Температура на некоторых участках может увеличиваться не только из-за неверно подобранного сечения провода, а и при плохом контакте. К примеру, в месте скрутки проводов. Такое довольно часто происходит в месте контакта медных кабелей и алюминиевых. В связи с этим поверхность металлов подвергается окислению, покрываясь оксидной пленкой, что весьма сильно ухудшает контакт. В таком месте кабель будет нагреваться выше допустимой температуры.

Когда мы провели все расчеты, и сверились с данными из таблиц, можно смело идти в специализированный магазин и покупать необходимые Вам кабели для прокладки сети у себя дома или на даче. Главное ваше преимущество перед, например, вашим соседом будет в том что вы полностью разобрались в данном вопросе с помощью нашей статьи, и сэкономите кучу денег, не переплачивая за то, что вам хотел продать магазин. Да и знать о том, как рассчитать сечение тока для медных или алюминиевых проводов никогда не будет лишним, и мы уверены что знания полученные у нас, неоднократно пригодятся на вашем жизненном пути.

Выбор сечения кабеля — stroka.by

Кабель обычно состоит из 2-4 жил. Сечение (точнее, площадь поперечного сечения) жилы определяется ее диаметром.

Напомним: площадь круга S = 0,78d², где d — диаметр круга. Исходя из практических соображений, при малых значениях силы тока сечение медной жилы берут не менее 1 мм², а алюминиевой — 2 мм².

При достаточно больших токах сечение провода выбирают по подключаемой мощности.

Обычно исходят из расчета мощности, что нагрузка величиной 1 кВт требует 1,57 мм² сечения жилы. Отсюда следуют приближенные значения сечений провода, которых следует придерживаться при выборе его диаметра. Для алюминиевых проводов это 5 А на 1 мм²., для медных — 8 А на 1 мм². Проще говоря, если у вас стоит проточный водонагреватель на 5 кВт, то подключать его надо проводом, рассчитанным не менее чем на 25 А, и для медного провода сечение должно быть не менее 3,2 мм². Учтите, из ряда предпочтительных величин сечений (0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6 мм² и т. д.) для алюминиевых проводов сечение выбирают на ступень выше, чем для медных, так как их проводимость составляет примерно 62% от проводимости медных.

Например, если по расчетам нагрузки для меди нужна величина сечения 2,5 мм², то для алюминия следует брать 4 мм², если же для меди нужно 4 мм², то для алюминия — 6 мм² и т. д.
 
А вообще кабель лучше выбирать большего поперечного сечения, чем требуется, — вдруг вы захотите подключить еще что-нибудь? Кроме того, необходимо проверить, согласуется ли сечение проводов с максимальной фактической нагрузкой, а также с током защитных предохранителей или автоматического выключателя, которые обычно находятся рядом со счетчиком.

В таблицах приводится зависимость сечения кабеля, проводов и автомобильных гибких многожильных проводников в зависимости от силы тока и мощности нагрузки.

Таблица выбора сечения кабеля при прокладке проводов открыто и в трубе

Выбор сечения одиночного проводника гибкого многожильного автомобильного провода:

Как выбрать сечение кабеля — Кабел-провод.ру

При проведении монтажных работ часто возникает вопрос, кабель какого типа и сечения выбрать и не ошибиться?

Во-первых, нужно отметить, что многие путают кабель и провод, или думают, что это одно и то же. Провода чаще всего используются для расключения электрических шкафов, либо для заземления. Для питания электрооборудования они не подходят, т.к. на провода действуют более жесткие требования к способам прокладки, чем на кабели.

Существует список стандартных сечений на ряд кабелей и проводов:

Вы также можете встретить другие сечения, но они являются нестандартными, поэтому производятся кабельными заводами только на заказ.

Кабели бывают с медными и алюминиевыми жилами. Для внутренней прокладки в зданиях обычно применяются медные, несмотря на то, что алюминиевые намного дешевле первых. Важно знать, что использование алюминиевых кабелей для проводки розеточных сетей и освещения запрещено.

Чтобы рассчитать сечение кабеля, прежде всего нужно узнать, однофазным (220 В) или трехфазным (380 В) является подключаемый прибор. Таблица выбора количества жил кабеля и их значение по цвету в зависимости от фазы представлена ниже:

Внутри помещений обычно используют кабели следующих марок:

1. ВВГнг(А)-LS, с твердыми жилами, он лучше подходит при строительстве и ремонте.

2. NYM, который является более дорогим аналогом ВВГ.

Наиболее выгодным решением является взять кабель с многопроволочной структурой, например, для межблочной связи между блоками сплит-системы, чтобы создать удлинитель или сделать шнур для какого-либо электроприбора. Для этого лучше всего подойдет провод, или как его еще называют гибкий кабель, ПВС.  

В промышленном строительстве, а также при риске возгорания могут понадобиться негорючие кабели ВВГнг-FRLS благодаря их огнестойкости.

После того, как вы определились с типом кабеля и количеством жил, осталось разобраться с сечением. 

Существуют стандарты применения кабелей с сечением, так для освещения используется сечение 1,5 мм2, а для розеток 2,5 мм2.

Определяющим фактором для выбора сечения является мощность (P — Ватт) электроприбора, в который планируется подключать кабель, а также потребляемый им ток (I — Ампер).

Формула для расчета тока при известной мощности:

1. P = U*I*cosA, где 0<cosA<1 – коэффициент мощности, определяется нагрузкой. U – напряжение (Вольт).

2. I = P/(U*cosA)

Также узнать ток можно, посчитав, что 1кВт, при однофазной нагрузке 220В, примерно равен 4,5А. А при трехфазной (380В) — примерно 1,5А.

1кВт(220) = 4,5А

1кВт(380) = 1,5А

Подробная формула расчета для обеих фаз:

1. I(220) = P/(U*cosA) = 1000 Вт/ (220В*0,99) = 4,59А,

2. I(380) = P/(3U*cosA) = 1000Вт/(660В*0,99) = 1,53А, cosA для нагревательного прибора.

Приведем примеры, чтобы было понятнее.

Допустим, у нас есть однофазный чайник с мощностью 2600 Вт, тогда формула расчета будет:

I = 2600Вт/(220В*0,99) = 11,9А

Получается, такой чайник будет потреблять около 12 Ампер тока.

При выборе сечения необходимо учитывать допустимый длительный ток кабеля(I доп). У каждого сечения жилы есть свой предел или пропускная способность, больше которой пропускать нельзя.

Выбирать сечение кабеля нужно, учитывая расчетный ток нагрузки (Iр), который должен быть меньше I доп. Несоблюдение данных условий приведет к возгоранию кабеля из-за короткого замыкания.

Таблица сечений кабеля и допустимого длительного тока:

Используя таблицу, помните, что выбирать значение «впритык» лучше не нужно, поэтому выбирайте сечение «с запасом».

После того, как вы определитесь с типом и сечением кабеля, вы можете найти в различных компаниях, занимающихся продажей кабельной-продукции, кабели с одинаковым названием, но разные по стоимости.

Почему стоимость одинаковых кабелей различается?

Цены на одни и те же кабели может различаться в зависимости от качества производимого кабеля. Так, кабель качества ГОСТ и ТУ будут сильно отличаться.

Для защиты кабеля от токовой перегрузки или замыкания не забывайте купить гофрированную трубу.

Заказать кабели различных типов для любых условий вы можете на сайте кабельной компании «Стинкабель». Вас порадуют приятные цены и качественный сервис с быстрой отгрузкой и бесплатной доставкой во многие регионы.

Подробное описание как выбрать сечение кабеля для гаража или СТО.

     При планировании своего СТО или модернизации гаража очень важно продумать как вы подключите оборудование для автосервиса к электросети. Ведь от материала и величины сечения кабеля зависит какие нагрузки сможет выдерживать Ваша сеть, а соответственно какое количество оборудования можно будет подключить и включать одновременно. Ведь в случае неправильно подобранного сечения кабеля по мощности, велика вероятность того, что провода перегорят или будет постоянно «выбивать» автоматы.
     Во-первых, необходимо определить общую потребляемую мощность оборудования, которое будет подключатся к кабелю. Для этого необходимо составить перечень всех электроприборов, не забыть учесть возможность расширения и выписать их мощности. Производители всегда крепят бирку с основными характеристиками, именно на этой бирке указана мощность. Бирка находится на самом оборудовании, на его двигателе или в инструкции к прибору.
Мощность прибора измеряется в Ваттax (Вт, W) или в килоВаттax (кВт, kW). Иногда, производители указывают силу тока прибора в Амперах (AMPS, А), которые очень легко перевести в Ватты, используя закон Ома.

     На рисунках приведены примеры расположения и внешнего вида бирок двигателей подъемника автомобильного 2-х стоечного 3,5т 380В TLT-235SB-380 LAUNCH и шиномонтажного стенда LC887E 380V BRIGHT, на которых наглядно видно, как заводы изготовители профессионального оборудования для автосервисов прописывают характеристики.
     Просуммировав показания всего оборудования, Вы получите общую мощность, потребляемую в автосервисе, которую необходимо умножить на коэффициент одновременности. Продумайте сколько приборов будет работать одновременно. Если это будет 80% приборов, то коэффициент одновременности для Вашего случая будет соответствовать 0,8.
Подбор площади сечения жилы легко выполнить с помощью таблицы приведенной ниже. Все данные для нее взяты ГОСТ 31996—2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией».

     В таблице находите столбец с соответствующим материалом жилы и напряжением в сети Вашего сервиса и ищете значение мощности (кВт) максимально близкое к полученному в расчете. Необходимое Вам сечение жилы будет в той же строчке что и мощность.
Рекомендуем выбирать кабель с запасом, округлив расчет в большую сторону, на случай если захотите расширится и добавить оборудование.

Сечение кабеля высокого напряжения

Какую мощность и напряжение может передавать кабель на фото?

Это высоковольтный кабель. Судя по толщине изоляции из сшитого полиэтилена (белый материал), она составляет не менее 132 кВ или выше.

Edit: Согласно Reddit OP, кабель имеет медный провод площадью 1,750 мм². Это огромный кабель . (Все, что превышает 630 мм², является необычным; все, что превышает примерно 1200 мм², является специальным заказом, который кабельная компания обычно не делает.) Такой кабель может выдерживать примерно 1600 ампер. Предположим, что трехфазное напряжение 132 кВ, что составляет 365 МВА или около 292 мегаватт при коэффициенте мощности 0,80.

Вот аналогичный кабель, который у меня был на работе (я думаю) на 300 кВ. Он будет способен выдерживать не менее 100 ампер (возможно, намного больше) или около 100 МВт — достаточно, чтобы самостоятельно обеспечить энергией весь CBD города .

Почему он состоит из множества небольших кабелей? Что, если бы диаметр отдельных медных кабелей был немного больше?

Проводник многожильный, поэтому его можно сгибать при установке.Сплошной медный провод очень трудно согнуть.

Диаметр жил — это компромисс между стоимостью производства (меньшие провода требуют большего производства) и простотой установки. Нет особой причины для точного размера отдельных прядей.

Как выбрать правильный диаметр для данной комбинации напряжения / мощности?

Не вдаваясь в подробности расчетов сечения кабелей (существуют целые национальные стандарты по этой теме — см. AS / NZS 3008 Электрические установки — Выбор кабелей .)

Сначала , мы решаем, какое напряжение мы используем. В Австралии обычные напряжения для распределения составляют 11, 22, 33 кВ; общие напряжения для передачи 66, 132, 220, 300 кВ. Чем выше напряжение, тем толще требуется изоляция (XLPE).

Во-вторых, , мы решаем, какая токонесущая способность нам нужна. После некоторых расчетов мы можем определить, что схема должна выдерживать 100 ампер, чтобы удовлетворить спрос в настоящее время, учесть будущий рост нагрузки и немного увеличить мощность на случай непредвиденных обстоятельств.Чем больше токовая нагрузка нам нужна, тем больше должны быть медные проводники (мм²).

В-третьих, , мы определяем, в какой среде будет жить кабель. При протекании тока в кабеле выделяется тепло, а допустимая нагрузка по току кабеля ограничивается его температурой. Кабель, проложенный в горячей среде, не может пропускать такой большой ток, пока не перегреется, поэтому мы должны использовать кабель большего диаметра, чем обычно.

Зная напряжение, допустимую нагрузку по току и условия установки кабеля, теперь мы можем выбрать необходимый размер кабеля.Мы бы сделали это со ссылкой на каталог производителя кабеля, в котором есть такие таблицы:

Таблица воспроизведена из каталога высоковольтных кабелей Olex Australia, 2009 г.

В качестве примера я мог бы решить, что мне нужен кабель на 33 кВ, который выдерживает 400 ампер. Он будет установлен в подземных каналах. Я использую таблицу «номинальных значений тока», чтобы выбрать кабель наименьшего диаметра, который может выдерживать ток 400 А — в этом случае потребуется кабель 240 мм².

Номинальный габаритный диаметр такого кабеля — 45 мм.9мм.

Обратите внимание, что нас не волнует «диаметр» кабеля как таковой — мы заботимся о площади поперечного сечения проводника (мм²), то есть о том, сколько меди в кабеле. Диаметр имеет значение только тогда, когда вы действительно приходите устанавливать эту вещь.

Сопротивление провода — Обмен электротехнического стека

Иногда сопротивление провода незначительно. В других случаях влияние сопротивления провода может стать значительным. Сначала я покажу сопротивление провода и то, как его можно игнорировать в большинстве случаев, а затем покажу примеры, когда его влияние является значительным, и, наконец, несколько приложений.{−8} \ Omega \ cdot \ text {m} \ $ при 20 ° C. Формула дает \ $ R \ приблизительно 0,0164 \ Omega \ $.

Пример : Какое сопротивление 5 см медного провода AWG-24 (диаметром 0,511 мм)?

Ответ: \ $ R \ приблизительно 0,004 \ Omega \ $.

• Замечание 1: Как видим, сопротивление проволоки тем ниже, чем больше толщина проволоки. В частности, когда диаметр цилиндрической проволоки увеличивается вдвое, ее сопротивление уменьшается до одной четвертой от исходного. Таким образом, калибр проволоки — это не только показатель ее формы.Это действительно показатель его электрических свойств, когда указаны его материал (почти всегда медь) и длина.

• Примечание 2: Количественный расчет сопротивления проводов не всегда выполняется. Иногда используются практические правила. Часто вопрос заключается только в том, «достаточно ли толстый провод», а не «сколько сопротивления / падения напряжения / повышения температуры у этого провода». С другой стороны, первый шаг — провести количественный анализ провода, зная его калибр. Не говоря уже о том, что провода продаются по калибру, поэтому люди чаще говорят о «толщине провода» (или «ширине дорожки» в конструкции печатной платы), чем о сопротивлении провода.

На печатной плате сопротивление дорожек можно рассчитать аналогичным образом, исходя из толщины меди и длины дорожки. Единственное отличие: провода цилиндрические, а следы прямоугольные.

Пример : Каково сопротивление дорожки размером 10 мил и 10 см на печатной плате весом в 1 унцию?

Ответ: 1 мил составляет тысячную долю дюйма (0,0254 мм). «Печатная плата на 1 унцию» — это печатная плата с 1 унцией меди на квадратный фут, или толщиной 1 унцию.2} = 0,19 \ Omega \

долл. США

Когда сопротивление можно игнорировать

В большинстве случаев сопротивление провода слишком низкое, если сравнивать его с сопротивлением других компонентов и нагрузок, поэтому его можно пренебречь, и часто его можно игнорировать. Более того, \ $ V = IR \ $, чем ниже ток, который должна принимать нагрузка, тем выше ее эквивалентное сопротивление, поэтому вы также игнорируете сопротивление провода, если ток, подаваемый проводом, низкий, потому что это эквивалентно подключению небольшого резистор (провод) к большому резистору (устройству, принимающему ток) — почти никакого эффекта.

Например, подключите два резистора 1000 Ом с помощью медного провода AWG-30 длиной 5 см (тонкий провод диаметром 0,255 мм). Если мы измеряем фактическое сопротивление между двумя резисторами с помощью идеального омметра с идеальными пробниками, что бы это было?

Чтобы вычислить его влияние, использование приведенной выше формулы для сопротивления цилиндрического провода часто является пустой тратой времени. В качестве альтернативы мы можем найти сопротивление провода AWG-30 на единицу длины из инженерной таблицы в Википедии, в ней указано, что сопротивление составляет «338». .6 мОм / м «. Другими словами, дополнительное сопротивление, вносимое проводом, равно \ $ 0,3386 \ Omega \ times 0,05 \ text {m} = 0,01693 \ Omega \ $. В идеале сопротивление должно быть 2000 Ом, но из-за наличие провода, измеренное сопротивление составляет 2000,01693 Ом, оно меньше, чем на 10 частей на миллион выше, почти не обнаруживается.

• Примечание 3: В неточных приложениях обычно используемым типом сквозного резистора является металлопленочный резистор, допуск 5%, с температурным коэффициентом около 50-100 ppm на каждый 1 ° C повышения температуры — ошибка вносимый малейшим изменением температуры все еще выше, чем у вашего провода в этом примере.

• Примечание 4. Даже для лучшего универсального мультиметра, такого как Fluke 87, максимальное разрешение измерения сопротивления составляет 0,1 Ом, поэтому даже измерение сопротивления провода 0,01693 Ом затруднено.

Другим примером является макетная плата микроконтроллера, для работы которой может потребоваться источник постоянного тока 5 В и ток 50 мА. Если вы используете пять метров AWG-30 для подключения питания (положительный электрод) и заземления (отрицательный электрод), общее сопротивление составит \ $ 0.3386 \ Omega \ times 5 \ text {m} \ times 2 = 3.386 \ Omega \ $. Общее падение напряжения на 5-метровом проводе питания и 5-метровом проводе заземления составляет \ $ 3.386 \ Omega \ times 0,05 \ text {A} = 0,1693 \ text {V} \ $. Фактическое напряжение, подаваемое на плату микроконтроллера, составляет \ $ 5 \ text {V} — 0,1693 \ text {V} = 4,8307 \ text {V} \ $, или 96,6% от исходного напряжения.

• Примечание 5: Обычное отклонение напряжения для цифровой электроники составляет +/- 5%.

Если сам источник питания исправен, падение, вызванное проводом, все еще находится в пределах допустимого.Не забывайте, что здесь я использовал экстремальный пример: 10 метров очень длинных и тонких проводов, что не совсем реалистично для большинства экспериментов с электроникой.

Как видите, при использовании проводов для соединения часто можно игнорировать сопротивление проводов, и, вероятно, вы никогда не увидите упоминания о сопротивлении проводов в схемах. Аналогичная ситуация возникает, когда вы подключаете кабель через розетку, разъем или зажим — вы также добавите дополнительное контактное сопротивление, но обычно оно незначительно.

• Примечание 6: В промышленности допустимое контактное сопротивление, создаваемое соединителем, часто составляет 1 Ом. Для высококачественного разъема иногда указывается контактное сопротивление 0,1 Ом.

Когда следует учитывать сопротивление провода

Но по мере того, как ток, протекающий по проводу, увеличивается до определенной точки, вы больше не можете игнорировать дополнительное сопротивление от провода. Опять же, из-за закона Ома это также происходит, когда абсолютный ток все еще невелик, но сопротивление других электрических компонентов вокруг провода уменьшилось — это всего лишь две стороны одной медали. {2} R \ $.Это представляет собой потраченную впустую мощность. Если сопротивление провода на единицу длины слишком велико, провод не может достаточно быстро рассеивать тепло. Температура повысится до точки, когда проволока станет слишком горячей и оплавится, что создаст опасность возгорания.

Распределительное устройство постоянного тока низкого напряжения

Типичный пример — питание через порт USB. Номинальное напряжение USB составляет 5 В, стандартно регулируется на +/- 5%. USB 2.0 позволяет устройству с низким энергопотреблением потреблять 100 мА, в то время как устройство с высоким уровнем мощности может получать ток 500 мА.Если использовать USB в качестве источника питания для зарядного устройства, требования по току еще выше, обычно 2000 мА.

Допустим, у нас есть 1-метровый USB-кабель сомнительного качества, в котором используются два провода AWG-28 (диаметром 0,361 мм) для питания и заземления. Его сопротивление составляет 0,42 Ом, при пропускании тока 500 мА мы теряем 0,21 В из-за кабеля. Чтобы усложнить ситуацию, поскольку мощность USB регулируется на +/- 5%, минимально допустимое напряжение фактически составляет 4,75 В, полученное напряжение на другом конце кабеля может быть всего 4.54 В — погрешность уже намного больше 5%.

Чтобы решить эту проблему, в стандарте USB 2.0 предусмотрен дополнительный бюджет падения напряжения для кабелей.

• Максимальное падение напряжения (для съемных кабелей) между вилкой серии A и вилкой серии B на VBUS составляет 125 мВ (VBUSD).

• Максимальное падение напряжения для всех кабелей между входом и выходом на GND составляет 125 мВ (VGNDD).

• Функции, рисующие более одной единичной нагрузки, должны работать с 4.Минимальное входное напряжение 75 В на соединительном конце их входных кабелей.

— Версия 2.0 спецификации универсальной последовательной шины

Другими словами, для любого совместимого со стандартом устройства USB 2.0 высокой мощности производитель этого устройства USB должен либо поставлять продукт с лучшим кабелем с меньшим падением напряжения, либо должен спроектировать устройство для работы при напряжении до 4,5 В. любыми необходимыми средствами.

В данном случае наш аппарат сработал.Через несколько дней кто-нибудь найдет этот USB-кабель и подключит его к настенному USB-адаптеру, чтобы зарядить смартфон до 2000 мА. Теперь падение напряжения на кабеле составит 0,84 В, при этом для смартфона доступно максимум 4,16 В. Кабель либо вообще не работает, либо заряжает смартфон крайне медленно.

• Замечание 7: Часто на практике некоторые зарядные устройства USB намеренно регулируют USB до 5,25 В, чтобы допустить большее падение напряжения на кабелях, даже если это строго нарушает стандарт USB.

Дистанционное зондирование

Отвод кабеля также является проблемой в конструкции регулятора напряжения. В то время как легко использовать регулируемую микросхему регулятора, чтобы сделать источник питания и отрегулировать его до +/- 2% или даже ниже. К сожалению, как и в предыдущем примере с USB, ваше регулирование происходит только на выходном контакте регулятора, а не на нагрузке.

_{Источник: дистанционное зондирование важно для вашего источника питания, компания Keysight, добросовестное использование.}

Дополнительное сопротивление провода снижает точность регулятора напряжения, особенно когда нагрузка находится далеко от него или когда ток большой.Как правило, следует проявлять особую осторожность при прокладке выходных дорожек для регулятора: делайте их как можно короче на печатной плате.

Но эту ошибку невозможно полностью устранить, особенно когда разработчик не может контролировать, есть ли между ними длинный кабель. Когда критически важно точно регулировать напряжение на нагрузке, для решения проблемы можно использовать метод, называемый «дистанционное зондирование». Основная идея — добавить два дополнительных провода для «контроля» «реального» напряжения на другой стороне.Если регулятор видит напряжение ниже ожидаемого, он еще больше увеличит свое напряжение, чтобы преодолеть падение.

_{Источник: дистанционное зондирование важно для вашего источника питания, компания Keysight, добросовестное использование.}

Провода дистанционного зондирования на + s и -s могут иметь такое же сопротивление, как и провода питания (той же толщины), но на них не влияет падение напряжения. Это правда, даже если они имеют гораздо большее сопротивление (тонкие провода).

Один из способов подумать об этом — это принять во внимание тот факт, что через силовые провода проходит большой ток, производящий \ $ 10 A \ умноженный на 0.015 \ times 2 = 0,3 В \ $ падение, но чувствительные провода здесь только для передачи слабого сигнала — по чувствительному проводу проходит небольшой ток, поэтому падение напряжения на кабеле почти не происходит.

Другой способ — считать, что входное сопротивление равно плюсам и минусам чувствительного входа. В идеале его входное сопротивление должно быть бесконечным (т.е. ток не поступает, идеальный вольтметр, как будто ничего не подключено). На практике сопротивление 1 мегаом (1 МОм, 1 миллион Ом) является реалистичным ожиданием.Таким образом, эквивалентная схема представляет собой небольшой резистор (провода), соединенный последовательно с огромным резистором (вход датчика регулятора).

Например, на этой схеме, хотя чувствительные провода имеют общее сопротивление 200 Ом, но входное сопротивление чувствительного элемента составляет 1 МОм, что на много порядков выше. Напряжение на входе датчика равно

$$ V_ \ text {sensed} = 5 \ text {V} \ times \ frac {1,000,000} {1,000,000 + 200} $$

Падение напряжения есть, но оно всего 0.02%, в то время как 99,98% напряжения с удаленной стороны измеряется входным сигналом регулятора.

Измерение сопротивления для четырехпроводной схемы

Иногда необходимо измерить сопротивление очень маленького резистора (менее 1 Ом) с помощью омметра. Сопротивление проводов, соединяющих измерительные щупы и омметр, становится значительным. Одним из решений является короткое замыкание измерительных щупов перед выполнением измерения — обнуление ошибки. Но это требует дополнительного шага, а также вносит дополнительный источник возможной ошибки: давление, прикладываемое между датчиками, может повлиять на сопротивление, используемое для калибровки.

Распространенным методом решения проблемы является четырехпроводное измерение сопротивления или измерение Кельвина.

Мы можем рассматривать выходные контакты омметра как источник тока, а вольтметр — как источник тока поддерживает свое выходное напряжение на любом значении, которое ему необходимо для определенного тока. Затем вольтметром измеряется выходное напряжение источника тока. Известны как ток, так и напряжение, поэтому определяется сопротивление.

Из-за того, что мы измеряем напряжение непосредственно на выходных клеммах измерителя, он не может отличить сопротивление от тестируемого резистора и сопротивление от тестовых щупов.

Добавление двух дополнительных проводов решает проблему, теперь мы можем измерять напряжение на дальнем конце тестируемого резистора, а не на выходе нашего омметра на ближнем конце. Независимо от проводов зонда, мы можем провести точное измерение. Это похоже на конструкцию дистанционного зондирования в регуляторах напряжения.

Меры безопасности

Это основное соображение, определяющее размер проводов при установке электроснабжения в домах. Когда через резистор проходит ток, возникает не только падение напряжения, но и нагрев резистора.{2} R \ $ не превышает максимального предела, иначе резистор перегреется.

Если это проволока, она может стать опасно горячей и оплавиться, что может привести к возгоранию. Чтобы узнать максимально допустимый ток, пропускаемый по проводу, сначала рассчитывается рассеиваемая мощность в проводе, затем определяется поток тепла — какова температура окружающей среды, разные материалы имеют разную теплопроводность и т. Д. Наконец, определяют максимальную рабочую температуру и используют ее для расчета максимально допустимого тока, и, наконец, включают коэффициент безопасности.

Фактический расчет довольно сложен, и он также должен соответствовать Электротехническому кодексу с одобрения регулирующих органов. Вместо того, чтобы рассчитывать это с нуля, используется инженерная таблица. Опять же, таблица в Википедии является справочной.

Например, при температуре окружающей среды 20 ° C одиночный неограниченный провод AWG-30 в корпусе устройства не может выдерживать ток более 0,52 А, чтобы поддерживать его рабочую температуру ниже 60 ° C.

• Примечание 8: Если вы разрабатываете продукт, вы должны использовать надежное руководство с инженерными таблицами, рассчитанными в соответствии со стандартами вашего местного регулирующего органа.

Токовую нагрузочную способность дорожек на печатной плате можно определить, обратившись также к технической таблице или программе расчета.

Применение: Резистор с проволочной обмоткой

Сопротивление провода — не всегда неприятность, у него есть полезные применения. Резистор с проволочной обмоткой — это тип резистора, который изготавливается путем наматывания на сердечник металлической проволоки, обычно из нихрома из-за ее удельного сопротивления.

_{Источник: Резистор с проволочной обмоткой, ResistorGuide, добросовестное использование.}

Имеет ряд преимуществ.

1. Изготовить высокоточные резисторы несложно, поскольку их сопротивление пропорционально длине провода.

2. Из проволоки большого диаметра легко сделать резисторы большой мощности.

Следует отметить, что резистор с проволочной обмоткой имеет ту же форму, что и индуктор, поэтому он имеет самую высокую индуктивность среди всех типов резисторов. Его следует использовать только в цепи постоянного тока и, возможно, в цепи звуковой частоты, но она не подходит для любых цепей переменного тока с более высокой частотой.

Применение: Шунтирующий резистор

Иногда полезно падение напряжения из-за сопротивления провода. Самый простой способ измерения тока — это последовательно подключить маломощный шунтирующий резистор и измерить падение напряжения на нем, поскольку \ $ I = \ frac {V} {R} \ $.

Использование резистора большого номинала предотвращает подачу достаточного тока в тестируемую цепь, желательно сделать сопротивление шунта как можно более низким. По-прежнему будет падение напряжения, которое в мультиметре называется нагрузочным напряжением , но достаточно низким, чтобы быть приемлемым.

Если вы откроете мультиметр, вы найдете шунтирующий резистор, похожий на этот рисунок. Как видите, это просто прославленный кусок проволоки.

_{Источник: Открытый резистор — датчик тока металлического элемента, TT Electronics, добросовестное использование.}

Если высокая точность не требуется, вы можете сделать свободный шунтирующий резистор, нарисовав дорожку на печатной плате — провод (дорожка) сам по себе является вашим шунтирующим резистором.

_{Источник: низкоомный шунтирующий резистор непосредственно на медном слое печатной платы, добросовестное использование}

 P = Действительная мощность (кВт)
         S = Полная мощность (кВА)
         В  L  = Напряжение сети
         I  L  = Линейный ток или допустимая нагрузка кабеля 

 Размер (площадь поперечного сечения) проводника = a
         Годовая процентная и амортизационная стоимость кондуктора =  P  P
         Годовые эксплуатационные расходы кондуктора =  песо