Càlcul de la secció del cable per potència i corrent: com calcular correctament el cablejat

Estàs pensant fer-ho modernització de la xarxa elèctrica o ampliar la línia elèctrica a la cuina per connectar una nova estufa elèctrica? Aquí, serà útil un coneixement mínim sobre la secció transversal del conductor i l'efecte d'aquest paràmetre sobre la potència i el corrent.

Accepteu que un càlcul incorrecte de la secció del cable comporta un sobreescalfament i un curtcircuit o uns costos injustificats.

És molt important realitzar càlculs en l'etapa de disseny, des de la fallada cablejat ocult i la substitució posterior està associada a costos importants. L'ajudarem a entendre les complexitats dels càlculs per evitar problemes en el posterior funcionament de les xarxes elèctriques.

Per no carregar-vos amb càlculs complexos, hem seleccionat fórmules i opcions de càlcul clares, hem presentat la informació de forma accessible i hem proporcionat les fórmules amb explicacions. També s'han afegit fotos temàtiques i materials de vídeo a l'article, que us permeten entendre clarament l'essència del problema que s'està considerant.

Càlcul de la secció per a la potència del consumidor

L'objectiu principal dels conductors és subministrar energia elèctrica als consumidors en la quantitat requerida. Com que els superconductors no estan disponibles en condicions de funcionament normals, s'ha de tenir en compte la resistència del material conductor.

Càlcul de la secció requerida conductors i cables depenent de la potència total dels consumidors es basa en l'experiència operativa a llarg termini.

Comencem el curs general dels càlculs realitzant primer càlculs amb la fórmula:

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

On:

• P – la potència de tots els consumidors connectats a la branca calculada en watts.
• P1, P2, PN – potència del primer, segon i enèsimo consumidor, respectivament, en watts.

Després d'haver rebut el resultat al final dels càlculs mitjançant la fórmula anterior, era hora de recórrer a les dades tabulars.

Ara heu de seleccionar la secció requerida segons la Taula 1.

Taula 1. La secció transversal del cable sempre s'ha de seleccionar al costat més gran més proper (+)

Etapa #1 - càlcul de la potència reactiva i activa

Les capacitats dels consumidors s'indiquen als documents de l'equip. Normalment, les fitxes de dades dels equips indiquen la potència activa juntament amb la potència reactiva.

Els dispositius amb un tipus de càrrega activa converteixen tota l'energia elèctrica rebuda, tenint en compte l'eficiència, en treball útil: mecànic, tèrmic o d'un altre tipus.

Els dispositius amb càrregues actives inclouen làmpades incandescents, escalfadors i estufes elèctriques.

Per a aquests dispositius, el càlcul de la potència per corrent i tensió té la forma:

P=U*I,

On:

• P – potència en W;
• U – tensió en V;
• jo - Potència actual en A.

Els dispositius amb un tipus de càrrega reactiva són capaços d'acumular energia procedent d'una font i després retornar-la. Aquest intercanvi es produeix a causa del desplaçament de la sinusoide de corrent i la sinusoide de tensió.

En un desplaçament de fase zero, la potència P=U*I sempre té un valor positiu. Els dispositius amb un tipus de càrrega activa tenen un gràfic de les fases de corrent i tensió (I, i - corrent, U, u - voltatge, π - pi igual a 3,14)

Els dispositius amb potència reactiva inclouen motors elèctrics, dispositius electrònics de totes les mides i finalitats i transformadors.

Quan hi ha un canvi de fase entre la sinusoide actual i la sinusoide de tensió, la potència P=U*I pot ser negativa (I, i - corrent, U, u - voltatge, π - pi igual a 3,14). Un dispositiu de potència reactiva retorna l'energia emmagatzemada a la font

Les xarxes elèctriques es construeixen de tal manera que poden transferir energia elèctrica en una direcció de la font a la càrrega.

Per tant, l'energia retornada d'un consumidor amb una càrrega reactiva és parasita i es malgasta en escalfar els conductors i altres components.

La potència reactiva depèn de l'angle de fase entre els sinusoides de tensió i corrent. L'angle de desplaçament de fase s'expressa mitjançant cosφ.

Per trobar la potència total, utilitzeu la fórmula:

P = Q / cosφ,

On Q – Potència reactiva en VAR.

Normalment, el full de dades del dispositiu indica potència reactiva i cosφ.

Exemple: el passaport de la perforadora de martell indica una potència reactiva de 1200 VAr i cosφ = 0,7.Per tant, el consum total d'energia serà igual a:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Si no es pogués trobar cosφ, per a la gran majoria dels electrodomèstics es pot prendre cosφ igual a 0,7.

Etapa 2: cerca de simultaneïtat i coeficients de marge

K – coeficient de simultaneïtat adimensional, mostra quants consumidors es poden connectar a la xarxa alhora. Poques vegades passa que tots els dispositius consumeixin electricitat al mateix temps.

El funcionament simultània del centre de televisió i música és poc probable. A partir de la pràctica establerta, K es pot prendre igual a 0,8. Si teniu previst utilitzar tots els consumidors simultàniament, K s'hauria d'establir a 1.

J – Factor de seguretat adimensional. Caracteritza la creació d'una reserva d'energia per als futurs consumidors.

El progrés no s'atura; cada any s'inventen nous dispositius elèctrics sorprenents i útils. Es preveu que el consum d'electricitat creixi un 84% l'any 2050. Normalment, J es considera entre 1,5 i 2,0.

Etapa #3: realització de càlculs mitjançant el mètode geomètric

En tots els càlculs elèctrics, es pren l'àrea de la secció transversal del conductor: la secció transversal del nucli. Mesurada en mm².

Sovint cal aprendre a calcular correctament diàmetre del fil fils conductors.

En aquest cas, hi ha una fórmula geomètrica senzilla per a un cable rodó monolític:

S = π*R² = π*D²/4, o viceversa

D = √(4*S / π)

Per a conductors rectangulars:

S = h * m,

On:

• S – Àrea del nucli en mm²;
• R – radi del nucli en mm;
• D – diàmetre del nucli en mm;
• h, m – amplada i alçada, respectivament, en mm;
• π — pi és igual a 3,14.

Si compreu un cable trenat, en el qual un conductor consta de molts cables trenats de secció rodona, el càlcul es realitza segons la fórmula:

S = N*D²/1,27,

On N - nombre de cables al nucli.

Els cables amb nuclis trenats a partir de diversos cables generalment tenen una millor conductivitat que els monolítics. Això es deu a les peculiaritats del flux de corrent a través d'un conductor de secció rodona.

El corrent elèctric és el moviment de càrregues semblants al llarg d'un conductor. Igual que les càrregues es repel·len mútuament, de manera que la densitat de distribució de càrregues es desplaça cap a la superfície del conductor.

Un altre avantatge dels cables trenats és la seva flexibilitat i resistència mecànica. Els cables monolítics són més barats i s'utilitzen principalment per a instal·lacions estacionàries.

Etapa #4: calculeu la secció transversal de potència a la pràctica

Tasca: la potència total dels consumidors a la cuina és de 5000 W (és a dir, s'ha recalculat la potència de tots els consumidors reactius). Tots els consumidors estan connectats a una xarxa monofàsica de 220 V i s'alimenten des d'una branca.

Taula 2. Si teniu previst connectar consumidors addicionals en el futur, la taula mostra la potència necessària dels electrodomèstics (+)

Solució:

Prenem el coeficient de simultaneïtat K igual a 0,8. La cuina és un lloc d'innovació constant, mai se sap, el factor de seguretat és J=2,0. La potència total estimada serà:

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

Utilitzant el valor de la potència calculada, busquem el valor més proper a la taula 1.

La secció transversal adequada més propera per a una xarxa monofàsica és un conductor de coure amb una secció transversal de 4 mm.². Mida de cable similar amb nucli d'alumini de 6 mm².

Per al cablejat d'un sol nucli, el diàmetre mínim serà de 2,3 mm i 2,8 mm, respectivament.En el cas d'utilitzar una opció multinucli, es resumeix la secció transversal dels nuclis individuals.

Càlcul de la secció actual

Els càlculs de la secció transversal de corrent i potència requerida de cables i cables proporcionaran resultats més precisos.Aquests càlculs permeten avaluar la influència global de diversos factors sobre els conductors, inclosa la càrrega tèrmica, la marca de cables, el tipus de col·locació, les condicions de funcionament, etc.

Tot el càlcul es realitza en els següents passos:

• selecció de poder de tots els consumidors;
• càlcul de corrents que passen per un conductor;
• selecció d'una secció transversal adequada mitjançant taules.

Per a aquesta opció de càlcul, es pren la potència dels consumidors en termes de corrent i tensió sense tenir en compte els factors de correcció. Es tindran en compte a l'hora de sumar la força actual.

Etapa #1: càlcul de la força actual mitjançant fórmules

Per a aquells que hagin oblidat el curs de física escolar, oferim les fórmules bàsiques en forma de diagrama gràfic com a full de trucs visual:

La "Roda clàssica" demostra clarament la relació de fórmules i la interdependència de les característiques del corrent elèctric (I - intensitat del corrent, P - potència, U - voltatge, R - radi del nucli)

Escrivim la dependència del corrent I de la potència P i la tensió de línia U:

I = P/U_l,

On:

• jo — intensitat del corrent, presa en amperes;
• P - potència en watts;
• U_l - Tensió de línia en volts.

La tensió de línia generalment depèn de la font d'alimentació; pot ser monofàsica o trifàsica.

Relació entre la tensió lineal i la de fase:

1. U_l = U*cosφ en cas de tensió monofàsica.
2. U_l = U*√3*cosφ en cas de tensió trifàsica.

Per als consumidors elèctrics domèstics, s'accepta cosφ=1, de manera que la tensió lineal es pot reescriure:

1. U_l = 220 V per a tensió monofàsica.
2. U_l = 380 V per a tensió trifàsica.

A continuació, resumim tots els corrents consumits mitjançant la fórmula:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

On:

• jo - corrent total en amperes;
• I1..IN – intensitat actual de cada consumidor en amperes;
• K - coeficient de simultaneïtat;
• J - Factor de seguretat.

Els coeficients K i J tenen els mateixos valors que els utilitzats per calcular la potència total.

Pot haver-hi un cas quan en una xarxa trifàsica un corrent de força desigual flueix per diferents conductors de fase.

Això passa quan els consumidors monofàsics i trifàsics es connecten a un cable trifàsic alhora. Per exemple, una màquina trifàsica i una il·luminació monofàsica estan alimentades.

Sorgeix una pregunta natural: com es calcula la secció transversal d'un cable trenat en aquests casos? La resposta és senzilla: els càlculs es fan a partir del nucli més carregat.

Etapa 2: selecció d'una secció adequada mitjançant taules

Les normes de funcionament de les instal·lacions elèctriques (PEU) contenen una sèrie de taules per seleccionar la secció requerida del nucli del cable.

La conductivitat d'un conductor depèn de la temperatura. Per als conductors metàl·lics, la resistència augmenta amb l'augment de la temperatura.

Quan es supera un determinat llindar, el procés esdevé autosostenible: com més gran és la resistència, més alta és la temperatura, més gran és la resistència, etc. fins que el conductor es cremi o provoqui un curtcircuit.

Les dues taules següents (3 i 4) mostren la secció transversal dels conductors en funció dels corrents i del mètode d'instal·lació.

Taula 3. En primer lloc, heu de triar el mètode de col·locació dels cables, això determina l'efectivitat del refredament (+)

Un cable es diferencia d'un cable en què tots els nuclis de cable, equipats amb el seu propi aïllament, estan retorçats en un paquet i tancats en una funda aïllant comuna. Més detalls sobre les diferències i els tipus de productes de cable s'escriuen aquí article.

Taula 4. El mètode obert s'indica per a tots els valors de la secció transversal del conductor, però, a la pràctica, les seccions inferiors a 3 mm2 no es col·loquen obertament per raons de resistència mecànica (+)

Quan s'utilitzen taules, s'apliquen els coeficients següents al corrent continu admissible:

• 0,68 si 5-6 nuclis;
• 0,63 si 7-9 nuclis;
• 0,6 si 10-12 nuclis.

Els factors de reducció s'apliquen als valors actuals de la columna "oberta".

Els conductors neutre i de terra no estan inclosos en el nombre de conductors.

D'acord amb els estàndards PES, la selecció de la secció transversal del conductor neutre segons el corrent continu admissible es fa com a mínim al 50% del conductor de fase.

Les dues taules següents (5 i 6) mostren la dependència del corrent a llarg termini admissible en posar-lo a terra.

Taula 5. Dependències del corrent a llarg termini admissible per als cables de coure quan es col·loquen a l'aire o a terra

La càrrega actual quan es col·loca obertament i quan es col·loca profundament al terra és diferent. S'accepten com a iguals si la col·locació a terra es realitza mitjançant safates.

Taula 6. Dependències del corrent continu admissible per als cables d'alumini quan es col·loquen a l'aire o a terra

Per a la instal·lació de línies d'alimentació provisionals (portadores, si són d'ús privat), s'aplica la següent taula (7).

Taula 7. Corrent continu admissible quan s'utilitzen cordons de mànega portàtils, cables de mànega portàtils i cables d'eix, cables de projectors, cables portàtils flexibles. Només s'utilitzen conductors de coure

Quan es col·loquen cables a terra, a més de les propietats de dissipació de calor, cal tenir en compte la resistivitat, que es reflecteix a la taula següent (8):

Taula 8. Factor de correcció en funció del tipus i resistivitat del sòl per al corrent a llarg termini admissible, en calcular la secció del cable (+)

Càlcul i selecció de nuclis de coure fins a 6 mm² o alumini fins a 10 mm² es porta a terme com per a corrent continu.

En el cas de grans seccions, és possible aplicar un factor de reducció:

0,875 * √T_pv

On T_pv — Relació entre la durada de commutació i la durada del cicle.

La durada de l'encesa es considera que no és superior a 4 minuts. En aquest cas, el cicle no ha de superar els 10 minuts.

A l'hora d'escollir un cable per distribuir l'electricitat casa de fusta Es presta especial atenció a la seva resistència al foc.

Etapa #3: càlcul de la secció transversal actual del conductor utilitzant un exemple

Tasca: calcular la secció requerida cable de coure per a la connexió:

• màquina trifàsica per a la fusta amb una potència de 4000 W;
• màquina de soldadura trifàsica amb una potència de 6000 W;
• electrodomèstics de la casa amb una potència total de 25.000 W;

La connexió es farà amb un cable de cinc conductors (conductors trifàsics, un de neutre i un de terra), col·locat a terra.

L'aïllament dels productes de cable i filferro es calcula per a una tensió de funcionament específica. Cal tenir en compte que la tensió de funcionament del seu producte indicada pel fabricant ha de ser superior a la tensió de la xarxa.

Solució.

Pas 1. Calculem la tensió lineal d'una connexió trifàsica:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Pas #2. Els electrodomèstics, una màquina-eina i una màquina de soldadura tenen potència reactiva, de manera que la potència de la maquinària i l'equip serà:

P_aquells = 25.000 / 0,7 = 35.700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Pas #3. Corrent necessària per connectar els electrodomèstics:

jo_aquells = 35700 / 220 = 162 A

Pas #4. Corrent necessària per connectar l'equip:

jo_obor = 14300 / 380 = 38 A

Pas #5. El corrent necessari per connectar els electrodomèstics es calcula en funció d'una fase. Segons el problema, hi ha tres fases. Per tant, el corrent es pot distribuir entre les fases. Per simplificar, suposem una distribució uniforme:

jo_aquells = 162/3 = 54 A

Pas #6. Corrent per fase:

jo_f = 38 + 54 = 92 A

Pas #7. Els equips i els electrodomèstics no funcionaran al mateix temps; a més, reservarem una reserva d'1,5. Després d'aplicar factors de correcció:

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

Pas #8. Tot i que el cable conté 5 nuclis, només es tenen en compte els nuclis de tres fases. Segons la taula 8 de la columna cable de tres nuclis a terra, trobem que un corrent de 115 A correspon a una secció transversal de nucli de 16 mm.².

Pas #9. Segons la Taula 8, apliquem un factor de correcció en funció de les característiques del terreny. Per a un tipus de terra normal, el coeficient és 1.

Pas #10. Opcional, calculeu el diàmetre del nucli:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Si el càlcul es fes només en funció de la potència, sense tenir en compte les peculiaritats de la posada del cable, la secció transversal del nucli seria de 25 mm.². El càlcul de la força actual és més complicat, però de vegades us permet estalviar diners significatius, especialment quan es tracta de cables d'alimentació de múltiples nuclis.

Podeu llegir més sobre la relació entre els valors de tensió i corrent aquí.

Càlcul de la caiguda de tensió

Qualsevol conductor, excepte els superconductors, té resistència. Per tant, si el cable o cable és prou llarg, es produeix una caiguda de tensió.

Els estàndards PES requereixen que la secció transversal del nucli del cable sigui tal que la caiguda de tensió no sigui superior al 5%.

Taula 9. Resistivitat dels conductors metàl·lics comuns (+)

Es tracta principalment de cables de baixa tensió de petita secció.

El càlcul de la caiguda de tensió és el següent:

R = 2*(ρ * L)/S,

U_coixinet = I * R,

U_% = (U_coixinet /u_lin) * 100,

On:

• 2 – coeficient a causa del fet que el corrent flueix necessàriament per dos fils;
• R - Resistència del conductor, Ohm;
• ρ - resistivitat del conductor, Ohm*mm²/m;
• S – secció del conductor, mm²;
• U_coixinet – caiguda de tensió, V;
• U_% - Caiguda de tensió respecte a U_lin,%.

Amb fórmules, podeu realitzar els càlculs necessaris de manera independent.

Exemple de càlcul de portar

Tasca: calcula la caiguda de tensió per a un cable de coure amb una secció transversal d'un nucli d'1,5 mm². El cable és necessari per connectar una màquina de soldadura elèctrica monofàsica amb una potència total de 7 kW. Longitud del cable 20 m.

Aquells que vulguin connectar una màquina de soldadura domèstica a una branca de xarxa elèctrica han de tenir en compte el tamís actual per al qual està dissenyat el cable utilitzat. És possible que la potència total dels dispositius operatius sigui superior. La millor opció és connectar els consumidors a sucursals separades

Solució:

Pas 1. Calculem la resistència del fil de coure mitjançant la taula 9:

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

Pas #2. Corrent que circula pel conductor:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Pas #3. Caiguda de tensió al cable:

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

Pas #4. Calculem el percentatge de caiguda de tensió:

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

Conclusió: per connectar la màquina de soldadura, cal un conductor amb una gran secció.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Càlcul de la secció del conductor mitjançant les fórmules:

Recomanacions d'especialistes sobre la selecció de productes de cable i filferro:

Els càlculs anteriors són vàlids per a conductors de coure i alumini per a ús industrial. Per a altres tipus de conductors, la transferència de calor total es calcula prèviament.

A partir d'aquestes dades, es calcula el corrent màxim que pot circular pel conductor sense provocar un escalfament excessiu.

Si teniu cap pregunta sobre el mètode per calcular la secció del cable o voleu compartir la vostra experiència personal, deixeu comentaris sobre aquest article.La secció de revisió es troba a continuació.