От правильного выбора сечения электропроводки зависит комфорт и безопасность в доме. При перегрузке проводник перегревается, и изоляция может оплавиться, что приведет к пожару или короткому замыканию. Но сечение больше необходимого брать невыгодно, поскольку возрастает цена кабеля.
Вообще, его рассчитывают в зависимости от количества потребителей, для чего сначала определяют общую мощность, используемую квартирой, а затем умножают результат на 0,75. В ПУЭ применяется таблица нагрузок по сечению кабеля. По ней можно легко определить диаметр жил, который зависит от материала и проходящего тока. Как правило, применяются медные проводники.
Сечение жилы кабеля должно точно соответствовать расчетному - в сторону увеличения стандартного размерного ряда. Наиболее опасно, когда оно занижено. Тогда проводник постоянно перегревается, и изоляция быстро выходит из строя. А если установить соответствующий то будет происходить его частое срабатывание.
При завышении сечения провода, он обойдется дороже. Хотя определенный запас необходим, поскольку в дальнейшем, как правило, приходится подключать новое оборудование. Целесообразно применять коэффициент запаса порядка 1,5.
Расчет суммарной мощности
Общая потребляемая квартирой мощность приходится на главный ввод, который входит в распределительный щит, а после него разветвляется на линии:
- освещение;
- группы розеток;
- отдельные мощные электроприборы.
Поэтому самое большое сечение силового кабеля - на входе. На отводящих линиях оно уменьшается, в зависимости от нагрузки. В первую очередь, определяется суммарная мощность всех нагрузок. Это несложно, так как на корпусах всех бытовых приборов и в паспортах к ним она обозначается.
Все мощности складываются. Аналогично производятся расчеты и по каждому контуру. Специалисты предлагают умножать сумму на 0,75. Это объясняется тем, что одновременно все приборы в сеть не включаются. Другие предлагают выбирать сечение большего размера. За счет этого создается резерв на последующий ввод в действие дополнительных электрических приборов, которые могут быть приобретены в будущем. Нужно отметить, что этот вариант расчета кабеля более надежен.
Как определить сечение провода?
Во всех расчетах фигурирует сечение кабеля. По диаметру его определить проще, если применять формулы:
- S = π D²/4 ;
- D = √(4× S /π).
Где π = 3,14.
S = N×D²/1,27.
Многожильные провода применяются там, где требуется гибкость. Более дешевые цельные проводники используются при стационарном монтаже.
Как выбрать кабель по мощности?
Для того чтобы подобрать проводку, применяется таблица нагрузок по сечению кабеля:
- Если линия открытого типа находится под напряжением 220 В, а суммарная мощность составляет 4 кВт, берется медный проводник сечением 1,5 мм². Данный размер обычно применяется для проводки освещения.
- При мощности 6 кВт требуются жилы большего сечения - 2,5 мм². Провод применяется для розеток, к которым подключаются бытовые приборы.
- Мощность 10 кВт требует использования проводки на 6 мм². Обычно она предназначена для кухни, где подключается электрическая плита. Подвод к подобной нагрузке производится по отдельной линии.
Какие кабели лучше?
Электрикам хорошо известен кабель немецкой марки NUM для офисных и жилых помещений. В России выпускают марки кабелей, которые по характеристикам ниже, хотя могут иметь то же название. Их можно отличить по подтекам компаунда в пространстве между жилами или по его отсутствию.
Провод выпускается монолитным и многопроволочным. Каждая жила, а также вся скрутка снаружи изолируется ПВХ, причем наполнитель между ними выполнен негорючим:
- Так, кабель NUM применяется внутри помещений, поскольку изоляция на улице разрушается от солнечных лучей.
- А в качестве внутренней и широко используется кабель марки ВВГ. Он дешев и достаточно надежен. Для прокладки в грунте его не рекомендуется применять.
- Провод марки ВВГ изготавливается плоским и круглым. Между жилами наполнитель не применяется.
- делают с внешней оболочкой, не поддерживающей горения. Жилы изготавливаются круглые до сечения 16 мм², а свыше - секторные.
- Марки кабелей ПВС и ШВВП делаются многопроволочными и используются преимущественно для подключения бытовых приборов. Его часто применяют в качестве домашней электропроводки. На улице многопроволочные жилы использовать не рекомендуется по причине коррозии. Кроме того, изоляция при изгибе трескается при низкой температуре.
- На улице под землей прокладывают бронированные и устойчивые к влаге кабели АВБШв и ВБШв. Броня изготавливается из двух стальных лент, что повышает надежность кабеля и делает его устойчивым к механическим воздействиям.
Определение нагрузки по току
Более точный результат дает расчет сечения кабеля по мощности и току, где геометрические параметры связаны с электрическими.
Для домашней проводки должна учитывается не только активная нагрузка, но и реактивная. Сила тока определяется по формуле:
I = P/(U∙cosφ).
Реактивную нагрузку создают люминесцентные лампы и двигатели электроприборов (холодильника, пылесоса, электроинструмента и др.).
Пример по току
Давайте выясним, как быть, если необходимо определить сечение медного кабеля для подключения бытовой техники суммарной мощностью 25 кВт и трехфазных станков на 10 кВт. Такое подключение производится пятижильным кабелем, проложенным в грунте. Питание дома производится от
С учетом реактивной составляющей, мощность бытовой техники и оборудования составит:
- P быт. = 25/0,7 = 35,7 кВт;
- P обор. = 10/0,7 = 14,3 кВт.
Определяются токи на вводе:
- I быт. = 35,7×1000/220 = 162 А;
- I обор. = 14,3×1000/380 = 38 А.
Если распределить однофазные нагрузки равномерно по трем фазам, на одну будет приходиться ток:
I ф = 162/3 = 54 А.
I ф = 54 + 38 = 92 А.
Вся техника одновременно не будет работать. С учетом запаса на каждую фазу приходится ток:
I ф = 92×0,75×1,5 = 103,5 А.
В пятижильном кабеле учитываются только фазные жилы. Для кабеля, проложенного в грунте, можно определить для тока 103,5 А сечение жил 16 мм² (таблица нагрузок по сечению кабеля).
Уточненный расчет по силе тока позволяет сэкономить средства, поскольку требуется меньшее сечение. При более грубом расчете кабеля по мощности, сечение жилы составит 25 мм², что обойдется дороже.
Падение напряжения на кабеле
Проводники обладают сопротивлением, которое необходимо учитывать. Особенно это важно для большой длины кабеля или при его малом сечении. Установлены нормы ПЭУ, по которым падение напряжения на кабеле не должно превышать 5 %. Расчет делается следующим образом.
- Определяется сопротивление проводника: R = 2×(ρ×L)/S.
- Находится падение напряжения: U пад. = I×R. По отношению к линейному в процентах оно составит: U % = (U пад. /U лин.)×100.
В формулах приняты обозначения:
- ρ - удельное сопротивление, Ом×мм²/м;
- S - площадь поперечного сечения, мм².
Коэффициент 2 показывает, что ток течет по двум жилам.
Пример расчета кабеля по падению напряжения
- Сопротивление провода составляет: R = 2(0,0175×20)/2,5 = 0,28 Ом .
- Сила тока в проводнике: I = 7000/220 =31,8 А .
- Падение напряжения на переноске: U пад. = 31,8×0,28 = 8,9 В .
- Процент падения напряжения: U % = (8,9/220)×100 = 4,1 %.
Переноска подходит для сварочного аппарата по требованиям правил эксплуатации электроустановок, поскольку процент падения на ней напряжения находится в пределах нормы. Однако его величина на питающем проводе остается большой, что может негативно повлиять на процесс сварки. Здесь необходима проверка нижнего допустимого предела напряжения питания для сварочного аппарата.
Заключение
Чтобы надежно защитить электропроводку от перегрева при длительном превышении номинального тока, сечения кабелей рассчитывают по длительно допустимым токам. Расчет упрощается, если применяется таблица нагрузок по сечению кабеля. Более точный результат получается, если вычисление производится по максимальной токовой нагрузке. А для стабильной и долговременной работы в цепи электропроводки устанавливают автоматический выключатель.
В таблице приведены данные мощности, тока и сечения кабелей и проводов , для расчетов и выбора кабеля и провода , кабельных материалов и электрооборудования.
В расчете применялись данные таблиц ПУЭ, формулы активной мощности для однофазной и трехфазной симметричной нагрузки.
Ниже представлены таблицы для кабелей и проводов с медными и алюминивыми жилами проводов.
| Медные жилы проводов и кабелей | ||||
| Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт |
| 1,5 | 19 | 4,1 | 16 | 10,5 |
| 2,5 | 27 | 5,9 | 25 | 16,5 |
| 4 | 38 | 8,3 | 30 | 19,8 |
| 6 | 46 | 10,1 | 40 | 26,4 |
| 10 | 70 | 15,4 | 50 | 33,0 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 |
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66,0 | 260 | 171,6 |
| Сечение токопро водящей жилы, мм 2 | Алюминивые жилы проводов и кабелей | |||
| Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт |
| 2,5 | 20 | 4,4 | 19 | 12,5 |
| 4 | 28 | 6,1 | 23 | 15,1 |
| 6 | 36 | 7,9 | 30 | 19,8 |
| 10 | 50 | 11,0 | 39 | 25,7 |
| 16 | 60 | 13,2 | 55 | 36,3 |
| 25 | 85 | 18,7 | 70 | 46,2 |
| 35 | 100 | 22,0 | 85 | 56,1 |
| 50 | 135 | 29,7 | 110 | 72,6 |
| 70 | 165 | 36,3 | 140 | 92,4 |
| 95 | 200 | 44,0 | 170 | 112,2 |
| 120 | 230 | 50,6 | 200 | 132,0 |
Пример расчета сечения кабеля
Задача: запитать ТЭН мощностью W=4,75 кВт медным проводом в кабель-канале.
Расчет тока: I = W/U. Напряжение нам известно: 220 вольт. Согласно формуле протекающий ток I = 4750/220 = 21,6 ампера.
Ориентируемся на медный провод, потому берем значение диаметра медной жилы из таблицы. В колонке 220В - медные жилы находим значение тока, превышающего 21,6 ампера, это строка со значением 27 ампера. Из этой же строки берем Сечение токопроводящей жилы, равное 2,5 квадрата.
Расчет необходимого сечения кабеля по марке кабеля, провода
| № | Число жил, сечение мм. Кабеля (провода) | Наружный диаметр мм. | Диаметр трубы мм. | Допустимый длительный ток (А) для проводов и кабелей при прокладке: | Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) ПУЭ |
|||||||||||
| ВВГ | ВВГнг | КВВГ | КВВГЭ | NYM | ПВ1 | ПВ3 | ПВХ (ПНД) | Мет.тр. Ду | в воздухе | в земле | Сечение, шины мм | Кол-во шин на фазу | ||||
| 1 | 1х0,75 | 2,7 | 16 | 20 | 15 | 15 | 1 | 2 | 3 | |||||||
| 2 | 1х1 | 2,8 | 16 | 20 | 17 | 17 | 15х3 | 210 | ||||||||
| 3 | 1х1,5 | 5,4 | 5,4 | 3 | 3,2 | 16 | 20 | 23 | 33 | 20х3 | 275 | |||||
| 4 | 1х2,5 | 5,4 | 5,7 | 3,5 | 3,6 | 16 | 20 | 30 | 44 | 25х3 | 340 | |||||
| 5 | 1х4 | 6 | 6 | 4 | 4 | 16 | 20 | 41 | 55 | 30х4 | 475 | |||||
| 6 | 1х6 | 6,5 | 6,5 | 5 | 5,5 | 16 | 20 | 50 | 70 | 40х4 | 625 | |||||
| 7 | 1х10 | 7,8 | 7,8 | 5,5 | 6,2 | 20 | 20 | 80 | 105 | 40х5 | 700 | |||||
| 8 | 1х16 | 9,9 | 9,9 | 7 | 8,2 | 20 | 20 | 100 | 135 | 50х5 | 860 | |||||
| 9 | 1х25 | 11,5 | 11,5 | 9 | 10,5 | 32 | 32 | 140 | 175 | 50х6 | 955 | |||||
| 10 | 1х35 | 12,6 | 12,6 | 10 | 11 | 32 | 32 | 170 | 210 | 60х6 | 1125 | 1740 | 2240 | |||
| 11 | 1х50 | 14,4 | 14,4 | 12,5 | 13,2 | 32 | 32 | 215 | 265 | 80х6 | 1480 | 2110 | 2720 | |||
| 12 | 1х70 | 16,4 | 16,4 | 14 | 14,8 | 40 | 40 | 270 | 320 | 100х6 | 1810 | 2470 | 3170 | |||
| 13 | 1х95 | 18,8 | 18,7 | 16 | 17 | 40 | 40 | 325 | 385 | 60х8 | 1320 | 2160 | 2790 | |||
| 14 | 1х120 | 20,4 | 20,4 | 50 | 50 | 385 | 445 | 80х8 | 1690 | 2620 | 3370 | |||||
| 15 | 1х150 | 21,1 | 21,1 | 50 | 50 | 440 | 505 | 100х8 | 2080 | 3060 | 3930 | |||||
| 16 | 1х185 | 24,7 | 24,7 | 50 | 50 | 510 | 570 | 120х8 | 2400 | 3400 | 4340 | |||||
| 17 | 1х240 | 27,4 | 27,4 | 63 | 65 | 605 | 60х10 | 1475 | 2560 | 3300 | ||||||
| 18 | 3х1,5 | 9,6 | 9,2 | 9 | 20 | 20 | 19 | 27 | 80х10 | 1900 | 3100 | 3990 | ||||
| 19 | 3х2,5 | 10,5 | 10,2 | 10,2 | 20 | 20 | 25 | 38 | 100х10 | 2310 | 3610 | 4650 | ||||
| 20 | 3х4 | 11,2 | 11,2 | 11,9 | 25 | 25 | 35 | 49 | 120х10 | 2650 | 4100 | 5200 | ||||
| 21 | 3х6 | 11,8 | 11,8 | 13 | 25 | 25 | 42 | 60 | медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP30 |
|||||||
| 22 | 3х10 | 14,6 | 14,6 | 25 | 25 | 55 | 90 | |||||||||
| 23 | 3х16 | 16,5 | 16,5 | 32 | 32 | 75 | 115 | |||||||||
| 24 | 3х25 | 20,5 | 20,5 | 32 | 32 | 95 | 150 | |||||||||
| 25 | 3х35 | 22,4 | 22,4 | 40 | 40 | 120 | 180 | Сечение, шины мм | Кол-во шин на фазу | |||||||
| 26 | 4х1 | 8 | 9,5 | 16 | 20 | 14 | 14 | 1 | 2 | 3 | ||||||
| 27 | 4х1,5 | 9,8 | 9,8 | 9,2 | 10,1 | 20 | 20 | 19 | 27 | 50х5 | 650 | 1150 | ||||
| 28 | 4х2,5 | 11,5 | 11,5 | 11,1 | 11,1 | 20 | 20 | 25 | 38 | 63х5 | 750 | 1350 | 1750 | |||
| 29 | 4х50 | 30 | 31,3 | 63 | 65 | 145 | 225 | 80х5 | 1000 | 1650 | 2150 | |||||
| 30 | 4х70 | 31,6 | 36,4 | 80 | 80 | 180 | 275 | 100х5 | 1200 | 1900 | 2550 | |||||
| 31 | 4х95 | 35,2 | 41,5 | 80 | 80 | 220 | 330 | 125х5 | 1350 | 2150 | 3200 | |||||
| 32 | 4х120 | 38,8 | 45,6 | 100 | 100 | 260 | 385 | Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP31 |
||||||||
| 33 | 4х150 | 42,2 | 51,1 | 100 | 100 | 305 | 435 | |||||||||
| 34 | 4х185 | 46,4 | 54,7 | 100 | 100 | 350 | 500 | |||||||||
| 35 | 5х1 | 9,5 | 10,3 | 16 | 20 | 14 | 14 | |||||||||
| 36 | 5х1,5 | 10 | 10 | 10 | 10,9 | 10,3 | 20 | 20 | 19 | 27 | Сечение, шины мм | Кол-во шин на фазу | ||||
| 37 | 5х2,5 | 11 | 11 | 11,1 | 11,5 | 12 | 20 | 20 | 25 | 38 | 1 | 2 | 3 | |||
| 38 | 5х4 | 12,8 | 12,8 | 14,9 | 25 | 25 | 35 | 49 | 50х5 | 600 | 1000 | |||||
| 39 | 5х6 | 14,2 | 14,2 | 16,3 | 32 | 32 | 42 | 60 | 63х5 | 700 | 1150 | 1600 | ||||
| 40 | 5х10 | 17,5 | 17,5 | 19,6 | 40 | 40 | 55 | 90 | 80х5 | 900 | 1450 | 1900 | ||||
| 41 | 5х16 | 22 | 22 | 24,4 | 50 | 50 | 75 | 115 | 100х5 | 1050 | 1600 | 2200 | ||||
| 42 | 5х25 | 26,8 | 26,8 | 29,4 | 63 | 65 | 95 | 150 | 125х5 | 1200 | 1950 | 2800 | ||||
| 43 | 5х35 | 28,5 | 29,8 | 63 | 65 | 120 | 180 | |||||||||
| 44 | 5х50 | 32,6 | 35 | 80 | 80 | 145 | 225 | |||||||||
| 45 | 5х95 | 42,8 | 100 | 100 | 220 | 330 | ||||||||||
| 46 | 5х120 | 47,7 | 100 | 100 | 260 | 385 | ||||||||||
| 47 | 5х150 | 55,8 | 100 | 100 | 305 | 435 | ||||||||||
| 48 | 5х185 | 61,9 | 100 | 100 | 350 | 500 | ||||||||||
| 49 | 7х1 | 10 | 11 | 16 | 20 | 14 | 14 | |||||||||
| 50 | 7х1,5 | 11,3 | 11,8 | 20 | 20 | 19 | 27 | |||||||||
| 51 | 7х2,5 | 11,9 | 12,4 | 20 | 20 | 25 | 38 | |||||||||
| 52 | 10х1 | 12,9 | 13,6 | 25 | 25 | 14 | 14 | |||||||||
| 53 | 10х1,5 | 14,1 | 14,5 | 32 | 32 | 19 | 27 | |||||||||
| 54 | 10х2,5 | 15,6 | 17,1 | 32 | 32 | 25 | 38 | |||||||||
| 55 | 14х1 | 14,1 | 14,6 | 32 | 32 | 14 | 14 | |||||||||
| 56 | 14х1,5 | 15,2 | 15,7 | 32 | 32 | 19 | 27 | |||||||||
| 57 | 14х2,5 | 16,9 | 18,7 | 40 | 40 | 25 | 38 | |||||||||
| 58 | 19х1 | 15,2 | 16,9 | 40 | 40 | 14 | 14 | |||||||||
| 59 | 19х1,5 | 16,9 | 18,5 | 40 | 40 | 19 | 27 | |||||||||
| 60 | 19х2,5 | 19,2 | 20,5 | 50 | 50 | 25 | 38 | |||||||||
| 61 | 27х1 | 18 | 19,9 | 50 | 50 | 14 | 14 | |||||||||
| 62 | 27х1,5 | 19,3 | 21,5 | 50 | 50 | 19 | 27 | |||||||||
| 63 | 27х2,5 | 21,7 | 24,3 | 50 | 50 | 25 | 38 | |||||||||
| 64 | 37х1 | 19,7 | 21,9 | 50 | 50 | 14 | 14 | |||||||||
| 65 | 37х1,5 | 21,5 | 24,1 | 50 | 50 | 19 | 27 | |||||||||
| 66 | 37х2,5 | 24,7 | 28,5 | 63 | 65 | 25 | 38 | |||||||||
В статье рассмотрены основные критерии выбора сечения кабеля, даны примеры расчетов.
На рынках часто можно увидеть написанные от руки таблички, указывающие, какой необходимо приобрести покупателю в зависимости от ожидаемого тока нагрузки. Не верьте этим табличкам, так как они вводят Вас в заблуждение. Сечение кабеля выбирается не только по рабочему току, но и еще по нескольким параметрам.
Прежде всего, необходимо учитывать, что при использовании кабеля на пределе его возможностей жилы кабеля нагреваются на несколько десятков градусов. Приведенные на рисунке 1 величины тока предполагают нагрев жил кабеля до 65 градусов при температуре окружающей среды 25 градусов. Если в одной трубе или лотке проложено несколько кабелей, то вследствие их взаимного нагрева (каждый кабель нагревает все остальные кабели) максимально допустимый ток снижается на 10 - 30 процентов.
Также максимально возможный ток снижается при повышенной температуре окружающей среды. Поэтому в групповой сети (сеть от щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников) как правило, используют кабели при токах, не превышающих значений 0,6 - 0,7 от величин, приведенных на рисунке 1.
Рис. 1. Допустимый длительный ток кабелей с медными жилами
Исходя из этого повсеместное использование автоматических выключателей с номинальным токов 25А для защиты розеточных сетей, проложенных кабелями с медными жилами сечением 2,5 мм2 представляет опасность. Таблицы снижающих коэффициентов в зависимости от температуры и количества кабелей в одном лотке можно посмотреть в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
Дополнительные ограничения возникают, когда кабель имеет большую длину. При этом потери напряжения в кабеле могут достичь недопустимых значений. Как правило, при расчете кабелей исходят из максимальных потерь в линии не более 5%. Потери рассчитать не сложно, если знать величину сопротивления жил кабелей и расчетный ток нагрузки. Но обычно для расчета потерь пользуются таблицами зависимости потерь от момента нагрузки. Момент нагрузки вычисляют как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.
Данные для расчета потерь при однофазном напряжении 220 В показаны в таблице1. Например для кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм2 при длине кабеля 30 метров и мощности нагрузки 3 кВт момент нагрузки равен 30х3=90, и потери составят 3%. Если расчетное значение потерь превышает 5%, то необходимо выбрать кабель большего сечения.
Таблица 1. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 220 В при заданном сечении проводника
По таблице 2 можно определить потери в трехфазной линии. Сравнивая таблицы 1 и 2 можно заметить, что в трехфазной линии с медными проводниками сечением 2,5 мм2 потерям 3% соответствует в шесть раз больший момент нагрузки.
Тройное увеличение величины момента нагрузки происходит вследствие распределения мощности нагрузки по трем фазам, и двойное - за счет того, что в трехфазной сети при симметричной нагрузке (одинаковых токах в фазных проводниках) ток в нулевом проводнике равен нулю. При несимметричной нагрузке потери в кабеле возрастают, что необходимо учитывать при выборе сечения кабеля.
Таблица 2. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в трехфазной четырехпроводной линии с нулем на напряжение 380/220 В при заданном сечении проводника (чтобы увеличить таблицу, нажмите на рисунок)
Потери в кабеле сильно сказываются при использовании низковольтных, например галогенных ламп. Это и понятно: если на фазном и нулевом проводниках упадет по 3 Вольта, то при напряжении 220 В мы этого скорее всего не заметим, а при напряжении 12 В напряжение на лампе упадет вдвое до 6 В. Именно поэтому трансформаторы для питания галогенных ламп необходимо максимально приближать к лампам. Например при длине кабеля 4,5 метра сечением 2,5 мм2 и нагрузке 0,1 кВт (две лампы по 50 Вт) момент нагрузки равен 0,45, что соответствует потерям 5% (Таблица 3).
Таблица 3. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 12 В при заданном сечении проводника
Приведенные таблицы не учитывают увеличения сопротивления проводников от нагрева за счет протекания по ним тока. Поэтому если кабель используется при токах 0,5 и более от максимально допустимого тока кабеля данного сечения, то необходимо вводить поправку. В простейшем случае если Вы рассчитываете получить потери не более 5%, то рассчитывайте сечение исходя из потерь 4%. Также потери могут возрасти при наличии большого количества соединений жил кабелей.
Кабели с алюминиевыми жилами имеют сопротивление в 1,7 раза большее по сравнению с кабелями с медными жилами, соответственно и потери в них в 1,7 раза больше.
Вторым ограничивающим фактором при больших длинах кабеля является превышение допустимого значения сопротивления цепи фаза - ноль. Для защиты кабелей от перегрузок и коротких замыканий, как правило, используют автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Такие выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители.
Электромагнитный расцепитель обеспечивает мгновенное (десятые и даже сотые доли секунды) отключение аварийного участка сети при коротком замыкании. Например автоматический выключатель, имеющий обозначение С25, имеет тепловой расцепитель на 25 А и электромагнитный на 250А. Автоматические выключатели группы «С» имеют кратность отключающего тока электромагнитного расцепителя к тепловому от 5 до 10. Но при берется максимальное значение.
В общее сопротивление цепи фаза - ноль включаются: сопротивление понижающего трансформатора трансформаторной подстанции, сопротивление кабеля от подстанции до вводного распределительного устройства (ВРУ) здания, сопротивление кабеля, проложенного от ВРУ к распределительному устройству (РУ) и сопротивление кабеля собственно групповой линии, сечение которого необходимо определить.
Если линия имеет большое количество соединений жил кабеля, например групповая линия из большого количества светильников, соединенных шлейфом, то сопротивление контактных соединений также подлежит учету. При очень точных расчетах учитывают сопротивление дуги в месте замыкания.
Полное сопротивление цепи фаза- ноль для четырехжильных кабелей приведены в таблице 4. В таблице учтены сопротивления как фазного, так и нулевого проводника. Значения сопротивлений приведены при температуре жил кабелей 65 градусов. Таблица справедлива и для двухпроводных линий.
Таблица 4. Полное сопротивление цепи фаза - ноль для 4-жильных кабелей, Ом/км при температуре жил 65 о С
В городских трансформаторных подстанциях, как правило, установлены трансформаторы мощностью от 630 кВ. А и более, имеющие выходное сопротивление Rтп менее 0,1 Ома. В сельских районах могут быть использованы трансформаторы на 160 - 250 кВ. А, имеющие выходное сопротивление порядка 0,15 Ом, и даже трансформаторы на 40 - 100 кВ. А, имеющие выходное сопротивление 0,65 - 0,25 Ом.
Кабели питающей сети от городских трансформаторных подстанций к ВРУ домов, как правило используют с алюминиевыми жилами с сечением фазных жил не менее 70 - 120 мм2. При длине этих линий менее 200 метров сопротивление цепи фаза - ноль питающего кабеля (Rпк) можно принять равным 0,3 Ом. Для более точного расчета необходимо знать длину и сечение кабеля, либо измерить это сопротивление. Один из приборов для таких измерений (прибор Вектор) показан на рис. 2.
Рис. 2. Прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль "Вектор"
Сопротивление линии должно быть таким, чтобы при коротком замыкании ток в цепи гарантированно превысил ток срабатывания электромагнитного расцепителя. Соответственно, для автоматического выключателя С25 ток короткого замыкания в линии должен превысить величину 1,15х10х25=287 А, здесь 1,15 - коэффициент запаса. Следовательно, сопротивление цепи фаза - ноль для автоматического выключателя С25 должно быть не более 220В/287А=0,76 Ом. Соответственно для автоматического выключателя С16 сопротивление цепи не должно превышать 220В/1,15х160А=1,19 Ом и для автомата С10 - не более 220В/1,15х100=1,91 Ом.
Таким образом, для городского многоквартирного дома, принимая Rтп=0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при использовании в розеточной сети кабеля с медными жилами с сечением 2,5 мм2, защищенного автоматическим выключателем С16, сопротивление кабеля Rгр (фазного и нулевого проводников) не должно превышать Rгр=1,19 Ом - Rтп - Rпк = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ом. По таблице 4 находим его длину - 0,79/17,46 = 0,045 км, или 45 метров. Для большинства квартир этой длины бывает достаточно.
При использовании автоматического выключателя С25 для защиты кабеля сечением 2,5 мм2 сопротивление цепи должно быть менее величины 0,76 - 0,4 = 0,36 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 0,36/17,46 = 0,02 км, или 20 метров.
При использовании автоматического выключателя С10 для защиты групповой линии освещения, выполненной кабелем с медными жилами сечением 1,5 мм2 получаем максимально допустимое сопротивление кабеля 1,91 - 0,4 = 1,51 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 1,51/29,1 = 0,052 км, или 52 метра. Если такую линию защищать автоматическим выключателем С16, то максимальная длина линии составит 0,79/29,1 = 0,027 км, или 27 метров.
При устройстве электропроводки необходимо заранее определить мощности потребителей. Это поможет в оптимальном выборе кабелей. Такой выбор позволит долго и безопасно эксплуатировать проводку без ремонта.
Кабельная и проводниковая продукция весьма разнообразна по своим свойствам и целевому назначению, а также имеет большой разброс в ценах. Статья рассказывает о важнейшем параметре проводки – сечении провода или кабеля по току и мощности, и как определить диаметр – рассчитать по формуле или выбрать с помощью таблицы.
Токонесущая часть кабеля выполняется из металла. Часть плоскости, проходящей под прямым углом к проводу, ограниченная металлом, называется сечением провода . В качестве единицы измерения используют квадратные миллиметры.
Сечение определяет допустимые токи , проходящие в проводе и кабеле. Этот ток, по закону Джоуля-Ленца, приводит к выделению тепла (пропорционально сопротивлению и квадрату тока), которое и ограничивает ток.
Условно можно выделить три области температур:
- изоляция остается целой;
- изоляция обгорает, но металл остается целым;
- металл плавится от высокой температуры.
Из них только первая является допустимой температурой эксплуатации. Кроме того, с уменьшением сечения возрастает его электрическое сопротивление , что приводит к увеличению падения напряжения в проводах.
Однако, увеличение сечения приводит к увеличению массы и особенно стоимости или кабеля.Из материалов для промышленного изготовления кабельной продукции используют чистую медь или алюминий . Эти металлы имеют различные физические свойства, в частности, удельное сопротивление, поэтому и сечения, выбираемые под заданный ток, могут оказаться различными.
Узнайте из этого видео, как правильно подобрать сечение провода или кабеля по мощности для домашней проводки:
Определение и расчет жил по формуле
Теперь разберемся, как правильно рассчитать сечение провода по мощности зная формулу. Здесь мы решим задачу определения сечения. Именно сечение является стандартным параметром, по причине того, что номенклатура включает как одножильный вариант, так и многожильные. Преимущество многожильных кабелей в их большей гибкости и стойкости к изломам при монтаже. Как правило, многожильные изготавливают из меди.
Проще всего определяется сечение круглого одножильного провода, d – диаметр, мм; S – площадь в квадратных миллиметрах:
Многожильные рассчитываются более общей формулой: n – число жил, d – диаметр жилы, S – площадь:
Плотность тока определяется очень просто, это число ампер на сечение . Существует два варианта проводки: открытая и закрытая. Открытая допускает большую плотность тока, за счет лучшей теплоотдачи в окружающую среду. Закрытая требует поправки в меньшую сторону, чтобы баланс тепла не привел к перегреву в лотке, кабельном канале или шахте, что может вызвать короткое замыкание или даже пожар.
Точные тепловые расчеты очень сложны, на практике исходят из допустимой температуры эксплуатации наиболее критичного элемента в конструкции, по которой и выбирают плотность тока.
Таким образом, допустимая плотность тока, это величина, при которой нагрев изоляции всех проводов в пучке (кабельном канале) остается безопасным, с учетом максимальной температуры окружающей среды.Таблица сечения медного и алюминиевого провода или кабеля по току:
В таблице 1 приводится допустимая плотность токов для температур, не выше комнатной. Большинство современных проводов имеют ПВХ или полиэтиленовую изоляцию, допускающую нагрев при эксплуатации не более 70-90°C . Для «горячих» помещений плотность токов необходимо снижать с коэффициентом 0.9 на каждые 10°C до температур предельной эксплуатации проводов или кабеля.
Теперь о том, что считать открытой и что . является проводка, если она выполнена хомутами (шинкой) по стенам, потолку, вдоль несущего троса или по воздуху. Закрытая проложена в кабельных лотках, замурована в стены под штукатурку, выполнена в трубах, оболочке или проложена в грунте. Также следует считать проводку закрытой, если она находится в или . Закрытая охлаждается хуже.
Например, пусть в помещении сушилки градусник показывает 50°С. До какого значения следует уменьшить плотность тока медного кабеля, проложенного в этом помещении по потолку, если изоляция кабеля выдерживает нагрев до 90°C? Разница составляет 50-20 = 30 градусов, значит, нужно трижды использовать коэффициент . Ответ:
Пример подсчета участка проводки и нагрузки
Пусть подвесной потолок освещается шестью светильниками мощностью по 80 Вт каждый и они уже соединены между собой. Нам требуется подвести к ним питание, используя алюминиевый кабель . Будем считать проводку закрытой, помещение сухим, а температуру комнатной. Теперь узнаем, как посчитать по мощности медного и алюминиевого кабелей, для этого используем уравнение, определяющее мощность (сетевое напряжение по новым стандартам считаем равным 230 В):
Используя соответствующую плотность тока для алюминия из таблицы 1, найдем сечение, необходимое для работы линии без перегрева:
Если нам нужно найти диаметр провода, используем формулу:
Подходящим будет кабель АППВ2х1.5 (сечение 1.5 мм.кв) . Это, пожалуй, самый тонкий кабель, какой можно найти на рынке (и один из наиболее дешевых). В приведенном случае он обеспечивает двухкратный запас по мощности, т. е. на данной линии может быть установлен потребитель с допустимой мощностью нагрузки до 500 Вт, например, вентилятор, сушилка или дополнительные светильники.
Розетки на эту линию устанавливать недопустимо, так как в них может быть включен (а, скорее всего, и будет) мощный потребитель и это приведет к перегрузке участка линии.Быстрый подбор: полезные стандарты и соотношение
Для экономии времени, расчеты обычно сводят в таблицы , тем более, что номенклатура кабельных изделий довольно ограничена. В следующей таблице приводится расчет сечения медного и алюминиевого проводов по потребляемой мощности и силе тока в зависимости от предназначения — для открытой и закрытой проводки. Диаметр получается как функция от мощности нагрузки, металла и типа проводки. Напряжение сети считается равным 230 В.
Таблица дает возможность быстро выбрать сечение или диаметр , если известна мощность нагрузки. Найденное значение округляется в большую сторону до ближайшего значения из номенклатурного ряда.
В следующей таблице сведены данные допустимых токов по сечениям и мощности материалов кабелей и проводов для расчета и быстрого выбора наиболее подходящих:
Устройство проводки, кроме всего прочего, требует навыков проектирования , что есть не у каждого, кто хочет ее сделать. Недостаточно иметь только хорошие навыки в электромонтаже. Некоторые путают проектирование с оформлением документации по каким-то правилам. Это совершенно разные вещи. Хороший проект может быть изложен на листках из тетрадки.
Прежде всего, нарисуйте план ваших помещений и отметьте будущие розетки и светильники. Узнайте мощности всех ваших потребителей: утюгов, ламп, нагревательных приборов и т. п. Затем впишите мощности нагрузок, наиболее часто потребляемых в разных помещениях. Это позволит вам выбрать наиболее оптимальные варианты выбора кабелей.
Вы удивитесь, сколько тут возможностей и какой резерв для экономии денег . Выбрав , подсчитайте длину каждой линии, которую вы ведете. Сложите все вместе, и тогда вы приобретете ровно то, что нужно, и столько, сколько нужно.
Каждая линия должна быть защищена своим (), рассчитанным на ток, соответствующий допустимой мощности линии (сумма мощностей потребителей). Подпишите автоматы , расположенные в , например: «кухня», «гостиная» и т. д.
Целесообразно иметь отдельную линию на все освещение, тогда вы сможете спокойно чинить розетку в вечернее время, не пользуясь спичками. Именно розетки чаще всего и бывают перегруженными. Обеспечивайте розетки достаточной мощностью – вы не знаете заранее, что вам придется туда включать.В сырых помещениях используйте кабели только с двойной изоляцией! Используйте современные розетки («евро») и с заземляющими проводниками и правильно подключайте заземление. Одножильные провода, особенно медные, изгибайте плавно, оставляя радиус в несколько сантиметров. Это предотвратит их излом. В кабельных лотках и каналах провода должны лежать прямо , но свободно, ни в коем случае нельзя натягивать их, как струну.
В и должен быть запас в несколько лишних сантиметров. При прокладке нужно убедиться, что нигде нет острых углов, которые могут надрезать изоляцию. Затягивать клеммы при подключении необходимо плотно , а для многожильных проводов эту процедуру следует сделать повторно, у них есть особенность усадки жил, в результате чего соединение может ослабнуть.
Медные провода и алюминиевые «не дружат» между собой по электрохимическим причинам, непосредственно соединять их нельзя. Для этого можно использовать специальные клеммники или оцинкованные шайбы. Места соединений всегда должны быть сухими.Фазные проводники должны быть белого (или коричневого) цвета, а нейтрали – всегда синего . Заземление имеет желто-зеленый цвет. Это общепринятые правила расцветки и продажные кабели, как правило, имеют внутреннюю изоляцию именно таких цветов. Соблюдение расцветки повышает безопасность эксплуатации и ремонта.
Предлагаем вашему вниманию интересное и познавательное видео, как правильно рассчитать сечение кабеля по мощности и длине:
Выбор проводов по сечению является главным элементом проекта электроснабжения любого масштаба, от комнаты, до больших сетей. От этого будет зависеть ток, который можно отбирать в нагрузку и мощность. Правильный выбор проводов также обеспечивает электро- и пожарную безопасность , и обеспечивает экономичный бюджет вашего проекта.
Выбору площади поперечного сечения проводов (иначе говоря, толщины) уделяется большое внимание на практике и в теории.
В этой статье попробуем разобраться с понятием “площадь сечения” и проанализируем справочные данные.
Расчет сечения провода
Строго говоря, понятие “толщина” для провода используется в разговорной речи, а более научные термины – диаметр и площадь сечения. На практике толщину провода всегда характеризуют площадью сечения.
S = π (D/2) 2 , где
- S – площадь сечения провода, мм 2
- π – 3,14
- D – диаметр токопроводящей жилы провода, мм. Его можно измерить, например, штангенциркулем.
Формулу площади сечения провода можно записать в более удобном виде: S = 0,8 D² .
Поправка. Откровенно говоря, 0,8 – округленный коэффициент. Более точная формула: π (1 /2) 2 = π / 4 = 0,785. Спасибо внимательным читателям;)
Рассмотрим только медный провод , поскольку в 90% в электропроводке и электромонтаже применяется именно он. Преимущества медных проводов перед алюминиевыми – удобство в монтаже, долговечность, меньшая толщина (при том же токе).
Но с ростом диаметра (площади сечения) высокая цена медного провода съедает все его преимущества, поэтому алюминий в основном применяют там, где ток превышает значение 50 Ампер. В данном случае используют кабель с алюминиевой жилой 10 мм 2 и толще.
Площадь сечения проводов измеряется в квадратных миллиметрах. Самые распространенные на практике (в бытовой электрике) площади сечения: 0,75, 1,5, 2,5, 4 мм 2
Есть и другая единица измерения площади сечения (толщины) провода, применяемая в основном в США, – система AWG . На Самэлектрике есть и перевод из AWG в мм 2 .
По поводу подбора проводов – я обычно пользуюсь каталогами интернет-магазинов, вот пример медного . Там самый большой выбор, какой я встречал. Ещё хорошо, что всё подробно описывается – состав, применения, и т.д.
Рекомендую почитать также мою статью там много теоретических выкладок и рассуждений о падении напряжения, сопротивлении проводов для разных сечений, и какое сечение выбрать оптимальнее для разных допустимых падений напряжения.
В таблице одножильный провод – означает, что рядом (на расстоянии менее 5 диаметров провода) не проходит больше никаких проводов. Двужильный провод – два провода рядом, как правило, в одной общей изоляции. Это более тяжелый тепловой режим, поэтому максимальный ток меньше. И чем больше проводов в кабеле или пучке, тем меньше должен быть максимальный ток для каждого проводника из-за возможного взаимного нагрева.
Эту таблицу я считаю не совсем удобной для практики. Ведь чаще всего исходный параметр – это мощность потребителя электроэнергии, а не ток, и исходя из этого нужно выбирать провод.
Как найти ток, зная мощность? Нужно мощность Р (Вт) поделить на напряжение (В), и получим ток (А):
Как найти мощность, зная ток? Нужно ток (А) умножить на напряжение (В), получим мощность (Вт):
Эти формулы – для случая активной нагрузки (потребители в жилах помещениях, типа лампочек и утюгов). Для реактивной нагрузки обычно используется коэффициент от 0,7 до 0,9 (в промышленности, где работают мощные трансформаторы и электродвигатели).
Предлагаю вам вторую таблицу, в которой исходные параметры – потребляемый ток и мощность , а искомые величины – сечение провода и ток отключения защитного автоматического выключателя.
Выбор толщины провода и автоматического выключателя, исходя из потребляемой мощности и тока
Ниже – таблица выбора сечения провода, исходя из известной мощности или тока. А в правом столбце – выбор автоматического выключателя, который ставится в этот провод.
Таблица 2
| Макс. мощность,
кВт |
Макс. ток нагрузки,
А |
Сечение
провода, мм 2 |
Ток автомата,
А |
| 1 | 4.5 | 1 | 4-6 |
| 2 | 9.1 | 1.5 | 10 |
| 3 | 13.6 | 2.5 | 16 |
| 4 | 18.2 | 2.5 | 20 |
| 5 | 22.7 | 4 | 25 |
| 6 | 27.3 | 4 | 32 |
| 7 | 31.8 | 4 | 32 |
| 8 | 36.4 | 6 | 40 |
| 9 | 40.9 | 6 | 50 |
| 10 | 45.5 | 10 | 50 |
| 11 | 50.0 | 10 | 50 |
| 12 | 54.5 | 16 | 63 |
| 13 | 59.1 | 16 | 63 |
| 14 | 63.6 | 16 | 80 |
| 15 | 68.2 | 25 | 80 |
| 16 | 72.7 | 25 | 80 |
| 17 | 77.3 | 25 | 80 |
Красным цветом выделены критические случаи, в которых лучше перестраховаться и не экономить на проводе, выбрав провод потолще, чем указано в таблице. А ток автомата – поменьше.
Глядя в табличку, можно легко выбрать сечение провода по току , либо сечение провода по мощности .
А также – выбрать автоматический выключатель под данную нагрузку.
В этой таблице данные приведены для следующего случая.
- Одна фаза, напряжение 220 В
- Температура окружающей среды +30 0 С
- Прокладка в воздухе или коробе (в закрытом пространстве)
- Провод трехжильный, в общей изоляции (кабель)
- Используется наиболее распространенная система TN-S с отдельным проводом заземления
- Достижение потребителем максимальной мощности – крайний, но возможный случай. При этом максимальный ток может действовать длительное время без отрицательных последствий.
Если температура окружающей среды будет на 20 0 С выше, или в жгуте будет несколько кабелей, то рекомендуется выбрать большее сечение (следующее из ряда). Особенно это касается тех случаев, когда значение рабочего тока близко к максимальному.
Вообще, при любых спорных и сомнительных моментах, например
- возможное в будущем увеличение нагрузки
- большие пусковые токи
- большие перепады температур (электрический провод на солнце)
- пожароопасные помещения
нужно либо увеличивать толщину проводов, либо более детально подойти к выбору – обратиться к формулам, справочникам. Но, как правило, табличные справочные данные вполне пригодны для практики.
Толщину провода можно узнать не только из справочных данных. Существует эмпирическое (полученное опытным путем) правило:
Правило выбора площади сечения провода для максимального тока
Подобрать нужную площадь сечения медного провода исходя из максимального тока можно, используя такое простое правило:
Необходимая площадь сечения провода равна максимальному току, деленному на 10.
Это правило дается без запаса, впритык, поэтому полученный результат необходимо округлять в большую сторону до ближайшего типоразмера. Например, ток 32 Ампер. Нужен провод сечением 32/10 = 3,2 мм 2 . Выбираем ближайший (естественно, в бОльшую сторону) – 4 мм 2 . Как видно, это правило вполне укладывается в табличные данные.
Важное замечание. Это правило работает хорошо для токов до 40 Ампер . Если токи больше (это уже за пределами обычной квартиры или дома, такие токи на вводе) – надо выбирать провод с ещё большим запасом – делить не на 10, а на 8 (до 80 А)
То же правило можно озвучить для поиска максимального тока через медный провод при известной его площади:
Максимальный ток равен площади сечения умножить на 10.
И в заключение – опять про старый добрый алюминиевый провод.
Алюминий пропускает ток хуже, чем медь. Этого знать достаточно, но вот немного цифр. Для алюминия (того же сечения, что и медный провод) при токах до 32 А максимальный ток будет меньше, чем для меди всего на 20%. При токах до 80 А алюминий пропускает ток хуже на 30%.
Для алюминия эмпирическое правило будет таким:
Максимальный ток алюминиевого провода равен площади сечения умножить на 6.
Считаю, что знаний, приведенных в данной статье, вполне достаточно, чтобы выбрать провод по соотношениям “цена/толщина”, “толщина/рабочая температура” и “толщина/максимальный ток и мощность”.