При строительстве дома или замене старой электропроводки необходимо произвести расчет проводника по его пропускной способности. Это защитит домашнюю сеть от перегрузки. Как производить расчет, что влияет на пропускную способность кабеля? Об этом будет указано ниже, но сначала вспомним, что такое электрический ток.
Для чего необходим расчет кабеля
Металл, из которого изготавливают жилы провода или кабеля, имеет какое-то сопротивление. Когда электроны, а в металлах именно они являются основными носителями заряда, сталкиваются с таким сопротивлением, они производят работу, нагревая проводник. Если сечение или диаметр провода достаточный, то такой нагрев незначительный, в противном случае нагрев будет существенным, а это уже грозит плохими последствиями.
Расчет необходимого сечения кабеля позволяет создать такие рабочие условия, при которых температура не будет повышаться выше допустимого значения. Второстепенная задача, которая стоит при расчете, может предусматривать подключение в дальнейшем дополнительного электрооборудования.
Для протяженных линий такое вычисление поможет определить потерю напряжения в самой дальней точке линии. При неправильном расчете для дальних потребителей напряжения может не хватить, особенно в час пик, что приведет к их неправильной работе или отказу вообще.
Может возникнуть и такая ситуация: расчет сечения проводов и кабелей был произведен правильно, но не был учтен график работы мощных потребителей. В этом случае может возникнуть перегрузка линии.
Что необходимо знать для правильного выбора провода?
При покупке провода или кабеля стремятся достичь оптимального соотношения цена – надежность. Что в это входит? Рассмотрим несколько составляющих:
- материал металла;
- количество проволок в жиле;
- защитные оболочки;
- соотношение цен проводов разного сечения;
- минимальный диаметр проводника.
В основном используют кабеля с медными или алюминиевыми жилами. Алюминий дешевле, но имеет большее сопротивление по сравнению с медью. С другой стороны, он легче и имеет защитную пленку из оксида алюминия.
Предостережение! Алюминий легко ломается, особенно если его надрезать при зачистке. Оксидная пленка имеет большое сопротивление, а это мешает соединять такой проводник с медью, которая усиливает окисление.
Поскольку электроны в основном движутся во внешнем слое проводника, то многопроволочные жилы способны пропускать больший ток, чем однопроволочные. Увеличение сечения провода в два раза увеличит его пропускную способность менее чем в два раза. Поэтому для экономии металла берут два и более провода меньшего сечения вместо одного с большим сечением.
Совет! Кабели с дополнительной защитой хуже сгибаются, тяжелее и уменьшают теплоотдачу. Кроме того, они дороже, поэтому без крайней необходимости ими лучше не пользоваться.
Используемые формулы выбора сечения кабеля позволяют подобрать нужный кабель, но они не учитывают автоматические выключатели, стоящие на защите сети. Поэтому необходимо также ориентироваться на используемые в квартире автоматы, а точнее, на их ток отсечки. Если выбранный провод не выдержит такой нагрузки, его нужно заменить проводом с большим сечением.
Что будет, если неправильно рассчитать сечение
Неправильный расчет может привести к двум противоположным результатам:
- кабель будет иметь недостаточное сечение;
- кабель будет иметь избыточное сечение.
В первом случае жилы кабеля будут перегреваться, изоляция будет быстрее стареть, при худшем сценарии возможно возгорание провода. Малое сечение может вызвать большое падение напряжение на самых дальних разъемах, это может вызвать отключение электроприбора или его неправильную работу. Несоответствие сечения кабеля к установленным автоматам, может сделать их бесполезными.
Если у кабеля сечение больше необходимого это приведет к ненужным материальным расходам, утяжелению проводки. С другой стороны, небольшой запас по сечению позволит в дальнейшем подключать дополнительные электроприборы, не меняя проводки.
Что влияет на нагрев проводов
Нагревание провода зависит от двух факторов:
- источника теплоты;
- эффективность охлаждения.
Тепло дают электроны. При движении по материалу они сталкиваются с атомами, вернее, с их внешними электронами и выбивают их с орбитали. В этот момент высвобождается энергия, в металлах это тепловая энергия. Поэтому, используя формулу расчета провода, обязательно нужно учитывать силу и плотность тока. Разберем это подробнее.
Упрощенно говоря плотность – количество электронов в поперечном срезе проводника. Зависит от самого материала и частично от напряжения. Особенно это заметно в полупроводниках, когда при увеличении напряжения увеличивается число носителей заряда. Сила тока – количество электронов, проходящих через поперечный срез за определенное время. Напрямую зависит от напряжения и сопротивления проводника.
Вывод. Чем больше плотность и сила тока, тем быстрее происходит нагрев металла.
Охлаждение кабеля зависит:
- от окружающей температуры;
- конструкции кабеля;
- способа прокладки;
- метода охлаждения.
Чем выше температура окружающей среды, тем большее сопротивление имеет кабель. Это увеличивает нагрев. Повышенная окружающая температура к тому же уменьшает охлаждение.
Чем больше слоев изоляции и чем она толще, тем хуже происходит отдача тепла. Открытые кабели охлаждаются быстрее, чем уложенные в каналы или короба. В горизонтальных коробах, где воздух стоит на месте, охлаждение хуже, чем в вертикальных, так как в последних происходит естественная циркуляция воздуха, улучшающая вентиляцию. Провода, проложенные на сквозняках или там, где работает вентилятор, будут охлаждаться лучше.
Как рассчитать сечение кабеля по мощности?
Для такого расчета имеются:
- таблицы;
- электронные калькуляторы;
- формулы.
Таблицы позволяют быстро, без дополнительных расчетов получить ответ. Однако это больше будет иметь рекомендательный расчет, не учитывающий особенности сети. Калькуляторы позволяют внести дополнительные условия и получить более точный ответ. Кто желает самостоятельно произвести расчет должен знать схему проведения вычислений. Формула сечения кабеля по мощности включает в себя:
- определение активной мощности для однофазной и полной мощности для трехфазной сети;
- по таблицам узнать коэффициенты: тепловые, потери, запас мощности и другие;
- определить силу тока;
- по таблице определить сечение, руководствуясь полученным значением тока.
Таблица сечения медного кабеля по току, ПУЭ-7
Пример расчета сечения кабеля по таблице можно посмотреть в ПУЭ – правила устройства электроустановок. Разные таблицы предназначены для определения сечения кабельных жил и проводов. Учитываются количество проводов, способ укладки. Для домашней сети, если провод уложен в лоток, это приравнивается к прокладке в трубе.
Таблица сечения алюминиевого кабеля по току, ПУЭ-7
Из-за разной проводимости ток для медного и алюминиевого провода с одинаковым сечением будет разный. Это отображено в таблицах. Причем таблицы могут быть отдельными для каждого металла или общими.
Выбор сечения кабеля по силе тока
Рассмотрим на практике, как можно пользоваться формулой расчета кабеля по току. Для однофазной сети используют следующую формулу: P = UI, где P – мощность в ваттах, U – напряжение в вольтах, I – сила тока в амперах. Определяем суммарную мощность электроприборов обычно работающих одновременно. Допустим, она составила 9, 85 кВт. Переводим в ватты, получается 9 850 Вт. Напряжение сети равно 230 В. Мощность делим на напряжение и получаем ток силой 42,8 А.
Будем покупать медный провод, проложенный в кабельном канале (трубе). Согласно таблице, два одножильных провода в трубе могут пропустить ток 46 А, если имеют сечение 6 мм2. Для алюминиевого провода это сечение будет равно 8 мм2, причем максимальный допустимый ток будет только 43 А.
Расчет сечения кабеля по длине
Иногда нужно рассчитать сечение длинного провода, например, переноску. Для этого нужно знать, какая максимальная мощность будет подключаться к нему. Пусть это будет 2,5 кВт или 2 500 Вт. По формуле выше находим ток:
округлим до 12 А. Определяем сечение по таблице для открытого провода, оно будет равно для медного провода 1,5 мм2. Падение напряжения на конце переноски не должно превышать 5%.
Возьмем провод длиной 30 метров и рассчитаем его сопротивление по формуле:
Такое значение вполне допустимо.
Зная, как произвести расчет сечения кабеля, помогает прокладывать надежные линии электроснабжения, не прибегая к помощи специалистов.
Оставить комментарий: