Pengiraan keratan rentas kabel mengikut kuasa dan arus: cara mengira pendawaian dengan betul

Adakah anda merancang untuk melakukan pemodenan grid kuasa atau tambahan pula memanjangkan talian kuasa ke dapur untuk menyambungkan dapur elektrik baharu? Di sini, pengetahuan minimum tentang keratan rentas konduktor dan kesan parameter ini pada kuasa dan arus akan berguna.

Setuju bahawa pengiraan keratan rentas kabel yang salah membawa kepada kepanasan melampau dan litar pintas atau kepada kos yang tidak wajar.

Adalah sangat penting untuk menjalankan pengiraan pada peringkat reka bentuk, sejak kegagalan pendawaian tersembunyi dan penggantian seterusnya dikaitkan dengan kos yang ketara. Kami akan membantu anda memahami kerumitan pengiraan untuk mengelakkan masalah dalam pengendalian rangkaian elektrik selanjutnya.

Untuk tidak membebankan anda dengan pengiraan yang rumit, kami telah memilih formula yang jelas dan pilihan pengiraan, membentangkan maklumat dalam bentuk yang boleh diakses, dan menyediakan formula dengan penjelasan. Foto dan bahan video bertema juga telah ditambahkan pada artikel, membolehkan anda memahami dengan jelas intipati isu yang sedang dipertimbangkan.

Pengiraan keratan rentas untuk kuasa pengguna

Tujuan utama konduktor adalah untuk menyampaikan tenaga elektrik kepada pengguna dalam kuantiti yang diperlukan. Oleh kerana superkonduktor tidak tersedia dalam keadaan operasi biasa, rintangan bahan konduktor mesti diambil kira.

Pengiraan bahagian yang diperlukan konduktor dan kabel bergantung kepada jumlah kuasa pengguna adalah berdasarkan pengalaman operasi jangka panjang.

Mari kita mulakan kursus umum pengiraan dengan terlebih dahulu menjalankan pengiraan menggunakan formula:

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

di mana:

• P – kuasa semua pengguna yang disambungkan ke cawangan yang dikira dalam Watts.
• P1, P2, PN – kuasa pengguna pertama, kedua, ke-n, masing-masing, dalam Watt.

Setelah menerima keputusan pada akhir pengiraan menggunakan formula di atas, sudah tiba masanya untuk beralih kepada data jadual.

Sekarang anda perlu memilih bahagian yang diperlukan mengikut Jadual 1.

Jadual 1. Keratan rentas wayar mesti sentiasa dipilih ke sisi yang lebih besar terdekat (+)

Peringkat #1 - pengiraan kuasa reaktif dan aktif

Kapasiti pengguna ditunjukkan dalam dokumen peralatan. Biasanya, helaian data peralatan menunjukkan kuasa aktif bersama-sama dengan kuasa reaktif.

Peranti dengan jenis beban aktif menukar semua tenaga elektrik yang diterima, dengan mengambil kira kecekapan, kepada kerja berguna: mekanikal, haba atau jenis lain.

Peranti dengan beban aktif termasuk lampu pijar, pemanas dan dapur elektrik.

Untuk peranti sedemikian, pengiraan kuasa oleh arus dan voltan mempunyai bentuk:

P=U*I,

di mana:

• P – kuasa dalam W;
• U – voltan dalam V;
• saya – kekuatan semasa dalam A.

Peranti dengan jenis beban reaktif dapat mengumpul tenaga yang datang dari sumber dan kemudian mengembalikannya. Pertukaran ini berlaku disebabkan oleh anjakan sinusoid semasa dan sinusoid voltan.

Pada anjakan fasa sifar, kuasa P=U*I sentiasa mempunyai nilai positif. Peranti dengan jenis beban aktif mempunyai graf seperti fasa arus dan voltan (I, i - semasa, U, u - voltan, π - pi sama dengan 3.14)

Peranti dengan kuasa reaktif termasuk motor elektrik, peranti elektronik semua saiz dan tujuan, dan transformer.

Apabila terdapat anjakan fasa antara sinusoid semasa dan sinusoid voltan, kuasa P=U*I boleh menjadi negatif (I, i - semasa, U, u - voltan, π - pi sama dengan 3.14). Peranti kuasa reaktif mengembalikan tenaga tersimpan kembali ke sumbernya

Rangkaian elektrik dibina sedemikian rupa sehingga ia boleh memindahkan tenaga elektrik dalam satu arah dari sumber ke beban.

Oleh itu, tenaga yang dikembalikan daripada pengguna dengan beban reaktif adalah parasit dan terbuang apabila memanaskan konduktor dan komponen lain.

Kuasa reaktif bergantung pada sudut fasa antara voltan dan sinusoid arus. Sudut anjakan fasa dinyatakan melalui cosφ.

Untuk mencari jumlah kuasa, gunakan formula:

P = Q / cosφ,

di mana Q – kuasa reaktif dalam VAR.

Biasanya, helaian data peranti menunjukkan kuasa reaktif dan cosφ.

Contoh: pasport untuk gerudi tukul menunjukkan kuasa reaktif 1200 VAr dan cosφ = 0.7.Oleh itu, jumlah penggunaan kuasa akan sama dengan:

P = 1200/0.7 = 1714 W

Jika cosφ tidak dapat ditemui, untuk sebahagian besar peralatan elektrik isi rumah cosφ boleh diambil bersamaan dengan 0.7.

Peringkat #2 - cari pekali serentak dan margin

K – pekali serentak tanpa dimensi, menunjukkan bilangan pengguna yang boleh disambungkan ke rangkaian pada masa yang sama. Ia jarang berlaku bahawa semua peranti menggunakan elektrik pada masa yang sama.

Operasi serentak TV dan pusat muzik tidak mungkin. Daripada amalan yang telah ditetapkan, K boleh diambil bersamaan dengan 0.8. Jika anda bercadang untuk menggunakan semua pengguna secara serentak, K hendaklah ditetapkan kepada 1.

J – faktor keselamatan tanpa dimensi. Mencirikan penciptaan rizab kuasa untuk pengguna masa depan.

Kemajuan tidak berhenti; setiap tahun peranti elektrik baru yang menakjubkan dan berguna dicipta. Penggunaan elektrik dijangka meningkat sebanyak 84% menjelang 2050. Biasanya J diambil antara 1.5 dan 2.0.

Peringkat #3 - melakukan pengiraan menggunakan kaedah geometri

Dalam semua pengiraan elektrik, luas keratan rentas konduktor diambil - keratan rentas teras. Diukur dalam mm².

Selalunya perlu belajar cara mengira dengan betul diameter wayar wayar konduktor.

Dalam kes ini, terdapat formula geometri mudah untuk wayar bulat monolitik:

S = π*R² = π*D²/4, atau sebaliknya

D = √(4*S / π)

Untuk konduktor segi empat tepat:

S = h * m,

di mana:

• S – luas teras dalam mm²;
• R – jejari teras dalam mm;
• D – diameter teras dalam mm;
• h, m – lebar dan tinggi, masing-masing, dalam mm;
• π — pi sama dengan 3.14.

Jika anda membeli wayar terkandas, di mana satu konduktor terdiri daripada banyak wayar berpintal keratan rentas bulat, maka pengiraan dilakukan mengikut formula:

S = N*D²/1,27,

di mana N – bilangan wayar dalam teras.

Wayar dengan teras yang dipintal daripada beberapa wayar umumnya mempunyai kekonduksian yang lebih baik daripada yang monolitik. Ini disebabkan oleh keanehan aliran arus melalui konduktor dengan keratan rentas bulat.

Arus elektrik ialah pergerakan cas serupa di sepanjang konduktor. Seperti cas menolak antara satu sama lain, jadi ketumpatan agihan cas dialihkan ke arah permukaan konduktor.

Satu lagi kelebihan wayar terkandas ialah fleksibiliti dan rintangan mekanikalnya. Wayar monolitik lebih murah dan digunakan terutamanya untuk pemasangan pegun.

Peringkat #4—kira keratan rentas kuasa dalam amalan

Tugasan: jumlah kuasa pengguna di dapur ialah 5000 W (bermaksud kuasa semua pengguna reaktif telah dikira semula). Semua pengguna disambungkan ke rangkaian 220 V fasa tunggal dan dikuasakan dari satu cawangan.

Jadual 2. Jika anda bercadang untuk menyambungkan pengguna tambahan pada masa hadapan, jadual menunjukkan kuasa yang diperlukan bagi perkakas rumah biasa (+)

Penyelesaian:

Mari kita ambil pekali serentak K sama dengan 0.8. Dapur adalah tempat inovasi berterusan, anda tidak pernah tahu, faktor keselamatan adalah J=2.0. Jumlah anggaran kuasa ialah:

P = 5000*0.8*2 = 8000 W = 8 kW

Dengan menggunakan nilai kuasa yang dikira, kami mencari nilai terdekat dalam Jadual 1.

Keratan rentas teras yang paling sesuai untuk rangkaian fasa tunggal ialah konduktor kuprum dengan keratan rentas 4 mm². Saiz wayar yang serupa dengan teras aluminium 6mm².

Untuk pendawaian teras tunggal, diameter minimum ialah 2.3 mm dan 2.8 mm, masing-masing.Dalam kes menggunakan pilihan berbilang teras, keratan rentas teras individu dirumuskan.

Pengiraan keratan rentas semasa

Pengiraan keratan rentas arus dan kuasa yang diperlukan bagi kabel dan wayar akan memberikan hasil yang lebih tepat.Pengiraan sedemikian memungkinkan untuk menilai pengaruh keseluruhan pelbagai faktor pada konduktor, termasuk beban haba, jenama wayar, jenis peletakan, keadaan operasi, dll.

Keseluruhan pengiraan dijalankan mengikut langkah-langkah berikut:

• pemilihan kuasa semua pengguna;
• pengiraan arus yang melalui konduktor;
• pemilihan keratan rentas yang sesuai menggunakan jadual.

Untuk pilihan pengiraan ini, kuasa pengguna dari segi arus dan voltan diambil tanpa mengambil kira faktor pembetulan. Mereka akan diambil kira apabila menjumlahkan kekuatan semasa.

Peringkat #1 - pengiraan kekuatan semasa menggunakan formula

Bagi mereka yang terlupa kursus fizik sekolah, kami menawarkan formula asas dalam bentuk rajah grafik sebagai helaian cheat visual:

"Roda Klasik" jelas menunjukkan hubungan formula dan saling kebergantungan ciri-ciri arus elektrik (I - kekuatan arus, P - kuasa, U - voltan, R - jejari teras)

Mari kita tuliskan pergantungan arus I pada kuasa P dan voltan talian U:

I = P/U_l,

di mana:

• saya — kekuatan semasa, diambil dalam ampere;
• P - kuasa dalam watt;
• U_l — voltan talian dalam volt.

Voltan talian biasanya bergantung pada sumber bekalan kuasa; ia boleh menjadi satu atau tiga fasa.

Hubungan antara voltan linear dan fasa:

1. U_l = U*cosφ dalam kes voltan fasa tunggal.
2. U_l = U*√3*kosφ dalam kes voltan tiga fasa.

Untuk pengguna elektrik isi rumah, cosφ=1 diterima, jadi voltan linear boleh ditulis semula:

1. U_l = 220 V untuk voltan satu fasa.
2. U_l = 380 V untuk voltan tiga fasa.

Seterusnya, kami meringkaskan semua arus yang digunakan menggunakan formula:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

di mana:

• saya – jumlah arus dalam ampere;
• I1..IN – kekuatan semasa setiap pengguna dalam ampere;
• K – pekali serentak;
• J - faktor keselamatan.

Pekali K dan J mempunyai nilai yang sama seperti yang digunakan semasa mengira jumlah kuasa.

Mungkin terdapat kes apabila dalam rangkaian tiga fasa arus kekuatan yang tidak sama mengalir melalui konduktor fasa yang berbeza.

Ini berlaku apabila pengguna fasa tunggal dan tiga fasa disambungkan kepada kabel tiga fasa pada masa yang sama. Sebagai contoh, mesin tiga fasa dan lampu fasa tunggal dikuasakan.

Persoalan semula jadi timbul: bagaimana keratan rentas wayar terkandas dikira dalam kes sedemikian? Jawapannya mudah - pengiraan dibuat berdasarkan teras yang paling dimuatkan.

Peringkat #2 - memilih bahagian yang sesuai menggunakan jadual

Peraturan pengendalian untuk pemasangan elektrik (PEU) mengandungi beberapa jadual untuk memilih keratan rentas teras kabel yang diperlukan.

Kekonduksian konduktor bergantung kepada suhu. Untuk konduktor logam, rintangan meningkat dengan peningkatan suhu.

Apabila ambang tertentu melebihi, proses menjadi mampan sendiri: semakin tinggi rintangan, semakin tinggi suhu, semakin tinggi rintangan, dsb. sehingga konduktor terbakar atau menyebabkan litar pintas.

Dua jadual seterusnya (3 dan 4) menunjukkan keratan rentas konduktor bergantung kepada arus dan kaedah pemasangan.

Jadual 3. Pertama, anda perlu memilih kaedah meletakkan wayar, ini menentukan keberkesanan penyejukan (+)

Kabel berbeza daripada wayar kerana semua teras kabel, dilengkapi dengan penebatnya sendiri, dipintal menjadi satu berkas dan disertakan dalam sarung penebat biasa. Butiran lanjut tentang perbezaan dan jenis produk kabel ditulis dalam ini artikel.

Jadual 4. Kaedah terbuka ditunjukkan untuk semua nilai keratan rentas konduktor, bagaimanapun, dalam amalan, bahagian di bawah 3 mm2 tidak diletakkan secara terbuka atas sebab kekuatan mekanikal (+)

Apabila menggunakan jadual, pekali berikut digunakan pada arus berterusan yang dibenarkan:

• 0.68 jika 5-6 teras;
• 0.63 jika 7-9 teras;
• 0.6 jika 10-12 teras.

Faktor pengurangan digunakan pada nilai semasa dari lajur "terbuka".

Konduktor neutral dan pembumian tidak termasuk dalam bilangan konduktor.

Mengikut piawaian PES, pemilihan keratan rentas konduktor neutral mengikut arus berterusan yang dibenarkan dibuat sebagai sekurang-kurangnya 50% daripada konduktor fasa.

Dua jadual seterusnya (5 dan 6) menunjukkan pergantungan arus jangka panjang yang dibenarkan apabila meletakkannya di dalam tanah.

Jadual 5. Kebergantungan arus jangka panjang yang dibenarkan untuk kabel kuprum apabila diletakkan di udara atau tanah

Beban semasa apabila diletakkan secara terbuka dan apabila diletakkan jauh ke dalam tanah berbeza. Mereka diterima sebagai sama jika meletakkan di dalam tanah dilakukan menggunakan dulang.

Jadual 6. Kebergantungan arus berterusan yang dibenarkan untuk kabel aluminium apabila diletakkan di udara atau tanah

Untuk pemasangan talian bekalan kuasa sementara (membawa, jika untuk kegunaan persendirian), jadual berikut (7) terpakai.

Jadual 7. Arus berterusan yang dibenarkan apabila menggunakan kord hos mudah alih, hos mudah alih dan kabel aci, kabel lampu limpah, wayar mudah alih fleksibel. Hanya konduktor tembaga digunakan

Apabila meletakkan kabel di dalam tanah, sebagai tambahan kepada sifat pelesapan haba, adalah perlu untuk mengambil kira kerintangan, yang ditunjukkan dalam jadual berikut (8):

Jadual 8. Faktor pembetulan bergantung pada jenis dan kerintangan tanah untuk arus jangka panjang yang dibenarkan, apabila mengira keratan rentas kabel (+)

Pengiraan dan pemilihan teras kuprum sehingga 6 mm² atau aluminium sehingga 10 mm² dijalankan seperti untuk arus berterusan.

Dalam kes keratan rentas yang besar, adalah mungkin untuk menggunakan faktor pengurangan:

0.875 * √T_pv

di mana T_pv — nisbah tempoh penukaran kepada tempoh kitaran.

Tempoh menghidupkan adalah tidak lebih daripada 4 minit. Dalam kes ini, kitaran tidak boleh melebihi 10 minit.

Apabila memilih kabel untuk mengagihkan elektrik di rumah kayu Perhatian khusus diberikan kepada ketahanan apinya.

Peringkat #3 - pengiraan keratan rentas semasa konduktor menggunakan contoh

Tugasan: kira bahagian yang diperlukan kabel tembaga untuk sambungan:

• mesin kerja kayu tiga fasa dengan kuasa 4000 W;
• mesin kimpalan tiga fasa dengan kuasa 6000 W;
• perkakas rumah di dalam rumah dengan jumlah kuasa 25,000 W;

Sambungan akan dibuat dengan kabel lima teras (tiga konduktor fasa, satu neutral dan satu pembumian), diletakkan di dalam tanah.

Penebat produk kabel dan wayar dikira untuk voltan operasi tertentu. Perlu diambil kira bahawa voltan operasi produknya yang ditunjukkan oleh pengilang mestilah lebih tinggi daripada voltan sesalur

Penyelesaian.

Langkah 1. Kami mengira voltan linear sambungan tiga fasa:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Langkah #2. Perkakas rumah tangga, alat mesin dan mesin kimpalan mempunyai kuasa reaktif, jadi kuasa mesin dan peralatan adalah:

P_mereka = 25000 / 0.7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0.7 = 14300 W

Langkah #3. Arus yang diperlukan untuk menyambungkan perkakas rumah:

saya_mereka = 35700 / 220 = 162 A

Langkah #4. Arus yang diperlukan untuk menyambung peralatan:

saya_obor = 14300 / 380 = 38 A

Langkah #5. Arus yang diperlukan untuk menyambungkan perkakas rumah dikira berdasarkan satu fasa. Mengikut masalah, terdapat tiga fasa. Oleh itu, arus boleh diagihkan di antara fasa. Untuk kesederhanaan, kami menganggap pengedaran seragam:

saya_mereka = 162 / 3 = 54 A

Langkah #6. Arus setiap fasa:

saya_f = 38 + 54 = 92 A

Langkah #7. Peralatan dan perkakas rumah tidak akan berfungsi pada masa yang sama; sebagai tambahan, kami akan mengetepikan rizab sebanyak 1.5. Selepas menggunakan faktor pembetulan:

saya_f = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 A

Langkah #8. Walaupun kabel mengandungi 5 teras, hanya tiga teras fasa diambil kira. Menurut Jadual 8 dalam kabel tiga teras lajur di dalam tanah, kami mendapati bahawa arus 115 A sepadan dengan keratan rentas teras 16 mm.².

Langkah #9. Menurut Jadual 8, kami menggunakan faktor pembetulan bergantung kepada ciri-ciri tanah. Untuk jenis bumi biasa, pekalinya ialah 1.

Langkah #10. Pilihan, kira diameter teras:

D = √(4*16 / 3.14) = 4.5 mm

Sekiranya pengiraan dibuat hanya berdasarkan kuasa, tanpa mengambil kira keanehan pemasangan kabel, maka keratan rentas teras akan menjadi 25 mm². Mengira kekuatan semasa adalah lebih rumit, tetapi kadangkala membolehkan anda menjimatkan wang yang besar, terutamanya apabila ia berkaitan dengan kabel kuasa berbilang teras.

Anda boleh membaca lebih lanjut mengenai hubungan antara nilai voltan dan arus di sini.

Pengiraan penurunan voltan

Mana-mana konduktor, kecuali superkonduktor, mempunyai rintangan. Oleh itu, jika kabel atau wayar cukup panjang, penurunan voltan berlaku.

Piawaian PES memerlukan keratan rentas teras kabel sedemikian rupa sehingga penurunan voltan tidak lebih daripada 5%.

Jadual 9. Kerintangan konduktor logam biasa (+)

Ini terutamanya berkaitan kabel voltan rendah keratan rentas kecil.

Pengiraan kejatuhan voltan adalah seperti berikut:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_PAD = I * R,

U_% = (U_PAD /u_lin) * 100,

di mana:

• 2 – pekali disebabkan oleh fakta bahawa arus semestinya mengalir melalui dua wayar;
• R – rintangan konduktor, Ohm;
• ρ — kerintangan konduktor, Ohm*mm²/m;
• S – keratan rentas konduktor, mm²;
• U_PAD – voltan jatuh, V;
• U_% - penurunan voltan berbanding U_lin,%.

Menggunakan formula, anda boleh melakukan pengiraan yang diperlukan secara bebas.

Membawa contoh pengiraan

Tugasan: kira kejatuhan voltan bagi wayar kuprum dengan keratan rentas satu teras 1.5 mm². Wayar diperlukan untuk menyambungkan mesin kimpalan elektrik satu fasa dengan jumlah kuasa 7 kW. Panjang wayar 20 m.

Mereka yang ingin menyambungkan mesin kimpalan isi rumah ke cawangan rangkaian elektrik harus mengambil kira penapis semasa yang mana kabel yang digunakan direka bentuk. Ada kemungkinan bahawa jumlah kuasa peranti pengendalian mungkin lebih tinggi. Pilihan terbaik ialah menghubungkan pengguna ke cawangan yang berasingan

Penyelesaian:

Langkah 1. Kami mengira rintangan dawai kuprum menggunakan Jadual 9:

R = 2*(0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47 Ohm

Langkah #2. Arus yang mengalir melalui konduktor:

I = 7000 / 220 = 31.8 A

Langkah #3. Kejatuhan voltan pada wayar:

U_PAD = 31.8 * 0.47 = 14.95 V

Langkah #4. Kami mengira peratusan penurunan voltan:

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

Kesimpulan: untuk menyambungkan mesin kimpalan, konduktor dengan keratan rentas yang besar diperlukan.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik ini

Pengiraan keratan rentas konduktor menggunakan formula:

Cadangan daripada pakar mengenai pemilihan produk kabel dan wayar:

Pengiraan di atas adalah sah untuk konduktor kuprum dan aluminium untuk kegunaan industri. Untuk jenis konduktor lain, jumlah pemindahan haba adalah pra-kira.

Berdasarkan data ini, arus maksimum yang boleh mengalir melalui konduktor tanpa menyebabkan pemanasan berlebihan dikira.

Jika anda mempunyai sebarang soalan tentang kaedah untuk mengira keratan rentas kabel atau ingin berkongsi pengalaman peribadi anda, sila tinggalkan komen pada artikel ini.Bahagian ulasan terletak di bawah.