Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Для ремонта старой проводки или прокладки новой нужно подобрать кабель нужного сечения, для того чтобы он выдерживал предполагаемую нагрузку.

Если старая проводка вышла из строя нужно её заменить, но прежде чем менять на аналогичную, узнайте, почему произошла проблема со старой. Возможно, что было просто механическое повреждение, или изоляция пришла в негодность, а еще более весомой проблемой является – выход из строя проводки из-за превышения допустимой нагрузки.

Содержание статьи

Чем отличается кабельная продукция, какие основные характеристики?

Начнем с того, что определяется, какое напряжение в сети, в которой будут работать кабеля. Для бытовых сетей часто применяются кабеля и провода типа ВВГ, ПУГНП (только он запрещен современными требованиями ПУЭ из-за больших допусков по сечению при производстве, до 30%, и допустимой толщине изолирующего слоя 0.3мм, против 0.4 в ПУЭ), ШВВП и другие.

Если отойти от определений провод от кабеля отличается минимально, в основном по определению в ГОСТе или ТУ по которому он производится. Ведь на рынке есть большое количество проводов с 2-3 жилами и двумя слоями изоляции, например тот же ПУГНП или ПУНП.

Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля

Для выбора кабеля кроме напряжения принимают во внимание и условия, в которых он будет работать, для подключения движущегося инструмента и оборудования он должен быть гибким, для подключения неподвижных элементов, в принципе, все равно, но лучше предпочесть кабель с монолитной жилой.

Решающим фактором при покупке является площадь поперечного сечения жилы, она измеряется в мм2, от неё и зависит способность проводника выдерживать длительную нагрузку.

Что влияет на допустимый ток через кабель?

Для начала обратимся к основам физики. Есть такой закон Джоуля-Ленца, он был открыт независимо друг от друга двумя ученными Джеймсом Джоулем (в 1841) и Эмилием Ленцом (в 1842), поэтому и получил двойное название. Так вот этот закон количественно описывает тепловое действие электрического тока протекающего через проводник.

Если выразить его через плотность тока получится такая формула:

Расшифровка: w – мощность выделения тепла в единице объема, вектор j – плотность тока через проводник измеряется в Амперах на мм2. Для медного провода принимают от 6 до 10 А на миллиметр площади, где 6 – рабочая плотность, а 10 кратковременная. вектор E – напряженность электрического поля. σ – проводимость среды.

Так как проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: σ=1/R

Если выразить закон Джоуля-Ленца через количество теплоты в интегральной форме, то:

Таким образом, dQ – количество теплоты, которое выделится за промежуток времени dt в цепи, где протекает ток I, через проводник сопротивлением R.

То есть количество тепла прямо пропорционально току и сопротивлению. Чем больше ток и сопротивление – тем больше выделяется тепла. Это опасно тем, что в определенный момент количество тепла достигнет такого значения, что у проводов плавится изоляция. Вы могли замечать, что провода дешевых кипятильников ощутимо теплеют во время работы, это оно и есть.

Если выделяется мощность на кабеле, значит, падает и напряжение на его концах, подключенных к нагрузке.

В калькуляторах для расчета сечений кабеля, обычно задаются такие параметры:

ток или мощность нагрузки;

допустимое падение напряжения (обычно в процентах);

Чем больше сопротивление – тем больше упадет напряжение и нагреется кабель, поскольку на нем выделится мощность (P=UI, где U падение напряжения на кабеле, I – ток, протекающий через него).

Все расчеты свелись к току и сопротивлению. Сопротивление проводника вычисляется по формуле:

Здесь: ρ (ро) – удельное сопротивление, l – длина кабеля, S – площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление зависит от структуры металла, величины удельных сопротивлений можно определить из таблицы.

В проводке в основном используются алюминий и медь. У меди сопротивление 1.68*10-8 Ом*мм2/м., а у аллюминия в 1.8 раза больше чем у меди, равняется 2.82*10-8 Ом*мм2/м. Это значит, что алюминиевый провод нагреется почти в 2 раза сильнее, чем медный при одинаковом сечении и токе. Отсюда следует, что для прокладки проводки придется покупать более толстый алюминиевый провод, к тому же жилы легко повредить.

Поэтому медные провода вытеснили с домашней проводки медные, а применение аллюминия в проводке запрещено, разрешается только применение алюминиевых кабелей для монтажа очень мощных электроустановок, потребляющих большой ток, тогда используют провод из аллюминия сечением больше 16 мм2 (смотрите — Почему алюминиевый кабель нельзя использовать в электропроводке)

Как определить сопротивление провода по диаметру жилы?

Бывают случаи, когда площадь поперечного сечения жилы не известна, поэтому можно посчитать по диаметру. Для определения диаметра монолитной жилы можно использовать штангенциркуль, если его нет, то возьмите стержень, например шариковую ручку или гвоздь, намотайте плотно 10 витков провода на него, и измерьте линейкой длину получившейся спирали, разделив эту длину на 10 – вы получите диаметр жилы.

Для определения общего диаметра многопроволочной жилы, измерьте диаметр каждой жилы и умножьте на их количество.

Дальше считают поперечное сечение по этой формуле:

И вновь возвращаются к этой формуле для расчета сопротивления провода:

Как определить необходимую площадь сечения провода?

Самый простой вариант – определить площадь сечения жил по таблице. Он подходит для расчета не слишком длинных линий проложенных в нормальных условиях (с нормальной температурой окружающей среды). Также так можно подобрать провод для удлинителя. Обратите внимание, что в таблице указаны сечения при определенном токе и мощности в однофазной и трёхфазной сети для аллюминия и меди.

При расчете длинных линий (больше 10 метров) такой таблицей лучше не пользоваться. Нужно провести расчеты. Быстрее всего воспользоваться калькулятором. Алгоритм расчета такой:

Берут допустимые потери по напряжению (не более 5%), это значит что при напряжении в сети 220В и допустимым потерям напряжения в 5% на кабеле падение напряжения (от конца до конца) не должно превышать:

Теперь, зная ток, который будет протекать, мы может вычислить сопротивление кабеля. В двух проводной линии сопротивление умножают на 2, так как ток течет по двум проводам, при линии длиной в 10м, общая длина проводников – 20м.

Отсюда по вышеприведенным формулам вычисляют необходимое поперечное сечение кабеля.

Вы можете сделать это автоматически со своего смартфона, с помощью приложений «Мобильный электрик» и electroDroid. Только в калькуляторе задается не общая длина проводов, а именно длина линии от источника питания к приемнику электричества.

Подборка статей о том, как правильно выбрать кабель ддля квартиры или дома:

Заключение

Правильно рассчитанная проводка это уже 50% залог её успешного функционирования, вторая половина зависит от правильности монтажа. Следует учитывать все особенности проводки, максимальную потребляемую мощность всеми потребителями. При этом введите запас по допустимому току на 20-40% «на всякий случай».

Видео:Как определить сечение провода.Скачать

Расчет сечения кабеля по току: используем калькуляторы и таблицы для расчета

Без электричества жизнь современного человека представить сейчас просто невозможно. Но при небрежном отношении к себе оно способно становиться не другом, а смертельно опасным врагом. Даже на бытовом уровне эксплуатация электрических сетей, систем и приборов требует строгого соблюдения целого ряда непреложных правил.

Расчет сечения кабеля по току

И, кстати, одним из наиболее уязвимых мест именно в сфере конечного потребления электроэнергии, то есть в жилых домах и квартирах, является электропроводка. А именно – неправильно выполненный расчет сечения кабеля по току нагрузки, из-за чего чаще всего случаются аварии с очень тяжелыми, а иногда – и трагичными последствиями.

Проблема часто в том, что владельцы жилья попросту не видят связи между сечением проводника и мощностью подключаемой нагрузки: «идет ток – и ладно». Встречаются и такие ситуации, когда при строительстве подрядчики явно «халтурили», и, пытаясь максимально сэкономить на материалах, скрытно уложили некачественные или не соответствующие проекту провода. Сплошь и рядом случаи, когда продолжает эксплуатироваться старая проводка, смонтированная может быть и правильно, но когда-то очень давно, то есть явно не рассчитанная на современную насыщенность жизни людей электрическими бытовыми приборами.

В настоящей публикации будет рассмотрено несколько путей оценки соответствия сечения проводника реальным условиям эксплуатации электроприборов.

Видео:Расчет площади сечения проводника по нагрузке на примереСкачать

Несколько базовых понятий

А для чего вообще необходимо рассчитывать сечение проводов? Нельзя ли ограничиться подбором «на глаз»?

Нет, нельзя, так как совсем несложно впасть в две крайности:

• Проводник недостаточного сечения начинает сильно перегреваться. Это ведет к оплавлению изоляции проводки, созданию условий для самовозгорания, для коротких замыканий. Все это становится причиной разрушительных пожаров, часто сопровождающихся человеческими трагедиями.
• Проводники избыточного диаметра, безусловно, такими опасностями не грозят. Но зато они и существенно дороже (особенно если разговор идет о медных кабелях), и не столь удобны в работе. Получаются совершенно неоправданные материальные и трудовые затраты.

Так что руководствоваться следует принципом разумной достаточности. Тем более что произвести необходимые вычисления – по силам каждому, кто хоть немного разбирается в азах математики и физики.

Для начала вспомним некоторые понятия, многим, наверное, и без того хорошо известные. Но просто для того, чтобы в дальнейшем изложении не появилось разночтений.

Провода одножильные и многожильные

С этим вопросом часто бывает путаница, в том числе в статьях, опубликованных на интернет-сайтах.

Итак, в качестве проводника в проводах и кабелях может использоваться одна проволока — с точки зрения электрической проводимости — это оптимальный вариант.

Но для достижения гибкости кабельной продукции приходится использовать более сложные конструкции – множество тонких проволочек, обычно скрученных при этом в «косичку». Чем больше таких проволочек – тем более гибким получается проводник.

Однако, это не следует путать с многожильностью провода. Под отдельной жилой подразумевается именно отдельный проводник. Чтобы стало понятнее – смотрим на иллюстрацию.

На картинке ниже – примеры одножильного провода. Просто с левой стороны – жесткий однопроволочный, а с правой – более гибкий многопроволочный вариант.

И слева, и справа — это одножильный провод.

Если провод (кабель) конструктивно совмещает два изолированных друг от друга проводника или больше, он становится двухжильным, трехжильным и т.п. Но он также может оставаться одно- или многопроволочным.

Двухжильный многопроволочный провод

Аналогичная ситуация и с кабелями. По определению, кабель – это конструкция из нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в общую изолирующую и защитную оболочку. А вот проводники также могут быть одно- или многопроволочными.

Трехжильные силовые кабели – с однопроволочными или многопроволочными жилами

Жесткие однопроволочные изделия хороши для неподвижных участков проводки, например, вмуровываемых в стены. Многопроволочные провода и кабели отлично подходят для тех участков, где бывает нужна подвижность — типичным примером являются шнуры питания бытовой техники и осветительных приборов.

Итак, все последующие расчеты будут вестись для сечения жилы провода или кабеля.

При оценке условий расположения проводов в дальнейшем могут быть варианты, когда придется представлять разницу, например, между тремя одножильными проводами, протянутыми в одной трубе, или одним трехжильным кабелем.

Диаметр и площадь поперечного сечения провода

Два взаимосвязанных параметра, которые порой по неопытности путают. Смотрим на схему – по ней все станет понятно.

Слева – диаметр проводника (жилы), измеряется в миллиметрах. Справа – площадь поперечного сечения проводника, измеряется в мм².

Во всех справочника обычно используется параметр сечения, так как именно по этому критерию производится классификация различных марок проводов и кабелей.

Но это хорошо, если известна марка кабеля (провода). Если нет, то сечение остается подсчитать, опираясь на диаметр, который можно измерить штангенциркулем или микрометром.

Диаметр жилы (проволоки) поддается обычному измерению. Площадь сечения – только расчёту.

Формулу площади круга должны, наверное, помнить все. Но тем не менее – приведем ее на всякий случай.

Sc = π × d² / 4 ≈ 3.14 × d² / 4 ≈ 0.785 × d²

Знак «примерно равно» применен только потому, что взято округление числа π до сотых, всем известное значение π ≈ 3,14. Но в нашем случае такой точности – более чем достаточно!

Это формула сечения однопроволочного проводника. А если нужно найти сечение неизвестного провода, с многопроволочной жилой?

Тоже ничего сложного. Жила распушается, чтобы появилась возможность подсчитать количество проволочек в «косичке». И останется только микрометром или штангенциркулем промерить диаметр одной проволочки.

Sc = n × π × d² / 4 ≈ n × 3.14 × d² / 4 ≈ 0.785 × n × d²

где n – это количество проволочек в одной жиле.

Калькулятор пересчёта диаметра проводника в площадь его поперечного сечения

Основные электрические параметры цепи

При проведении расчетов нам могут понадобиться формулы, показывающими взаимосвязь между основными электрическими параметрами.

• Базовой формулой для цепей переменного и постоянного тока является известный закон Ома, гласящий¸ что сила тока в проводнике (на участке цепи) прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

I = U / R

I — сила тока, ампер, А.

U — напряжение (разность потенциалов), вольт, В.

R — электрическое сопротивление, ом, Ом.

Из этой формулы несложно вывести другие:

U = I × R

R = U / I

• Теперь обратимся к мощности электрического тока.

Для начала – работа, выполняемая электрическим током. Она равна произведению силы тока на напряжение и на длительность промежутка времени, в течение которого она выполнялась.

А = I × U × Δt

А — работа электрического тока, джоулей, Дж.

Δt — длительность периода, секунд, с.

Но более наглядной величиной всегда является мощность, то есть показатель работы, выполненной за единицу времени, например, секунду.

P = A / Δt = I × U × Δt / Δt = I × U

P — мощность электрического тока, джоулей в секунду или ватт, Вт.

• Отсюда напрашивается целый каскад производных формул, описывающих взаимосвязи напряжения, силы тока, сопротивления и мощности между собой. Чтобы не перечислять все формулы «в столбик», можно привести хорошо понятное графическое их представление.

Графическое представление формул взаимосвязей основных электрических параметров.

• Вернемся к сопротивлению проводника. Как оно выражается через ток и напряжение – мы уже знаем.

Но оно в первую очередь зависит от материала изготовления проводника и его геометрических размеров. Описывается эта зависимость следующей формулой:

R = ρ × L / S

ρ — удельное сопротивление материала, из которого изготовлен проводник. Показывает, какое сопротивление имеет проводник длиной 1 метр с площадью поперечного сечения 1 мм².

Как правило, на практике в электротехнике чаще всего встречаются алюминий и медь. Реже применяются стальные проводники, но обычно – лишь в качестве каких-то токонесущих деталей электротехнической арматуры.

Для алюминия удельное сопротивление равно 0,029 Ом×м, у меди оно пониже – 0,0175 Ом×м.

L — длина линии (участка цепи) метров, м.

S — площадь поперечного сечения проводника, мм²

Эти соотношения полезно знать, так как иногда приходится оценивать собственные резистивные потери мощности на линиях большой протяженности.

• Акцентируем внимание еще на одном взаимоотношении, которое, в принципе, уже было рассмотрено выше. Это – количество тепла, выделяемое проводником при прохождении по нему электрического тока. Описывается уравнением Джоуля-Ленца.

Q = I² × R × Δt

Как видно, нагрев проводника (Q) лежит в квадратичной зависимости от силы тока (I) и от сопротивления (R). Понятно, что при всех остальных равных параметрах медный провод будет иметь более низкое сопротивление, нежели алюминиевый, то есть при одинаковой нагрузке греться станет существенно меньше.

Так оно и есть – это будет очень хорошо заметно дальше, при работе с таблицами.

• Можно еще вспомнить понятие плотности тока. Здесь все относительно просто – это количество ампер на единицу площади сечения проводника. Этот термин будет задействован в одном из способов оценки проводки.

Далеко не все их показанных формул и определений понадобятся для правильного подбора сечения проводника. Но зато они помогают более «рельефно» представить взаимосвязи между разными величинами.

Материалы изготовления проводки

Об этом уже вкратце говорилось – в подавляющем большинстве случаев используются медь и алюминий. Провода из иных металлов и сплавов если и встречаются, то имеют очень узкую специализацию.

Медь выигрывает у алюминия практически по всем статьям!

Сравнение меди и алюминия практически по всем статьям показывает ее преимущество.

• Удельное сопротивление даже просто в «чистом виде» у меди практически в полтора раза ниже.
• Оба этих металла от контакта с кислородом покрываются тонким слоем окислов. Однако, к меди этот слой практически не становится препятствием для токопроводимости. То есть в местах контактных соединений особых проблем не возникает (низкое переходное сопротивление).

А вот окислы алюминия по своим качествам близки к диэлектрикам. И проводимость обеспечивается только тем, что этот слой очень тонок. В местах механических контактов проблем значительно больше. Поэтому рекомендуется зачистка проводников, а также использование специальных смазок, предотвращающих поверхностную коррозию алюминия.

• Медь прочнее алюминия. Она в меру пластична, что позволяет достигать надёжных контактов при обжиме. Сломать медный проводник механическим воздействием – довольно сложно.

Переломить же алюминиевый провод можно буквально через несколько изгибов по одному месту. Недостаток упругости этого металла (слишком уж высокая пластичность) приводит к тому, что после выполнения скруток или обжима в клеммах, то есть при стабилизировавшейся механической нагрузке, алюминий продолжает «течь». А это значит, что надежность механических контактных соединений всегда постоянно снижается и требует регулярной подтяжки.

• Оптимальный вариант контактов для любого металла – это сварка или пайка. Но и по этим позициям медь впереди. Произвести пайку меди можно, не прибегая к каким-то сложным технологическим приёмам. Пайка или сварка алюминия требует использования специальных припоев и флюсов, и неопытному человеку выполнить эту операцию – крайне затруднительно.
• Единственные позиции, по которым алюминий обходит медь – он втрое легче и значительно дешевле. Этим и объясняется его широкое использование в эпоху массового городского многоэтажного строительства. Сейчас же по действующим СНиП в качестве проводки в жилых домах должна использоваться исключительно медь.

Видео:Как определить площадь сечения провода. Выбор провода или кабеля в зависимости от нагрузки.Скачать

Как правильно определить сечение провода

С теорией закончили. Пора переходить к основному вопросу темы – как же определить требуемое сечение токонесущей жилы для различных условий эксплуатации электропроводки.

Здесь возможны несколько вариантов поиска нужного результата.

Выбрать можно тот, который покажется наиболее удобным или подходящим к конкретному случаю.

Расчет через допустимую плотность тока

Изо всего изложенного выше уже должно быть понятно, что главным ограничителем при выборе требуемого сечения является резистивный нагрев проводников, способный привести к плавлению изоляции, к коротким замыканиям, к перегреву окружающих материалов вплоть до вероятности самовозгорания.

То есть выбираемое сечение провода должно исключать подобные явления.

Проведение точных теплотехнических расчетов – дело очень непростое. Но специалисты уже многое сделали в этом плане, так что можно воспользоваться их наработками.

В частности, ими просчитана безопасная плотность тока, которая не вызывает опасного нагрева проводника до температур, способных вызвать плавление наиболее распространенной в наше время ПВХ или ПЭ изоляции.

Так, для проводников, находящихся в условиях условной комнатной температуры (+20℃), эта плотность тока составляет:

Сразу оговорим разницу между открытой и закрытой проводками.

• Открытая встречается не столь часто. Она прокладывается по стенам или потолкам на хомутах или изоляторах, может быть воздушной — самонесущей или же удерживаться несущим тросом. К открытым проводкам можно отнести и сетевые шнуры, удлинители, если, конечно, они не намотаны на катушки, бобины и т.п.
• Все остальное, по сути – это закрытая проводка: расположенная к кабель-каналах, коробах или гофротрубах, вмурованная в стены, проложенная в грунте и т.п. Иными словами, в любых условиях, где отсутствует нормальный теплоотвод. С опорой на этот критерий к закрытой проводке следует отнести и те участки, которые располагаются в распределительных щитах и монтажных коробках – нормального теплообмена здесь тоже нет.

Выше не зря было оговорено, что указанные показатели справедливы для комнатной температуры. Случается, что проводку приходится прокладывать в помещениях с особым температурным режимом, то есть в которых поддерживается нагрев выше обычного (предбанники, сушилки, оранжереи и т.п.) В таком случае в значение допустимой плотности тока вносятся коррективы – применяется коэффициент 0,9 на каждые 10 градусов температуры свыше + 20 ℃.

Например, на какую плотность тока следует ориентироваться, если планируется проложить медную проводку в кабель-канале для подключения ТЭНа в сушилке, в которой будет поддерживаться температура +50 ℃?

По таблице плотность тока G для закрытой медной проводки равна 4 А/мм².

Разница между нормой температуры и планируемым режимом равна

50 – 20 = 30 ℃.

То есть понижающий коэффициент должен быть учтен трижды. Но столько это означает не 0,9 × 3, а 0,9³:

G = 4 × 0,9 × 0,9 × 0,9 = 4 × 0,9³ = 4 × 0,729 = 2,92 А/мм²

На этот показатель плотности и придется ориентироваться для создания безопасной в данных условиях проводки.

Еще один пример. Скажем, в уже рассмотренных условиях проводка прокладывается для подключения двух обогревателей мощностью по 750 ватт каждый.

Суммарная нагрузка по мощности на линию получается:

Р = 750 + 750 = 1500 Вт

Пересчитаем ее в необходимый ток при напряжении 220 вольт:

I = P / U = 1500 / 220 = 6.8 А

Нормальная плотность тока для таких условий эксплуатации была нами подсчитана – 2,92 А/мм². То есть ничего уже не стоит подсчитать то сечение медной жилы, которое обеспечит безопасную плотность:

S = I / G = 6.8 / 2.92 = 2.33 мм²

Естественно, полученное значение приводится к ближайшему с округлением в большую сторону. То есть для прокладки проводки в указанных условиях подойдет медный провод сечением 2.5 мм².

В принципе, по такому же принципу можно проводить расчеты и для любых других помещений. В том числе для линий, к которым планируется подключить несколько электрических приборов различной мощности.

При этом суммарную мощность линии можно подсчитать так:

ΣP = (P₁ + Р₂ + … + Рₙ) × Кс × Кз

В скобках — мощности подключаемых к линии электроприборов, от 1 до n.

Кс – так называемый коэффициент спроса. Вряд ли все подключенные в линии приборы будут работать одновременно. То есть этот коэффициент учитывает вероятность их одновременного включения.

Расчет этого коэффициента – задача непростая, так как учитывает немало нюансов. Но так как наша публикация предназначена для электриков-любителей, которые в своей работе наверняка ограничиваются своими небольшими жилыми владениями, можно задачу упростить. А конкретно: при двух приборах коэффициент оставляем равным единице. При трех ÷ четырех – 0,8. Пять ÷ шесть – 0,75. Большего количества потребителей на линии в условиях дома или квартиры вряд ли встретится, но на всякий случай, если вдруг… – коэффициент 0,7.

Кз – коэффициент запаса. Величина необязательная. Но рачительный хозяин может подумать и наперед, что, возможно, через год-другой к этой же линии придется подключать и дополнительную нагрузку, о которой пока можно только догадываться. Так что имеет смысл сразу заложить резерв, приняв коэффициент, например, от 1,5 до 2,0. Но, повторимся, дело – добровольное, и этот коэффициент можно вообще исключить из расчетов.

Еще один важный нюанс. Реальная мощность электрического прибора может оказаться выше номинальной, указанной в паспорте. Это связано с понятиями активной и реактивной мощностей.

Не будем вдаваться особо в физику этого явления, скажем лишь, что полная мощность для некоторых типов нагрузки рассчитывается по формуле:

Pп = Pn / cos φ

Pп — полная мощность;

Pn — указанная в паспорте номинальная мощность;

cos φ — коэффициент мощности, равный косинусу угла φ — смещения фаз тока и напряжения.

Такое смещение свойственно приборам с мощным электроприводом, с высокой индуктивной нагрузкой (трансформаторами, дросселями). Значение cos φ для такой техники также указывается в паспорте изделия.

Значения номинальной мощности и cos φ на шильдике асинхронного двигателя

В бытовых условиях подобные приборы встречаются нечасто, но все же если линия проводится, скажем, для питания мощного насоса, компрессора, электродвигателя, для сварочного поста – лучше этим показателем не манкировать.

А теперь можно попробовать произвести полный расчет с учетом всего сказанного выше. Для этого читателю предлагается онлайн-калькулятор.

В поля ввода программы необходимо ввести запрашиваемые данные:

• Какая проводка будет использоваться: медная или алюминиевая, расположенная открыто или закрытая.
• Напряжение в планируемой линии.
• Если в помещении предполагается какой-то специфический температурный режим, то это следует указать – выбрать из предлагаемых вариантов. Температура в комнате ниже +25℃ будет считаться нормальной – она стоит в перечне первой и учитывается по умолчанию.
• Далее, указывается мощность планируемой к подключению нагрузки. Предусмотрено до 6 разных единиц – для бытовых условий этого обычно достаточно. При этом если поле не заполняется, то мощность считается равной нулю, то есть поле в расчет не принимается.

Два последних поля позволяют учесть нагрузку с реактивной составляющей мощности, если таковая есть. Для этого помимо номинала необходимо указать и значение cos φ. По умолчанию cos φ = 0, то есть как для обычной активной нагрузки.

• В зависимости от количества подключаемых к линии приборов в алгоритме автоматически учитывается коэффициент спроса.
• Наконец, пользователь может заложить резерв мощности, повысив коэффициент запаса, от 1 до 2 с шагом 0,1.

Результат расчета будет выдан в квадратных миллиметрах сечения жилы провода (кабеля) с точностью до сотой. Естественно, после этого придется сделать округление до ближайшего стандартного размера в большую сторону.

Калькулятор расчета площади сечения токонесущей жилы кабеля или провода

Поиск нужного сечения кабеля с помощью таблиц

Не все и не всегда любят заниматься самостоятельными расчетами. Таким пользователям можно порекомендовать воспользоваться таблицами.

По сути, это те же расчеты, выполненные специалистами по приведённым формулам. Но только для удобства их результаты сведены в табличное представление.

Например, таблица для определения допустимого сечения (и соответствующего диаметра) жилы исходя из мощности нагрузки и (или) значения силы тока для переменного напряжения 220 вольт (ОП и ЗП — открытая и закрытая проводка соответственно):

Чаще встречаются несколько иные таблицы. В них приведены стандартные сечения выпускаемой кабельной продукции, и соответствующие им допустимые значения силы тока и мощности нагрузки.

Вот такая таблица для кабелей с медными жилами:

Аналогичная таблица – для кабелей с алюминиевыми проводниками:

Есть таблицы, которые сразу учитывают количество токонесущих жил в одном кабель-канале (коробе, трубе и т.п.). То есть принимается в расчет взаимное тепловое влияние в условиях ограниченности теплоотвода.

Такая таблица для медных кабелей показана ниже.

(Сокращения: ОЖ – одножильный, ДЖ – двужильный, ТЖ – трехжильный).

Аналогичная таблица – для кабелей с алюминиевыми проводами:

При желании можно отыскать таблицы более узкой специализации, например, для воздушной прокладки проводов или для подземной, причем — еще и с учетом теплоотводных качеств того или иного грунта. Но не станем ими перегружать настоящую публикацию – она рассчитана все же на начинающих электриков, которые в своем дебюте выполняют задачи попроще.

Некоторые мастера и вовсе рекомендуют брать во внимание упрощенный вариант таблицы сечений проводов и кабелей, используемых для домашней проводки. Вот такой:

По большому счету, так оно обычно и получается.
Но напоследок рассмотрим еще один важный нюанс.

Видео:Как выбрать провод, автоматы и УЗО? Как рассчитать сечение кабеля, силу тока, мощность.Скачать

Возможная поправка сечения жилы на сопротивление линии

Любой проводник обладает собственным сопротивлением – об этом мы говорили в самом начале статьи, когда приводили значения удельного сопротивления материалов, меди и алюминия.

Оба этих металла обладают весьма достойной проводимостью, и на участках небольшой протяженности собственное сопротивление линии не оказывает сколь-нибудь значимого влияния на общие параметры цепи. Но если планируется прокладка линии большой протяженности, или, например, изготавливается удлинитель-переноска большой длины для работы на значительном удалении от дома, то собственное сопротивление желательно просчитать, и сравнить вызываемое им падение напряжения с напряжением питания. Если падение напряжения получается более 5% от номинала напряжения в цепи, правила эксплуатации электроустановок предписывают брать кабель с жилами большего сечения.

Например, изготавливается переноска для сварочного инвертора. Если сопротивление самого кабеля будет чрезмерным, провода под нагрузкой будут сильно перегреваться, а напряжения и вовсе может оказаться недостаточно для корректной работы аппарата.

Собственное сопротивление кабеля можно вычислить по формуле:

Rk = 2 × ρ × L / S

Rk — собственное сопротивление кабеля (линии), Ом;

2 — длина кабеля удваивается, так как учитывается весь путь прохождения тока, то есть «туда и обратно»;

ρ — удельное сопротивление материала жил кабеля;

L — длина кабеля, м;

S — площадь поперечного сечения жилы, мм².

Предполагается, что нам уже известно, с каким током придется иметь дело при подключении нагрузки — об этом уже не раз рассказывалось в настоящей статье.

Зная силу тока, несложно по закону Ома вычислить падение напряжения, а затем сравнить его с номиналом.

Ur = Rk × I

ΔU (%) = (Ur / Uном) × 100

Если проверочный результат получается более 5%, то следует увеличить сечение жил кабеля на один шаг.

Быстро провести такую проверку поможет еще один онлайн-калькулятор. Дополнительных пояснений он, думается, не потребует.

Калькулятор проверки падения напряжения на линии большой протяженности

Как уже говорилось, при значении до 5% можно ничего не менять. Если получается больше – увеличивается сечение жилы кабеля, также с последующей проверкой.

Итак, были рассмотрены основные вопросы, касающиеся необходимого сечения кабеля в зависимости от планируемой нагрузки на него. Читатель волен выбрать любой из предлагаемых способов расчета, какой ему больше понравится.

Завершим статью видеосюжетом на эту же тему.

Видео:Как определить сечение кабеля?Скачать

Видео: Основные правила выбора сечения проводов

Видео:Расчёт сечения кабеляСкачать

Расчет сечения кабеля по мощности и току

Не правильно подобранный кабель может привести к перегреву проводки и короткому замыканию. В статье по шагам описано, как рассчитать сечение проводки в зависимости от требуемой мощности потребления и силы тока.

Рассчитывать сечение проводника необходимо правильно на этапе закладки электропроводки, ибо ошибки в расчетах приводят к превышению мощности потребителей над силой тока, которая может проходить по кабелю. Вследствие недостаточной площади сечения электропроводки возникают перегрев, короткое замыкание, выбивает тумблер счетчика.

Видео:✓ Площадь сечения | ЕГЭ-2018. Задание 13. Математика. Профильный уровень | Борис ТрушинСкачать

Расчет сечения проводника в зависимости от мощности потребления

Необходимое сечение проводников в зависимости от количества потребителей и необходимой им общей мощности электропроводки рассчитываем первым способом.

Для расчета требуемого сечения кабеля, необходимо пройти три этапа подсчетов.

1. На первом этапе рассчитывается два показателя мощности: активная и реактивная.
2. На втором определяется коэффициент единовременности и запаса.
3. Третий этап расчетов предполагает определение сечения кабеля с использованием геометрического метода.

Чтобы определить мощность потребителей в Ваттах, необходимо знать, сколько приборов будут присоединяться к проводке единовременно, какой мощности требует каждый из них в Ваттах и какой запас им нужен в непредвиденных обстоятельствах.

Общую мощность определим путем сложения требуемых каждым потребителем мощностей в Ваттах. Затем перемножим количество единовременных потребителей, общую требуемую мощность в Ваттах и коэффициент запаса:

P – общая требуемая мощность электропроводки;

∑P – сумма общей требуемой всеми единовременными потребителями мощности;

K – количество единовременных потребителей;

J – коэффициент запаса.

Диаметр кабеля можно найти экспертным путем, основанным на опыте многих лет.

Сечение токопроводящих жил в миллиметрах определяем по таблице в зависимости от рассчитанной требуемой общей мощности потребления.

Важно! Сечение жил кабеля рекомендуется выбирать с запасом.

Кроме последовательности подсчетов, важно знать несколько особенностей электропроводников. Чтобы обеспечить возможность доставки электрической энергии до потребителей в нужном объеме, при проектировании сети необходимо учитывать сопротивление материала кабеля.

Электроприборы активного и реактивного типа: расчет мощности

Все приборы, которые питаются от электросети, делятся на два типа:

Первый тип электротехники – приборы, демонстрирующие активный вид нагрузки. Их работа состоит в превращении электроэнергии в энергию других типов: механическую, тепловую либо иную другую полезную работу. Устройства первого типа – это обогреватели, телевизоры, компьютерная техника, энергосберегающие и светодиоидные лампы, электроплиты, сварочные аппараты.

Второй тип приборов демонстрируют нагрузку реактивного вида. Они работают по принципу накопления полученной из сети электроэнергии, которую затем возвращают в сеть обратно. Происхождение такого типа обмена энергией — смещение синусоид силы тока и напряжения. К категории устройств второго типа причисляют конденсаторы, катушки индуктивности, электродвигатели, трансформаторы.

В документах на электрическое оборудование указывается соответствующий типу прибора показатель мощности: активная или реактивная.

Внимание! Мощность прибора следует смотреть в паспорте к нему!

Мощность проводки для приборов первого типа рассчитывается так:

P – мощность электросети в Ваттах;

U – напряжение в Вольтах;

I – сила тока в Амперах.

Электросети способны на передачу энергии только в одном направлении – от источника питания к прибору. Электроэнергия, которая идет в обратную сторону, приводит к нагреванию проводки.

Наблюдается зависимость реактивной мощности от угла смещения фаз между силой тока и напряжения, который выражается показателем cosφ.

Мощность электросети в случае с реактивными приборами корректируется по формуле:

Q – реактивная мощность в ВАрах.

Внимание! Оба показателя (Q и cosφ) указываются в паспортах на приборы.

Если не удается найти cosφ, то его значения принимается на уровне 0,7.

В современных условиях приборы реактивного типа практически не используются, поэтому cosφ можно смело не учитывать (принимать за 1).

Определение коэффициента единовременности и запаса

На втором этапе подсчетов необходимо найти два показателя:

• K – количество приборов, которые подключаются к электропроводке и работают в одно и то же время;
• J – коэффициент запаса.

Что они означают и как их рассчитать?

Коэффициент единовременности следует понимать как долю приборов из всех имеющихся в доме, причем только тех из них, что предполагается подключать к сети в одно и то же время.

Обычно нет необходимости в одновременной работе всех устройств. С такими установками K принимают равным 0,8. Однако, если планируется подключать все, что есть в доме, в одно и то же время, тогда рекомендуется принять K на уровне 1.

Второй показатель запаса принимается с расчетом на перспективу. Предполагается, что потребление электроэнергии будет со временем только возрастать. В следующих периодах в доме появятся новые приборы, питающиеся от электричества.

В зависимости от активности жильцов дома в пользовании новинками электротехники значение J может равняться 1,5 или 2 .

Определение площади сечения электропроводника в поперечном разрезе

В таблицах, рекомендованных к использованию согласно Правил эксплуатации электроустановок, сечение провода в поперечном разрезе определяется разными показателями:

• диаметром кабеля в мм;
• радиусом в мм;
• площадью в мм 2 .

Во всех электротехнических расчетах востребован показатель площади сечения. Он измеряется в мм 2 .

С целью расчета площади сечения в зависимости от формы кабеля применяются различные формулы.

Площадь монолитного кабеля, имеющего круглое сечение, рассчитывается по формуле:

Для проводов, у которых прямоугольное сечение, применяют формулу:

S – площадь жилы в поперечном разрезе в мм 2 ;

R – радиус провода в мм;

D – диаметр в мм;

π – число, оно равняется 3,14.

В случае использования многожильного кабеля, свитого из проводков круглого сечения, следует делать расчеты по формуле:

N – число жил в кабеле.

Монолитные кабели – более дешевые, используются для стационарного монтажа.

Особенности протекания тока по кабелю заключается в движении одноименных зарядов по жилам, одинаковые заряды отталкиваются друг от друга. Таким образом, плотность распределения зарядов смещается к поверхности кабеля.

Важно! Лучшее качество многожильных проводов подтверждается их лучшей проводимостью, гибкостью и механической стойкостью.

Вместе с тем опытные электрики рекомендуют выбирать медные одножильные провода. Их соединение в клемниках не ослабевает со временем, чего нельзя сказать о многожильных.

Расчет размера поперечного разреза жил кабеля (практический пример)

Приведем практический пример определения сечения электропровода в зависимости от требуемой мощности потребителей по изложенной выше методике.

К примеру, на кухне одновременно работают приборы, имеют совокупную мощность 5000 Вт. Вся техника подключается к единой ветке однофазной сети в 220 В. Мощность приборов реактивного типа пересчитана заблаговременно.

Если планируется покупка и установка дополнительных приборов, в таблице 2 для информации приведены их мощности:

Показатель единовременности K примем на уровне 0,8, запаса J — 2.

Рассчитываем общую единовременную мощность:

Площади поперечного разреза подходящих проводников смотрим по таблице 1. Для однофазной сети наиболее подходящим будет медный кабель с площадью в поперечном срезе 4 мм 2 , неплох также и алюминиевый, имеющий площадь 6 мм 2 . Для одножильного кабеля соответственно требуются такие минимальные размеры диаметра: из меди — 2,3 мм и из алюминия — 2,8 мм.

При использовании провода, состоящего из большего количества жил, все значения поперечных разрезов каждой жилы складываются.

Видео:Выбор сечения кабеляСкачать

Расчет требуемой площади проводника в поперечном разрезе в зависимости от силы тока

Излагаем второй путь вычислений.

Вычисления площади поперечного разреза кабеля этим способом дает более надежные результаты расчетов по сравнению с вычислениями в зависимости от требуемой мощности потребления электроэнергии.

Данные подсчеты позволяют заблаговременно предотвратить недостаточную мощность электропроводки, так как позволяют сравнить общую единовременную мощность, требуемую всеми потребителями, и допустимую мощность проводки. В результате появляется возможность закладки кабеля достаточной мощности или с запасом, что уберегает от короткого замыкания и перегорания проводки, а также позволяет пользоваться всей электротехникой без ограничений.

В результате таких расчетов происходит оценка влияния на надежность проводки нескольких факторов:

• повышения температуры от нагревания провода;
• марки материала кабеля;
• эксплуатационных условий;
• типа прокладывания электропроводки.

В ходе исчисления выделяются три шага.

1. Подсчет совокупной мощности всех электроустановок, которые будут подключены единовременно.
2. Определение силы тока в кабеле.
3. Выбор площади поперечного разреза провода по таблице.

Поправочные коэффициенты при втором способе расчетов вводятся в модель в процессе складывания силы тока в отличие от корректировки требуемой совокупной мощности всех единовременных потребителей, как это было продемонстрировано в первом способе.

Определение силы тока

Этот показатель измеряется а Амперах, его значение зависит от мощности сети в Ватах и напряжения в Вольтах. Взаимосвязь между выше указанными показателями выражает формула:

Uл — линейное напряжение.

Важно! Следует различать однофазное и трехфазное напряжение, что определяется типом кабеля для электропроводки.

Совокупная мощность корректируется с учетом того, что некоторые приборы работают по реактивному типу. Коррекцию производят на величину cosφ.

Исходя из расчетных формул для определения совокупной мощности всех питающихся от сети приборов, для одной фазы показатели напряжения умножают на cosφ.

Для трех фаз показатели напряжения умножают на cosφ и на √3.

Для большинства современных электроприборов, использующихся в быту, cosφ приравнивается к 1. Таким образом, напряжение при однофазном источнике питания принимается равным 220 В, трехфазном — 380 В.

Сложим все электротоки, которые потребляются приборами, и откорректируем общую силу тока на коэффициенты единовременности и запаса:

I — общая сила тока в Амперах;

I1… In — силы токов для каждого прибора от 1 до n;

K — показатель единовременности;

J — коэффициент запаса.

Значения показателей K и J следует брать на том же уровне, как и в предыдущих расчетах. Коэффициент единовременности K равен от 0,8 до 1. Показатель запаса J предлагается выбрать в значениях от 1,5 до 2.

Однако, встречаются ситуации, в которых ток проходит через различные жилы трехфазной сети, поэтому является неравнозначным. В этом случае от сети питаются потребители обоих типов. Например, осветительные приборы и станок. В этом случае размеры поперечного разреза кабеля необходимо рассчитывать по наиболее загруженной жиле.

Выбор площади поперечного среза кабеля по таблицам

На проводимость электротока проводником влияет температура. Нагревание проводов из металла происходит во время течения тока по ним. Следовательно, также повышается и сопротивление кабелей.

Всегда есть предел, при достижении которого проводка нагревается до такой степени, что не выдерживает.

Важно! Следует отличать между собой кабель и провод. Разница между ними в том, что у кабеля все жилы имеют собственную изоляцию, они скручиваются в пучок и помещаются в совместную изоляционную оболочку.

Требуемую площадь поперечного разреза кабеля можно выбирать по таблицам, приведенным в Правилах эксплуатации электрических установок.

В таблицах 3 и 4 представлено, какая должна быть площадь поперечного разреза у проводника в зависимости от силы тока и способа укладывания кабеля.

Сначала предстоит выбрать способ укладки кабеля. Эффективность охлаждения проводки зависит именно от этого.

Внимание! По соображениям прочности кабели меньше 3 мм 2 открытым способом в реальности не бывают проложены.

К указанным показателям применяются коэффициенты понижения:

• для пяти- и шестижильного кабеля — 0,68;
• семи- и девятижильного — 0,63;
• десяти- и двенадцатижильного — 0,6.

На них следует умножать значения по столбцу «Открыто». При этом нулевая и заземляющая жилы в счет не входят.

Для нулевой жилы площадь поперечного разреза выбирается на уровне от 50% от фазной — такие рекомендации содержатся в Правилах эксплуатации электросетей.

При различных способах прокладывания кабелей допустимая нагрузка током различается. Она приравнивается друг к другу, если укладка проводки в землю проводится в лотках.

В таблице 5 подаются значения площади сечения кабеля для временных проводок (переносок, частных линий электросети).

Эти значения применяются только для медной проводки типа:

• шнуров типа шланга;
• переносных проводников (шахтных и шланговых);
• прожекторных;
• переносок.

Если кабели проложены в грунте, кроме свойств теплоотвода, по ним следует рассчитывать и удельное сопротивление. Его рекомендуемые величины приведены в таблице 6.

В процессе расчетов учитывается поправочный коэффициент, который зависит от типа грунта и его удельного сопротивления.

Для большой площади сечения рекомендуется применять коэффициент понижения 0,875. Он умножается на квадратный корень отношения длительности включения (до 4 минут) к длительности цикла (до 10 минут).

Важно! Для деревянного дома при прокладывании электропроводки уделяют значительное внимание огнестойкости кабеля.

Расчет диаметра сечения кабеля (пример)

Условие. Необходимо рассчитать площадь сечения медного кабеля, если планируется подключение таких потребителей:

• станка (4000 ВТ);
• аппарата (6000 ВТ);
• бытовых устройств (25000 ВТ).

Станок и аппарат — трехфазные.

Планируется прокладывать 5-фазный кабель:

• с тремя фазными жилами;
• 1 нулевой;
• 1 жилой заземления.

Кабель планируется прокладывать в грунте.

Важно! Изоляция проводников зависит от напряжения, значение которого должно быть больше, чем напряжение в электросети.

1. Определяем напряжение для 3-фазного подключения: Uл=220*√3=380В.
2. Находим реактивную мощность приборов, которые будут питаться от электросети: 25000: 0,7= 35700 Вт и 10000: 0,7= 14300 Вт.
3. Определяем, какой ток необходим для подключения бытовых приборов: 35700:220= 162А.
4. Находим ток для подсоединения станка и аппарата: 14300:380=38А.
5. Так как показатели тока, от которого будет питаться бытовая техника, подсчитаны для одной фазы, то его можно распределить по трем фазам кабеля равномерно: 162:3=54А.
6. Подсчитываем, какой ток будет проходить через одну фазу: 38+54= 92А.
7. Допустим, что все устройства не будут работать одновременно, коэффициент запаса — 1,5: 92*1,5*0,8= 110А.
8. В расчет берем только три жилы кабеля из пяти. По таблице 8 находим, что проложенный в земле 3-жильный кабель при 115 А тока должен иметь сечение жилы 16 мм 2 .
9. Применяем коэффициент 1 для грунта.
10. Рассчитаем диаметр жилы как √4*16/3,14. Получим 4,5 мм.

Важно! Без учета особенностей прокладки кабеля диаметр сечения жилы по мощности составляет 25 мм 2 , с учетом — 16. Можно сэкономить деньги при прокладывании многожильных кабелей.

Видео:Как рассчитать нагрузку кабеля быстро и правильно? Какую нагрузку выдерживают кабеля?Скачать

Расчет падения напряжения

В любых проводниках при значительной длительности кабельной линии падает напряжение, поскольку им свойственно сопротивление.

По нормам Правил эксплуатации электроустановок (таблица 7), площадь сечения проdjдников должна допускать потерю напряжения до 5%. Особенно это касается линий, имеющих малое сечение.

Формулы, используемые для определения потери напряжения:

2 — коэффициент двухжильности электрической проводки, так как ток протекает по 2 жилам одновременно;

R — сопротивление в Омах;

p — удельное сопротивление проводника, Ом*мм 2 /м;

S — площадь сечения, мм 2 ;

Uпад — падение напряжения, В;

U% — падение напряжения относительно к линейному напряжению в %.

Пример. Однофазный медный провод длиной 20м с сечением 1,5 мм 2 . Подключаем аппарат, он потребляет 7 кВт электроэнергии.

Важно! Прежде, чем подключать сварочный аппарат, необходимо рассчитать силу тока. Возможно, что она окажется ниже, чем совокупная мощность потребителей.

Если сила тока недостаточна, рекомендуется подключать разные приборы к разным веткам электропроводки.

Расчитывать падение напряжения будем в такой последовательности.

1. Определим сопротивление кабеля из меди по таблице 9.

1. Найдем силу тока, которая будет проходить по проводнику.

1. Определим падение напряжения.

1. Ищем процент падения напряжения.

По результатам расчетов напрашивается вывод, что данный кабель будет недостаточным для сварочного аппарата. Чтобы не происходили сбои в электросети, необходимо использовать проводку с большей площадью сечения.

Видео:Как выбрать сечение провода.Скачать

Онлайн калькулятор расчета сечения кабеля по мощности и току

Таким образом, ошибки в расчетах при проектировании электросетей приводят к плачевным последствиям. Электросеть может не выдержать нагрузки и дать сбои. В процессе вынужденного ремонта требуются значительные вложения средств. Чтобы такого случая не произошло, электросеть следует проектировать исходя из предварительных расчетов площади сечения кабеля в зависимости от требуемых киловаттов потребления электричества всеми имеющимися приборами и силы тока в электропроводке. На практических примерах в статье был показан ход вычислений двумя способами. В расчетах учтены различия в мощности приборов активного и реактивного типа, коэффициенты единовременности и запаса, а также падения напряжения и сопротивления проводки. Изложена теоретическая база расчетов, приведены таблицы с экспертными данными.

📺 Видео

Выбор сечения жил кабеля по току и мощностиСкачать

Математика это не ИсламСкачать

Всем электрикам! Допустимый длительный ток для проводов. Полный разбор Таблицы 1.3.4 ПУЭ!Скачать

Как рассчитать площадь поперечного сечения многожильного провода. Начинающим электрикам.Скачать

Как рассчитать проводку за 60 секунд #shortsСкачать

6. Определение характеристик сечения ( практический курс по сопромату )Скачать

как определить сечение проводаСкачать

Как определить сечение провода? Несколько способов, пример расчетаСкачать

Выбор сечения кабеляСкачать

Котика ударило током, 10 т. ВольтСкачать