Надежная и безопасная работа любых электрических приборов и оборудования во многом зависит от правильного выбора проводов. Большое значение имеет сечение медного провода, таблица позволяет определить его необходимые параметры, в зависимости от токовой нагрузки и мощности. Неправильный подбор кабельной продукции может вызвать короткое замыкание и последующее возгорание. При небольшом сечении провода и слишком высокой мощности оборудования произойдет его перегрев, что вызовет аварийную ситуацию.
Сечение и мощность провода
При выборе кабельной продукции в первую очередь необходимо учитывать существенные различия между медными и алюминиевыми проводами.
И мощности таблица
Медь является более устойчивой к различного рода изгибам, она обладает более высокой электропроводностью и меньше подвержена воздействию коррозии. Поэтому одна и та же нагрузка предусматривает меньшее сечение медного провода по сравнению с алюминиевым. В любом случае, приобретая электропровод, нужно делать определенный запас его сечения, на случай возрастания нагрузок в перспективе, когда будет устанавливаться новая бытовая техника. Кроме того, сечение должно соответствовать максимальной нагрузке, или других защитных устройств.
Величина тока относится к основным показателям, оказывающим влияние на расчеты площади сечения проводов. То есть, определенная площадь имеет возможность пропускать через себя определенное количество тока в течение продолжительного времени. Этот параметр также называется длительно допустимой нагрузкой.
Само сечение представляет собой общую площадь, которую имеет срез токопроводящей жилы. Для его определения используется формула вычисления площади круга. Таким образом, Sкр. = π × r2, где число π = 3,14, а r - будет радиусом измеряемой окружности. При наличии в кабельной жиле сразу нескольких проводников, измеряется диаметр каждого из них, а затем полученные данные суммируются. Чтобы найти радиус, нужно вначале с помощью микрометра или штангенциркуля. Наиболее эффективным методом считается определение площади сечения по специальным таблицам, с учетом необходимых показателей.
Прежде всего, принимаются во внимание конкретные условия эксплуатации, а также предполагаемая величина максимального тока, который будет протекать по данному кабелю в течение продолжительного времени.
Сечение медных проводов и мощность электрооборудования
Перед монтажом того или иного электрического оборудования необходимо выполнить все расчеты. Они проводятся с учетом полной мощности будущих потребителей электроэнергии. Если монтируется сразу несколько единиц оборудования, то расчеты проводятся в соответствии с их суммарной мощностью.
Мощности каждого прибора указываются на корпусе или в технической документации на изделие и отражаются в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Для того, чтобы рассчитать сечение медного провода по мощности, таблица со специальными параметрами поможет подобрать наиболее оптимальный вариант.
В стандартных городских квартирах как правило действует однофазная система электроснабжения, напряжение которой составляет 220 вольт. Расчеты проводятся с учетом так называемого коэффициента одновременности, составляющему 0,7. Этот показатель означает возможность одновременного включения около 70% установленного оборудования. Данный коэффициент нужно умножить на значение суммарной мощности всех имеющихся приборов. По полученному результату в таблице определяется необходимое сечение проводки в соответствии с заданными техническими и эксплуатационными условиями.
Как определить сечение для многожильного провода
При ремонте и проектировании электрооборудования появляется необходимость правильно выбирать провода. Можно воспользоваться специальным калькулятором или справочником. Но для этого необходимо знать параметры нагрузки и особенности прокладки кабеля.
Для чего нужен расчет сечения кабеля
К электрическим сетям предъявляются следующие требования:
- безопасность;
- надежность;
- экономичность.
Если выбранная площадь поперечного сечения провода окажется маленькой, то токовые нагрузки на кабели и провода будут большими, что приведет к перегреву. В результате может возникнуть аварийная ситуация, которая нанесет вред всему электрооборудованию и станет опасной для жизни и здоровья людей.
Если же монтировать провода с большой площадью поперечного сечения, то безопасное применение обеспечено. Но с финансовой точки зрения будет перерасход средств. Правильный выбор сечения провода – это залог длительной безопасной эксплуатации и рационального использования финансовых средств.
Осуществляется расчет сечения кабеля по мощности и току. Рассмотрим на примерах. Чтобы определить, какое сечение провода нужно для 5 кВт, потребуется использовать таблицы ПУЭ (“Правила устройства электроустановок”). Данный справочник является регламентирующим документом. В нем указывается, что выбор сечения кабеля производится по 4 критериям:
- Напряжение питания (однофазное или трехфазное).
- Материал проводника.
- Ток нагрузки, измеряемый в амперах (А), или мощность – в киловаттах (кВт).
- Месторасположение кабеля.
В ПУЭ нет значения 5 кВт, поэтому придется выбрать следующую большую величину – 5,5 кВт. Для монтажа в квартире сегодня необходимо использовать провод из меди. В большинстве случаев установка происходит по воздуху, поэтому из справочных таблиц подойдет сечение 2,5 мм². При этом наибольшей допустимой токовой нагрузкой будет 25 А.
В вышеуказанном справочнике регламентируется ещё и ток, на который рассчитан вводный автомат (ВА). Согласно “Правилам устройства электроустановок”, при нагрузке 5,5 кВт ток ВА должен равняться 25 А. В документе указано, что номинальный ток провода, который подходит к дому или квартире, должен быть на порядок больше, чем у ВА. В данном случае после 25 А находится 35 А. Последнюю величину и необходимо брать за расчетную. Току 35 А соответствуют сечение 4 мм² и мощность 7,7 кВт. Итак, выбор сечения медного провода по мощности завершен: 4 мм².
Чтобы узнать, какое сечение провода нужно для 10 кВт, опять воспользуемся справочником. Если рассматривать случай для открытой проводки, то надо определиться с материалом кабеля и с питающим напряжением. Например, для алюминиевого провода и напряжения 220 В ближайшая большая мощность будет 13 кВт, соответствующее сечение – 10 мм²; для 380 В мощность составит 12 кВт, а сечение – 4 мм².
Выбираем по мощности
Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.
Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.
Таблица1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами
| Для кабеля с медными жилами | ||||
| 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 |
| 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 | 260 | 171,6 |
Таблица2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами
| Сечение токопроводящей жилы, мм² | Для кабеля с алюминиевыми жилами | |||
| 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 | 132,2 |
Кроме того, надо знать напряжение сети: трехфазной соответствует 380 В, а однофазной – 220 В.
В ПУЭ дана информация и для алюминиевых, и для медных проводов. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Достоинства медных проводов:
- высокая прочность;
- упругость;
- стойкость к окислению;
- электропроводность больше, чем у алюминия.
Недостаток медных проводников – высокая стоимость. В советских домах использовалась при постройке алюминиевая электропроводка. Поэтому если происходит частичная замена, то целесообразно поставить алюминиевые провода. Исключение составляют только те случаи, когда вместо всей старой проводки (до распределительного щита) устанавливается новая. Тогда есть смысл применять медь. Недопустимо, чтобы медь с алюминием контактировали напрямую, т. к. это приводит к окислению. Поэтому для их соединения используют третий металл.
Можно самостоятельно произвести расчет сечения провода по мощности для трехфазной цепи. Для этого надо воспользоваться формулой: I=P/(U*1.73), где P – мощность, Вт; U – напряжение, В; I – ток, А. Затем из справочной таблицы выбирается сечение кабеля в зависимости от рассчитанного тока. Если же там не будет необходимого значение, тогда выбирается ближайшее, которое превышает расчетное.
Как рассчитать по току
Величина тока, проходящего через проводник, зависит от длины, ширины, удельного сопротивления последнего и от температуры. При нагревании электрический ток уменьшается. Справочная информация указывается для комнатной температуры (18°С). Для выбора сечения кабеля по току используют таблицы ПУЭ.
Таблица3. Электрический ток для медных проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией
| Площадь сечение проводника, мм² | ||||||
| открыто | в одной трубе | |||||
| двух одножильных | трех одножильных | четырех одножильных | одного двухжильного | одного трехжильного | ||
| 0,5 | 11 | - | - | - | - | - |
| 0,75 | 15 | - | - | - | - | - |
| 1 | 17 | 16 | 15 | 14 | 15 | 14 |
| 1,2 | 20 | 18 | 16 | 15 | 16 | 14,5 |
| 1,5 | 23 | 19 | 17 | 16 | 18 | 15 |
| 2 | 26 | 24 | 22 | 20 | 23 | 19 |
| 2,5 | 30 | 27 | 25 | 25 | 25 | 21 |
| 3 | 34 | 32 | 28 | 26 | 28 | 24 |
| 4 | 41 | 38 | 35 | 30 | 32 | 27 |
| 5 | 46 | 42 | 39 | 34 | 37 | 31 |
| 6 | 50 | 46 | 42 | 40 | 40 | 34 |
| 8 | 62 | 54 | 51 | 46 | 48 | 43 |
| 10 | 80 | 70 | 60 | 50 | 55 | 50 |
| 16 | 100 | 85 | 80 | 75 | 80 | 70 |
| 25 | 140 | 115 | 100 | 90 | 100 | 85 |
| 35 | 170 | 135 | 125 | 115 | 125 | 100 |
| 50 | 215 | 185 | 170 | 150 | 160 | 135 |
| 70 | 270 | 225 | 210 | 185 | 195 | 175 |
| 95 | 330 | 275 | 255 | 225 | 245 | 215 |
| 120 | 385 | 315 | 290 | 260 | 295 | 250 |
| 150 | 440 | 360 | 330 | - | - | - |
| 185 | 510 | - | - | - | - | - |
| 240 | 605 | - | - | - | - | - |
| 300 | 695 | - | - | - | - | - |
| 400 | 830 | - | - | - | - | - |
Для расчета алюминиевых проводов применяют таблицу.
Таблица4. Электрический ток для алюминиевых проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией
| Площадь сечения проводника, мм² | Ток, А, для проводов, проложенных | |||||
| открыто | в одной трубе | |||||
| двух одножильных | трех одножильных | четырех одножильных | одного двухжильного | одного трехжильного | ||
| 2 | 21 | 19 | 18 | 15 | 17 | 14 |
| 2,5 | 24 | 20 | 19 | 19 | 19 | 16 |
| 3 | 27 | 24 | 22 | 21 | 22 | 18 |
| 4 | 32 | 28 | 28 | 23 | 25 | 21 |
| 5 | 36 | 32 | 30 | 27 | 28 | 24 |
| 6 | 39 | 36 | 32 | 30 | 31 | 26 |
| 8 | 46 | 43 | 40 | 37 | 38 | 32 |
| 10 | 60 | 50 | 47 | 39 | 42 | 38 |
| 16 | 75 | 60 | 60 | 55 | 60 | 55 |
| 25 | 105 | 85 | 80 | 70 | 75 | 65 |
| 35 | 130 | 100 | 95 | 85 | 95 | 75 |
| 50 | 165 | 140 | 130 | 120 | 125 | 105 |
| 70 | 210 | 175 | 165 | 140 | 150 | 135 |
| 95 | 255 | 215 | 200 | 175 | 190 | 165 |
| 120 | 295 | 245 | 220 | 200 | 230 | 190 |
| 150 | 340 | 275 | 255 | - | - | - |
| 185 | 390 | - | - | - | - | - |
| 240 | 465 | - | - | - | - | - |
| 300 | 535 | - | - | - | - | - |
| 400 | 645 | - | - | - | - | - |
Кроме электрического тока, понадобится выбрать материал проводника и напряжение.
Для примерного расчета сечения кабеля по току его надо разделить на 10. Если в таблице не будет полученного сечения, тогда необходимо взять ближайшую большую величину. Это правило подходит только для тех случаев, когда максимально допустимый ток для медных проводов не превышает 40 А. Для диапазона от 40 до 80 А ток надо делить на 8. Если устанавливают алюминиевые кабели, то надо делить на 6. Это объясняется тем, что для обеспечения одинаковых нагрузок толщина алюминиевого проводника больше, чем медного.
Расчет сечения кабеля по мощности и длине
Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшится и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.
При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:
- Длина провода, единица измерения – м. При её увеличении растут потери.
- Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При ее увеличении падение напряжения уменьшается.
- Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.
Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:
- В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
- С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
- Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ – удельное сопротивление материала, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
- Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
- Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.
Открытая и закрытая прокладка проводов
В зависимости от размещения проводка делится на 2 вида:
- закрытая;
- открытая.
Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.
При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.
При устройстве домашней электросети важно правильно подобрать провода.
Материал и диаметр жил должны соответствовать нагрузке, иначе случится перегрев с последующим расплавлением изоляции, затем короткое замыкание и пожар.
Методика подбора изложена в данной статье, тема которой - по мощности: таблица.
Пропускная способность токопроводящей жилы характеризуется предельно допустимой плотностью тока.
Последняя определяется как отношение в проводнике к его . Единица измерения - А/кв. мм (ампер на квадратный миллиметр).
Но поскольку сила тока увязана с мощностью и напряжением (W = U * I) , а напряжение является постоянным, то сечение проводов удобнее подбирать по мощности потребителя. Ведь именно этот параметр обычно указывается в паспорте или на шильдике.
Ошибиться при выборе провода в сторону увеличения не страшно: это приведет лишь к неоправданным материальным затратам. Ошибка в другую сторону обходится дороже: из-за перегрева плавится изоляция, что приводит к утечкам тока с последующим коротким замыканием и пожаром.
Тип и параметр линии
Предельно допустимая плотность тока для проводника зависит от 3-х факторов:
- материала токопроводящих жил;
- способа прокладки (наружная/скрытая);
- числа фаз, на которое рассчитан потребитель.
От материала зависит электрическое сопротивление жилы, а значит и количество выделяющегося при протекании тока тепла. Наименьшим сопротивлением обладает электротехническая медь. У алюминия этот параметр в 1,73 раза выше. Из-за этого предельно допустимая плотность тока для алюминиевых проводов в 1,73 раза ниже, чем для медных.
От способа прокладки зависит интенсивность теплоотвода. При открытом типе, провода остывают лучше, чем помещенные в рукав, короб или штробу, потому допустимую плотность тока для них увеличивают.
Варианты кабелей
Влияние фазности состоит в следующем: при равной мощности однофазные и трехфазные приборы потребляют разные токи. Поэтому допустимая плотность тока для разного числа фаз отличается.
Говоря о допустимой плотности тока, различают две величины:
- Краткосрочно допустимую: такую плотность тока, проводник способен выдержать без перегрева в течение ограниченного периода. Подобные перегрузки возникают, например, при пуске электродвигателя.
- Длительно допустимую: ток с такой плотностью, жила проводит сколь угодно долго, не подвергаясь перегреву.
Согласно ПУЭ, длительно допустимая плотность тока на 40% меньше краткосрочно допустимой.
Учитывается и назначение линии. Электросеть делится на две части:
- осветительная;
- силовая.
Силовую линию рассчитывают, исходя из нагрузки.
Последнее издание «Правил устройства и подключения электроустановок» (ПУЭ) запрещает применять алюминиевые провода в жилых помещениях.
Мощность
Для линии, питающей один электроприбор, подбор сечения не составляет труда, необходимо просто заглянуть в и найти поперечное сечение жилы, соответствующее известным:
- мощности;
- фазности;
- способу прокладки.
Так подбирается провод для прокладки от распределительного щита к бойлеру или кондиционеру либо от распределительной коробки к одной из розеток.
Иначе обстоят дела при подключении к одной линии нескольких потребителей. К примеру, проводом запитана розеточная группа из нескольких точек, в которые включаются холодильник, микроволновка, электрообогреватель и телевизор.
Если просто суммировать их мощности, сечение провода получится завышенным, а сам он - неоправданно дорогим, ведь приборы эксплуатируются по-разному и не одновременно.
Поэтому при подсчете общей нагрузки на линию от нескольких потребителей применяют два коэффициента — одновременности и спроса.
Коэффициент одновременности (Ко)
Учитывает, что потребители обычно работают в разное время. Для разных групп потребителей ПУЭ назначает свой коэффициент одновременности. Вот, например, как он меняется в зависимости от числа подключенных к линии квартир:
Видно, что в случае с одной квартирой считается возможным синхронное включение всех приборов - коэффициент одновременности равен единице. Но с ростом числа квартир вероятность одновременного включения всех потребителей становится все меньшей, что отражается в снижении данного коэффициента.
Коэффициент спроса (Кс)
Учитывает длительность работы прибора. Некоторые из них работают постоянно, другие включаются изредка и на короткий период. К примеру, для телевизора коэффициент спроса равен единице, для пылесоса - 0,1. Данные для некоторых потребителей приведены в таблице:
На шильдике или в паспорте потребителей, имеющих в своем составе электродвигатель или трансформатор, указывается только полезная мощность (в ваттах). Потребляемая же мощность будет выше, поскольку часть ее тратится на преодоление реактивного сопротивления обмоток (реактивная мощность).
Для определения полной мощности полезную нужно разделить на cosϕ - эта величина также приводится в паспорте и на шильдике. Если она не указана, можно взять усредненное значение: cosϕ = 0,7. Полную мощность принято измерять в вольт-амперах (ВА).
Ток линии
Если таблица построена на токе нагрузки, а не мощности, сначала находят его по формуле I = W / U, где: W - мощность прибора в ваттах (Вт), U - напряжение в вольтах (В) и далее находят сечение. Мощность определяется с учетом поправочных коэффициентов, описанных выше.
Так например, при подключении обогревателя мощностью 1,1 кВт в цепи будет протекать ток силой I = 1100 / 220 = 5А.
Аппарат защиты
В бытовых электросетях применяют аппараты защиты трех видов.
Выключатель автоматический (ВА)
Разъединяет цепь, если сила тока в ней превысила допустимое значение.
Защищает участок сети от коротких замыканий и перегрузок.
По функции ВА аналогичен предохранителю, но в отличие от него, является многоразовым: после устранения неисправности, ставшей причиной отключения автомата, его снова приводят в рабочее состояние при помощи кнопки или переключателя.
ВА подбирают в соответствии с максимальным током, допускаемым для защищаемой цепи и зависящим от сечения проводов.
Выключатель дифференциального тока или устройство защитного отключения (УЗО)
Разъединяет цепь при утечках тока, то есть когда пользователь коснулся токоведущих частей либо если они из-за пробоя изоляции вступили в контакт с заземленным проводником - строительными конструкциями, корпусом прибора и т.д.
Отличаются двумя параметрами:
- Номинальный ток. Это максимальный ток, который может протекать через данное УЗО, не повреждая его. Номинальный ток УЗО должен быть хотя бы на одну ступень выше номинального тока защищающего его (то есть установленного выше) ВА.
- Чувствительность. Это минимальное значение тока утечки, вызывающее срабатывание УЗО.
По чувствительности УЗО делятся на следующие категории:
- Противопожарные: имеют низкую чувствительность в 100, 300 или 500 мА, не обеспечивающую защиты от поражения электротоком. Через такие УЗО подключают, например, освещение в деревянных домах.
- Защищающие от поражения электротоком людей и животных.
УЗО и диффавтомат
Последние делятся на две подгруппы с уставкой тока утечки:
- 10 мА: предназначены для потребителей в помещениях с повышенной влажностью;
- 30 мА: для потребителей в сухих помещениях.
Через такие УЗО подключаются потребители, способные стать причиной электротравмы. Для освещения и приборов вроде кондиционера, установленных в недоступном месте, они не требуются.
В продаже встречаются импортные УЗО с уставкой тока утечки 6 мА. Эта величина соответствует стандартам Евросоюза и США.
Чем выше чувствительность УЗО, тем больше вероятность ложных срабатываний (зависит от качества электроснабжения).
Дифференциальный автомат
Прибор «два в одном»: объединены . Меньше стоит и более компактен, чем два аппарата по отдельности.
Выбор проводника
Провода с алюминиевыми жилами имеют схожую маркировку - АВВГ. Они в быту сейчас не применяются, но иногда встречаются в старых домах.
Наиболее предпочтительны провода марки ВВГнг.
Приставка «нг» указывает на применение негорючей изоляции. Для прокладки за подвесным потолком, в конструкции пола или стены рекомендованы провода с пониженным дымовыделением. Они распознаются по буквам «лс» в маркировке.
Выбор в пользу медных проводов обусловлен следующими их преимуществами в сравнении с алюминиевыми:
- низкое электрическое сопротивление: медные провода меньше греются и потому допускают более высокую плотность тока;
- пластичность: медный провод может иметь сечение от 1,5 кв. мм и многократно сгибаться, тогда как алюминиевый после нескольких заворотов ломается, а минимальное сечение для него составляет 2,5 кв. мм.
Алюминиевые провода применяют в линиях электропередач, поскольку они мало весят и дешево стоят.
Сечение кабеля по мощности: таблица
В завершение приведем таблицу, отражающую зависимость требуемой площади сечения проводов от нагрузки, материала и способа прокладки.
| Выбор сечения кабеля, мм 2 | ||||||||||||
| Открытая прокладка | Прокладка в трубе | |||||||||||
| Медь | Алюминий | Медь | Алюминий | |||||||||
| Ток, А | Мощность, кВт | Ток, А | Мощность, кВт | Ток, А | Мощность, кВт | Ток, А | Мощность, кВт | |||||
| 220 В | 380 В | 220 В | 380 В | мм 2 | 220 В | 380 В | 220 В | 380 В | ||||
| 11 | 2,4 | — | — | — | — | 0,5 | — | — | — | — | — | — |
| 15 | 3,3 | — | — | — | — | 0,75 | — | — | — | — | — | — |
| 17 | 3,7 | 6,4 | — | — | — | 1,0 | — | — | — | — | — | — |
| 23 | 5,0 | 8,7 | — | — | — | 1,5 | 14 | 3,0 | 5,3 | — | — | — |
| 26 | 5,7 | 9,8 | 21 | 4,6 | 7,9 | 2,0 | 19 | 4,1 | 7,2 | 14 | 3,0 | 5,3 |
| 30 | 6,6 | 11 | 24 | 5,2 | 9,1 | 2,5 | 21 | 4,6 | 7,9 | 16 | 3,5 | 6,0 |
| 50 | 11 | 19 | 39 | 8,5 | 14 | 6,0 | 34 | 7,4 | 12 | 26 | 5,7 | 9,8 |
Правильный выбор сечения провода - это, прежде всего, вопрос безопасности. При этом желательно предусматривать запас на случай подключения новых электроприборов в будущем.
Вопрос выбора сечения кабеля для монтажа электропроводки в доме или квартире очень серьезный. Если данный показатель не будет соответствовать нагрузке в контуре, то изоляция провода просто начнет перегреваться, затем плавится и гореть. Конечный итог – короткое замыкание. Все дело в том, что нагрузка создает определенную плотность тока. И если сечение кабеля будет небольшим, то плотность тока в нем будет большой. Поэтому перед покупкой необходимо провести расчет сечения кабеля по нагрузке.
Конечно, не стоит просто так наугад выбирать провод большего сечения. Это в первую очередь ударит по вашему бюджету. С меньшим сечением кабель может не выдержать нагрузку и быстро выйдет из строя. Поэтому лучше всего начать с вопроса, как рассчитать нагрузку на кабель? А уже потом по этому показателю подбирать и сам электрический провод.
Расчет мощности
Самый простой способ – это рассчитать суммарную мощность, которую будет потреблять дом или квартира. Этот расчет будет использован для подбора сечения провода от столба ЛЭП до вводного автомата в коттедж или от подъездного щита в квартиру на первую распределительную коробку. Точно так же рассчитываются провода по шлейфам или комнатам. Понятно, что входной кабель будет иметь самое большое сечение. И чем дальше от первой распределительной коробки, тем данный показатель будет уменьшаться.
Но вернемся к расчетам. Итак, в первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей. У каждого из них (бытовые приборы и лампы освещения) на корпусе этот показатель обозначен. Если не нашли, смотрите в паспорте или в инструкции.
После чего все мощности необходимо сложить. Это и есть суммарная мощность дома или квартиры. Точно такой же расчет необходимо сделать и по контурам. Но тут есть один спорный момент. Некоторые специалисты рекомендуют умножить суммарный показатель на понижающий коэффициент 0,8, придерживаясь того правила, что не все приборы будут одновременно включаться в цепь. Другие же, наоборот, предлагают умножить на повышающий коэффициент 1,2, тем самым создавая некий запас на будущее, ввиду того, что есть большая вероятность появления в доме или квартире дополнительных бытовых приборов. По нашему мнению второй вариант – оптимальный.
Выбор кабеля
Теперь, зная суммарный показатель мощности, можно выбрать и сечение проводки. В ПУЭ установлены таблицы, по которым легко сделать этот выбор. Приведем несколько примеров для электрической линии, находящейся под напряжением 220 вольт.
- Если суммарная мощность составила 4 кВт, то сечение провода будет 1,5 мм².
- Мощность 6 кВт, сечение 2,5 мм².
- Мощность 10 кВт – сечение 6 мм².
Точно такая же таблица есть и для электрической сети напряжением 380 вольт.
Расчет токовой нагрузки
Это самое точное значение вычисления, проводимого по нагрузке тока. Для этого используется формула:
I=P/U cos φ, где
- I – это сила тока;
- P – суммарная мощность;
- U – напряжение в сети (в данном случае 220 В);
- cos φ – коэффициент мощности.
Есть формула и для трехфазной электрической сети:
I=P/(U cos φ)*√3.
Именно по показателю силы тока определяется сечение кабеля по тем же таблицам в ПУЭ. И опять приведем несколько примеров.
- Сила тока 19 А – сечение кабеля 1,5 мм².
- 27 А – 2,5 мм².
- 46 А – 6 мм².
Как и в случае определения сечения по мощности, здесь также лучше всего умножить показатель силы тока на повышающий коэффициент 1,5.
Коэффициенты
Существуют определенные условия, при которых сила тока внутри проводки может повышаться или понижаться. К примеру, в открытой электрической проводке, когда провода укладываются по стенам или потолку, сила тока будет повышенной, чем в закрытой схеме. Это связано напрямую с температурой окружающей среды. Чем она больше, тем большей силы тока может данный кабель пропускать.
Внимание! Все выше перечисленные таблицы ПУЭ рассчитаны при условии эксплуатации проводов при температуре +25С с температурой самих кабелей не больше +65С.
То есть, получается так, что если в один лоток, гофру или трубу укладываются сразу несколько проводов, то внутри проводки температура будет повышенной за счет нагрева самих кабелей. Это приводит к тому, что допустимая нагрузка тока снижается на 10-30 процентов. То же самое касается и открытой проводки внутри отапливаемых помещений. Поэтому можно сделать вывод: при проведении расчета сечения кабеля в зависимости от нагрузки тока при повышенных температурах эксплуатации можно выбирать провода меньшей площади. Это, конечно, неплохая экономия. Кстати, таблицы снижающих коэффициентов в ПУЭ тоже есть.
Есть еще один момент, который касается длины используемого электрического кабеля. Чем длиннее разводка, тем больше потери напряжения на участках. В любых расчетах используются потери, равные 5%. То есть, это максимум. Если потери будут больше данного значения, то придется увеличивать сечение кабеля. Кстати, самостоятельно рассчитать токовые потери несложно, если знать сопротивление проводки и токовую нагрузку. Хотя оптимальный вариант – использовать таблицу ПУЭ, в которых установлена зависимость момента нагрузки и потерь. В данном случае момент нагрузки – это произведение мощности потребления в киловаттах и длины самого кабеля в метрах.
Разберем пример, в котором установленный кабель длиною 30 мм в сети переменного тока напряжением 220 вольт выдерживает нагрузку 3 кВт. При этом момент нагрузки будет равен 3*30=90. Смотрим в таблицу ПУЭ, где показано, что этому моменту соответствуют потери 3%. То есть, это меньше номинала в 5%. Что допустимо. Как уже было сказано выше, если расчетные потери превысили бы пятипроцентный барьер, то пришлось бы приобретать и устанавливать кабель большего сечения.
Внимание! Данные потери сильно сказываются на освещении с низковольтными лампами. Потому что на 220 вольтах 1-2 В не сильно отражаются, а вот на 12 В видно сразу.
В настоящее время алюминиевые провода в разводках используются редко. Но необходимо знать, что их сопротивление больше, чем у медных, в 1,7 раза. А, значит, и потери у них во столько же раз больше.
Что касается трехфазных сетей, то здесь момент нагрузки больше в шесть раз. Это зависит от того, что сама нагрузка распределяется по трем фазам, а это соответственно тронное увеличение момента. Плюс двоенное увеличение за счет симметричного распределения потребляемой мощности по фазам. При этом в нулевом контуре ток должен быть равен нулю. Если распределение по фазам несимметричное, а это приводит к увеличению и потерь, то придется рассчитывать сечение кабеля по нагрузкам в каждом проводе по отдельности и выбирать его по максимальному расчетному размеру.
Заключение по теме
Как видите, для проведения расчета сечения кабеля по нагрузкам, приходится учитывать различные коэффициенты (понижающие и повышающие). Самостоятельно, если вы в электрике разбираетесь на уровне любителя или начинающего мастера, сделать это непросто. Поэтому совет – пригласите высококвалифицированного специалиста, пусть он сам сделает все расчеты и составит грамотно схему проводки. А вот монтаж можно провести и своими руками.
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 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)
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.
При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14)
К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.
Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику
Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.
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 = P р / cosφ ,
Где P р – реактивная мощность в Вт.
Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.
Пример : в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200 Вт 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 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.
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 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)
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.
Галерея изображений
Расчет сечения по току
Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.
Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:
- выбор мощности всех потребителей;
- расчет токов, проходящих по проводнику;
- выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.
Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.
Этап #1 - расчет силы тока по формулам
Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:
«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I - сила тока, P - мощность, U - напряжение, R - радиус жилы)
Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:
I = P/U л ,
- I - cила тока, принимается в амперах;
- P - мощность в ваттах;
- U л - линейное напряжение в вольтах.
Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.
Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:
- U л = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
- U л = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.
Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:
- U л = 220 В для однофазного напряжения.
- U л = 380 В для трехфазного напряжения.
I = (I1+I2+…IN)*K*J ,
- I – суммарная сила тока в амперах;
- I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
- K – коэффициент одновременности;
- J – коэффициент запаса.
Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.
Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.
Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.
Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост - вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.
Этап #2 - выбор подходящего сечения по таблицам
В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.
Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.
При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.
Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.
Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)
Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой .
Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)
При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:
- 0,68 если 5-6 жил;
- 0,63 если 7-9 жил;
- 0,6 если 10-12 жил.
Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».
Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.
По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.
Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.
Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле
Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.
Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле
Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).
Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников
Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):
Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)
Расчет и выбор медных жил до 6 мм 2 или алюминиевых до 10 мм 2 ведется как для длительного тока.
В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:
0,875 * √Т пв
где T пв - отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.
Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.
При выборе кабеля для разводки электричества в особое внимание уделяют его огнестойкости.
Этап #3 - расчет сечения проводника по току на примере
Расчет падения напряжения
Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.
Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.
Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)
В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.
Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:
R = 2*(ρ * L) / S ,
U пад = I * R ,
U % = (U пад / U лин) * 100 ,
- 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
- R – сопротивление проводника, Ом;
- ρ — удельное сопротивление проводника, Ом*мм 2 /м;
- S – сечение проводника, мм 2 ;
- U пад – напряжение падения, В;
- U % — падение напряжения по отношению к U лин,%.
Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.
Пример расчета переноски
Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант - подключение потребителей к отдельным веткам
Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:
R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом
Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:
I = 7000 / 220 = 31.8 А
Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:
U пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В
Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:
U % = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.
Выводы и полезное видео по теме
Расчет сечения проводника по формулам:
Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.
На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.