Diyargroup.ru

Ремонт Строй
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет сечения кабеля по токовой нагрузке

Расчет сечения кабеля по токовой нагрузке

Как кабели, так и провода, через которые постоянно проходит электрический ток — это важнейший элемент электропроводки, установленной на территории дома или любого другого помещения. Правильно подобрать сечение кабеля по току следует для того, чтобы проверить, действительно ли провод, выбранный покупателем, полностью соответствует требованиям безопасности и надежности. Безопасность следует рассматривать с точки выбора соответствующего сечения в зависимости от токовых нагрузок. При неправильном подборе провод будет постоянно подвергаться повышенному нагреву, изоляция начнет плавиться. Конечный итог — короткое замыкание и возникновение пожара. Соответственно, грамотный подбор сечения всегда требует серьезного подхода.

Для правильного расчета сечений всей электропроводки в квартире или доме мы рекомендуем обратиться в соответствующие проектные организации, так как при выполнении таких комплексных расчетов существует множество нюансов, описание которых выходит за рамки данной статьи.

Однако, даже в таком случае, вам необходимо знать ту базовую информацию, которая приводится далее.

Кабели с разным сечением2

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 проводников и кабелей в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации.

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

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

  • 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 мощности

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,

  • 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.

График нулевого смещения фаз

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

График смещения фаз тока и напряжения

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

Читайте так же:
Зеркало с подсветкой для ванной сенсорный выключатель

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 мм 2 .

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать сечение провода по диаметру проволоки проводника.

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

S = π*R 2 = π*D 2 /4, или наоборот

D = √(4*S / π)

Для проводников прямоугольного сечения:

S = h * m,

  • S – площадь жилы в мм 2 ;
  • 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*D 2 /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.

Читайте так же:
Антенная розетка подсоединение кабеля

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 потребителей

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 мм 2 . Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм 2 .

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

3. Расчет суммарного тока ОЗЗ

При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

Выражение для определения тока ОЗЗ:

Vyrazhenie dlya opredeleniya toka OZZ,

где С – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С = Суд l;
Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км;
l – общая длина проводника одной фазы сети.

Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

Tok zamykaniya na zemlyu,

где UНОМ – номинальное линейное напряжение сети, кВ;
li – длина кабельной линии, км;
qi – сечение жилы кабеля, мм 2 .

Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.

Марки [ править | править код ]

По ГОСТ 31946-2012 — «ПРОВОДА САМОНЕСУЩИЕ ИЗОЛИРОВАННЫЕ И ЗАЩИЩЕННЫЕ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ»:

  • Изоляция — из термопластичного светостабилизированного полиэтилена;
  • Несущая жила — из алюминиевого сплава;
  • СИП-1 — с неизолированной нулевой несущей жилой;
  • СИП-2 — с изолированной нулевой несущей жилой;
  • СИП-3 — с защитной изоляцией (6-35 кВ);
  • СИП-4 — без нулевой несущей жилы (только 16 и 25 мм 2 );
  • СИПг — герметизированные СИП;
  • СИПн — не распространяющие горение СИП.

Технические характеристики [ править | править код ]

  • Номинальное напряжение СИП-1, СИП-2, СИП-4: 0,22/0,38 кВ; СИП-3 до 20 кВ (при слое изоляции 2,3 мм) или до 32 кВ (при слое изоляции 3,5 мм)

СИП-4 — провод самонесущий с алюминиевыми фазными токопроводящими жилами (без несущей жилы), с изоляцией из термопластичного светостабилизированного нульсшитого полиэтилена. Рабочее напряжение: переменное до 0,22/0,38 кВ с частотой 50 Гц.

    эксплуатации: −60 ÷ +50°C;
  • Монтаж при температуре: не ниже −20°C
  • Радиус изгиба при монтаже и установленного на опорах провода не менее 10D, где D — наружный диаметр провода.
  • Допустимый нагрев токопроводящих жил при эксплуатации не должен превышать +90°C в нормальном режиме эксплуатации и +250°C — при коротком замыкании.
  • Допустимые токовые нагрузки проводов, рассчитанные при температуре окружающей среды +25°C, скорости ветра 0,6 м/с и интенсивности солнечной радиации 1000 Вт/м2, а также допустимые токи односекундного короткого замыкания:
  • Срок службы для кабеля: не менее 45 лет.
  • Гарантийный срок эксплуатации: 5 лет.
Читайте так же:
Выключатель света проходной две клавиши

Испытание проводится по следующей схеме [ править | править код ]

  • 3U с частотой 0,1 Гц в течение 1 часа;
  • 2U c промышленной частотой 50 Гц в течение 1 часа;
  • U с промышленной частотой 50 Гц в течение 24 часов;

где, U — это фазное напряжение (напряжение между фазой и заземленной нейтралью).

Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям

оплавленный ТТ

Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям характеризуется током электродинамической стойкости и током термической стойкости.

Ток электродинамической стойкости

Ток электродинамической стойкости IД равен наибольшей амплитуде тока короткого замыкания за все время его протекания, которую трансформатор тока выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Ток I Д характеризует способность трансформатора тока противостоять механическим (электродинамическим) воздействиям тока короткого замыкания.

Электродинамическая стойкость может характеризоваться также кратностью KД, представляющей собой отношение тока электродинамической стойкости к амплитуде номинального первичного тока.

Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные трансформаторы тока .

Ток термической стойкости

Ток термической стойкости I равен наибольшему действующему значению тока короткого замыкания за промежуток tт, которое трансформатор тока выдерживает в течение всего промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах короткого замыкания (см. ниже), и без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

Термическая стойкость характеризует способность трансформатора тока противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания.

Для суждения о термической стойкости трансформатора тока необходимо знать не только значения тока, проходящего через трансформатор, но и его длительность или, иначе говоря, знать общее количество выделенной теплоты, которое пропорционально произведению квадрата тока ItT и длительности его tT. Это время, в свою очередь, зависит от параметров сети, в которой установлен трансформатор тока, и изменяется от одной до нескольких секунд.

Термическая стойкость может характеризоваться кратностью КТ тока термической стойкости, представляющей собой отношение тока термической стойкости к действующему значению номинального первичного тока.

В соответствии с ГОСТ 7746—78 для отечественных трансформаторов тока установлены следующие токи термической стойкости:

  • односекундный I или двухсекундный I (или кратность их K и K по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения 330 кВ и выше;
  • односекундный I или трехсекундный I (или кратность их K и K по отношению к номинальному первичному току) для трансформаторов тока на номинальные напряжения до 220 кВ включительно.
Читайте так же:
Выключатель для светодиодной ленты 220 вольт

Между токами электродинамической и термической стойкости должны быть следующие соотношения:

для трансформаторов тока на номинальные напряжения 330 кВ и выше

Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям

для трансформаторов тока на номинальные напряжения до 220 кВ

Стойкость трансформатора тока к механическим и тепловым воздействиям

Температурные режимы

Температура токоведущих частей трансформаторов тока при токе термической стойкости не должна превышать:

  • 200 °C для токоведущих частей из алюминия;
  • 250 °C для токоведущих частей из меди и ее сплавов, соприкасающихся с органической изоляцией или маслом;
  • 300 °С для токоведущих частей из меди и ее сплавов, не соприкасающихся с органической изоляцией или маслом.

При определении указанных значений температуры следует исходить из начальных ее значений, соответствующих длительной работе трансформатора тока при номинальном токе.

Значения токов электродинамической и термической стойкости трансформаторов тока государственным стандартом не нормируются. Однако они должны соответствовать электродинамической и термической стойкости других аппаратов высокого напряжения, устанавливаемых в одной цепи с трансформатором тока. В табл. 1-2 приведены данные динамической и термической стойкости отечественных трансформаторов тока.

Таблица 1-2. Данные электродинамической и термической стойкости некоторых типов отечественных трансформаторов тока

Таблица 1-2

Примечание. Электродинамическая и термическая стойкость зависит от механической прочности изоляционных и токоведущих частей, а также от поперечного сечения последних.

Что такое короткое замыкание (КЗ)

Электрический скат плавает в океане и не устраивает КЗ, вполне обходясь без знания закона Ома. Нам же для понимания природы и причин короткого замыкания этот закон просто необходим. Так что, если вы еще не успели, читаем про закон Ома, силу тока, напряжение, сопротивление и прочие прекрасные физические понятия.

Теперь, когда вы все это знаете, можно привести определение короткого замыкания из физики и электротехники:

Короткое замыкание – это соединение двух точек электрической цепи с различными потенциалами, не предусмотренное нормальным режимом работы цепи и приводящее к критичному росту силы тока в месте соединения.

КЗ приводит к образованию разрушительных токов, превышающих допустимые величины, выходу приборов из строя и повреждениям проводки. Почему это происходит? Детально разберем, что творится в цепи при коротком замыкании.

Возьмем самую простую цепь. В ней есть источник тока, сопротивление и провода. Причем, сопротивлением проводов можно пренебречь. Такой схемы вполне достаточно для понимания сути КЗ.

Простейшая электрическая цепь

В замкнутой цепи действует закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Иначе говоря, чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.

Закон Ома

Точнее, для нашей цепи закон Ома запишется в следующем виде:

Читайте так же:
Выключатель перекидной для освещения

Закон Ома

Здесь r – внутреннее сопротивление источника тока, а греческая буква эпсилон обозначает ЭДС источника.

Что понимают под силой тока короткого замыкания? Если сопротивления R в нашей цепи не будет, или оно будет очень маленьким, то сила тока увеличится, и в цепи потечет ток короткого замыкания:

Что такое ток КЗ

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Явления при замыкании

Как оказалось, ток короткого замыкания непостоянен во времени. Существует 2 понятия, описывающие процесс становления ТКЗ: ударный ток и установившийся. Они определяют поведение протекания процесса. Ударный возникает в первый момент времени при замыкании проводников. Он представляет собой импульс с максимальной амплитудой. Затем сила тока спадает, её значение становится постоянным. При расчётах процесс представляют суммой двух коэффициентов: апериодическим и периодическим. То есть считают, что ток постоянен на всём протяжении времени.

Процесс короткого замыкания

Если рассмотреть эквивалентную схему, становится понятным, почему при КЗ происходит просадка напряжения в сети. Ток, проходя через все элементы, которые находятся между ним и источником, вызывает потери. В точке КЗ напряжение становится минимальным, а во всей сети резко уменьшается. Причём чем дальше находится генератор, тем снижение весомее.

Это явление опасно тем, что на шинах генераторного напряжения происходит перевозбуждение обмоток. В них возникает большой нагрев, что в итоге приводит к пробою. Причём он часто сопровождается появлением искры. Чем дальше возникает КЗ от электростанции, тем его значение меньше. Если в высоковольтных цепях происходит существенное выделение тепла и возникновение искр, ближе к потребителю обычно возникает только дуга или маленькая вспышка. С другой стороны, на этом явлении построена работа аналогового сварочного трансформатора.

Однако методика вычисления остаётся неизменной. Но вместе с этим, чтобы точно убедиться, насколько правильно выбран автоматический предохранитель от КЗ, выполняют измерение сопротивление петли фаза-ноль. Считается, что безопасность выполнима, если измерения удовлетворяют следующему неравенству: Z ≤ 2 * U 0 / 3 * Ia, где:

  • Z — измеренное значение петли в омах;
  • U0 — напряжение фазы в вольтах;
  • I0 — ток срабатывания автомата в соответствии с условиями, приведёнными в ГОСТ 50571 .16−99.

Формулы короткого замыкания

Вычисления можно выполнить и на так называемых онлайн-калькуляторах. Найти с их использованием ТКЗ не представляет трудностей даже человеку, слабо разбирающемуся в процессах, возникающих при замыкании.

Чтобы определить, чему он будет равен, нужно на сайте заполнить предлагающиеся графы и нажать кнопку «Расчёт». Через несколько секунд результат будет выведен на экран.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector