Выбор мощности, тока и сечения проводов и кабелей ПУЭ

Электросети как паутина опутывают стены домов. Без электричества жизнь современного человека просто невозможна. Прокладывая новую проводку или выполняя ее ремонт, необходимо тщательно соблюдать принятые требования. Они являются залогом надежности и безопасности работы электросети. Одним из показателей, учитываемых при выборе характеристик проводки, является сечение. Определяя его, учитывают допустимый ток для медных проводов. Он показывает величину, которую способен пропустить провод без нагревания на протяжении определенного времени.

Допустимая и рабочая плотность тока

Допустимый ток для медных проводов является важнейшим показателем при определении сечения кабеля. Его величину принимают, опираясь на требования ПУЭ. Для меди допустимый длительный ток составляет 6-10 А на квадратный миллиметр. Значение в 6 А является рабочим и может использоваться длительное время. Повышенную нагрузку 10 А называют допустимой, ее можно использовать кратковременно.

Изоляция проводов имеет огромное значение. Читайте тут о том, какая изоляция лучше.

Чтобы понять, зачем вводятся такие ограничения, предлагаем сравнить работу кабеля с трубопроводом, транспортирующим воду или газ. Стенки трубы ограничивают распространение веществ, аналогично как жила препятствует потере электронов. Если площадь поперечного среза провода подобрана неверно, возможны такие варианты:

• Узкий канал ведет к возрастанию плотности частиц. Это приводит к перегреву изоляции, ее оплавлению. Следствием этого становится повышенная пожарная опасность.
• У широкого канала недостатков меньше. Он без перегрева транспортирует ток. Однако завышенные параметры кабеля способствуют увеличению стоимости электросети.

Для обустройства электропроводки применяют алюминиевые и медные провода. Внутренние сети рекомендуется устраивать из меди, которая обладает множеством преимуществ:

• не поддается коррозии;
• мягкая, но прочная;
• обладает повышенной проводимостью.

Недостатком меди называют только ее высокую стоимость. Чтобы правильно подобрать проводку, потребуется учесть такой показатель как допустимая плотность тока для медного провода. Только при таком подходе можно исключить чрезмерное нагревание элементов электросети, падение напряжения выше допустимых значений. Кроме того, правильно подобранная толщина обеспечит надежную работу сети, защитит ее от механических повреждений.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Если выбран проводник подходящего сечения, это исключит падение напряжения и перегревы линии. Таким образом, от сечения зависит то, насколько оптимальным и экономичным будет режим работы электрической сети. Казалось бы, можно просто взять и установить кабель огромного сечения. Но стоимость медных проводников пропорциональна их сечению, и разница при монтаже электропроводки уже в одной комнате может насчитывать несколько тысяч рублей. Поэтому важно уметь правильно рассчитывать сечение кабеля: с одной стороны, вы гарантируете безопасность эксплуатации сети, с другой стороны, не потратите лишних средств на приобретение чересчур «толстого» проводника.

Для выбора сечения провода нужно учитывать два важных критерия — допустимые нагрев и потерю напряжения. Получив два значения площади сечения проводника при использовании разных формул, выбирайте большую величину, округлив ее до стандартной. Особенно чувствительны к потере напряжения воздушные линии электропередач. В то же время для подземных линий и кабеля, помещенного в гофрированные трубы, важно учитывать допустимый нагрев. Таким образом, сечением должно определяться в зависимости от разновидности проводки.

Iд — допустимая нагрузка на кабель (ток по нагреву). Эта величина соответствует току, в течение долгого времени протекающего по проводнику. В процессе этого появляется установленные, длительно допустимая температура (Tд). Расчетная сила тока (Iр) должна соответствовать допустимой (Iд), и для ее определения нужно воспользоваться формулой:

• Iр=(1000*Pн*kз)/√(3*Uн*hд*cos j),

где:

• Pн — номинальная мощность, кВт;
• Kз — коэффициент загрузки (0,85-0,9);
• Uн — номинальное напряжение оборудования;
• hд — КПД оборудования;
• cos j — коэффициент мощности оборудования (0,85-0,92).

Получается, что для любого длительно допустимого тока, протекающего по проводнику, соответствует конкретное значение установившейся, длительно допустимой температуры нагрева. Важно нивелировать влияние остальных факторов окружающей среды. Ток кабеля напрямую зависит от материала, из которого изготовлена изоляция, метода прокладки, сечения и материала жил в проводнике.

Даже если брать во внимание одинаковые токовые величины, тепловая отдача будет разной в зависимости от температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем эффективнее теплоотдача.

Температура отличается в зависимости от региона и времени года, поэтому в ПУЭ можно найти таблицы для конкретных значений. Если температура существенно отличается от расчетной, придется использовать коэффициенты поправки. Базовое значение температуры в помещении или снаружи составляет 25 градусов Цельсия. Если кабель прокладывается под землей, то температура изменяется на 15 градусов Цельсия. Однако именно под землей она остается постоянной.

Расчет сечения провода

Площадь, образованную срезом токоведущей жилы, называют сечение кабеля. Чаще всего оно имеет круглую форму, состоит из одной или нескольких проволочек. Его подбирают исходя из предполагаемой нагрузки, используя для этого специальные таблицы. Опытные электрики часто опираются на ориентировочные значения: для розеток достаточно кабеля 1,5-2,5 квадратных миллиметра, на освещение хватит 1-1,5. Однако такое предположение не всегда себя оправдывает. Если в помещении предусматривается установка большого количества мощной техники, потребуется сделать несложный расчет.

Какие провода лучше использовать для проводки в квартире. Большая сравнительная статья тут.

Основным показателем, влияющим на искомую величину, является токовая нагрузка. Она представляет собой ток медного провода (І), который пройдет по нему и не вызовет нагревания выше 60 градусов. Чтобы его найти, необходимо просуммировать мощности всех электроприборов (Р), которые будут установлены в помещении. Дальнейший расчет опирается на простейшие формулы из курса физики:

• Для сети 220 В (U): I=(P*KИ)/(U*cos φ), в формуле Ки – коэффициент, учитывающий возможность одновременного включения всех электроприборов в доме (принимают равным 0,75); cos φ ‑ для бытовой сети принимают 1.
• Для сети 380 В (U): I=P/(1,73*U*cos φ).

Единица измерения силы ‑ один ампер. Полученный результат используют для подбора параметров в специальных таблицах.

Зачастую расчетное значение не совпадает с табличным. Тогда его увеличивают до ближайшего большего.

Работая с таблицами, следует обратить внимание, что на выбор провода влияет его месторасположение (земля или воздух), материал (медь или алюминий), количество жил (одна или больше).

Маркировка проводов

Чтобы не потеряться в многообразии кабельной продукции, рекомендуется ознакомиться с ее маркировкой. В буквах и цифрах для специалиста заключена важная информация, позволяющая правильно подобрать и использовать элемент. Для проводов ПВХ (с поливинилхлоридной) или с резиновой изоляцией наличие первой буквы А говорит о материале (А – алюминий, нет буквы – медь). Далее идет буква Ш (шнур) или П (провод). Материал изоляции указывают при помощи таких сокращений:

• В ‑ поливинилхлорид;
• Р – резина;
• Н – неритовая резина;
• П – полиэтилен.

Дополнительно может присутствовать маркировка, помогающая установить качество провода: П – плоский, Г – гибкий, С – соединительный. Для кабелей марки ПВ часто указывают цифрами (1, 2, 4) степень гибкости. Чем больше число, тем провод гибче. Также часто присутствует информация о количестве жил, их площади. Рекомендуется при любом сомнении проконсультироваться со специалистом. Также нельзя забывать о таблицах, в которых приведены граничные значения применения медного провода по току. Пренебрежение элементарными правилами приводит к некорректной работе оборудования, часто становится причиной пожара.

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.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Электрическая проводка может быть двух типов:

• закрытая;
• открытая.

В большинстве случаев для квартир применяют скрытый монтаж. При помощи перфоратора или штробореза в стене или на потолке создают специальные углубления, в которые укладывается кабель. Дополнительно он может быть помещен в гофрированные трубки или рукава. Спрятав кабель, углубления следует заделать при помощи штукатурки. Единственным допустимым вариантом для современной скрытой проводки являются медные проводники. При этом следует заранее продумать потенциальное наращивание сети или процесс частичной замены ее компонентов. В идеале нужно применять провода плоской формы.

Открытая электропроводка подразумевает размещение кабеля вдоль поверхностей. Используются преимущественно гибкие проводники с круглой формой сечения. Они размещаются в кабель-каналах или пропускаются через гофры. При расчете нагрузки обязательно учитывается метод укладки кабеля.

Длительно допустимые токи нагрузки, А

Токовая нагрузка на кабель: как рассчитать сечение

Суммарная величина тока, движущегося по проводнику, зависит от нескольких характеристик: длина, ширина, удельное сопротивление и температура. Повышение температуры сопровождается снижением тока. Любая справочная информация, которую вы обнаружите в таблицах ПУЭ, обычно приводится для комнатной температуры 18 градусов Цельсия.

Помимо электрического тока нужно знать материал для проводника и напряжение. Самый простой расчет сечения кабеля по допустимому току: поделить его значение на 10. Если при изучении таблицы вы не обнаружите нужного значения, то ищите ближайшую, чуть большую величину. Такой вариант возможен для медных проводов, а допустимый ток составляет 40 А или меньше. В диапазоне 40-80 А допустимый ток следует делить уже на 8. Для алюминиевых проводов значение делится на 6. Причина этого была указана в конце предыдущего раздела.

Как правильно выбрать вводной провод в квартиру?

Величина номинального тока на кабеле ввода в квартиру зависит от того, сколько подключено потребителей. В таблице приведены необходимые приборы и их мощность.

I = P∙Kи/(U∙cos φ), где Kи = 0,75 – коэффициент одновременности.

Для большинства электроприборов, являющихся активной нагрузкой, коэффициент мощности cos φ = 1. У люминесцентных ламп, электродвигателей пылесоса, стиральной машины и др. он меньше 1 и его необходимо учитывать.

Длительно допустимый ток для приборов, приведенных в таблице, составит I = 41 – 81 А. Величина получается довольно внушительной. Всегда следует хорошенько подумать, когда приобретаешь новый электроприбор, потянет ли его квартирная сеть. По таблице для открытой проводки сечение входного провода составит 4-10 мм2.

Здесь еще надо учитывать, как квартирная нагрузка повлияет на общедомовую. Возможно, что ЖЭК не позволит подключить столько электроприборов к стояку подъезда, где через распределительные шкафы под каждую фазу и нейтраль проходит шина (медная или алюминиевая). Их просто не потянет электросчетчик, который обычно устанавливается в щите на лестничной площадке. Кроме того, плата за перерасход нормы электроэнергии вырастет до внушительных размеров из-за повышающих коэффициентов.

Если проводку делать для частного дома, то здесь надо учитывать мощность отводящего провода от главной сети. Обычно используемого алюминиевого провода СИП-4 сечением 12 мм2 может и не хватить для большой нагрузки.

Площадь сечения проводки

По форме провод выполняется в виде круга, квадрата, прямоугольника или треугольника. У квартирной проводки сечение преимущественно круглое. Шина медная устанавливается обычно в распределительном шкафу и бывает прямоугольной или квадратной.

Площади поперечных сечений жил определяются по основным размерам, замеряемым штангенциркулем:

• круг – S = πd2 / 4;
• квадрат – S = a2;
• прямоугольник – S = a * b;
• треугольник – πr2 / 3.

В расчетах приняты следующие обозначения:

• r – радиус;
• d – диаметр;
• b, a – ширина и длина сечения;
• π = 3,14.

Допустимые длительные оки для проводов, шнуров и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией

1.3.10. Допустимые длительные токи для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены в табл. 1.3.4-1.3.11. Они приняты для температур: жил 65, окружающего воздуха 25 и земли 15°С.

При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются.

Данные, содержащиеся в табл. 1.3.4 и 1.3.5, следует применять независимо от количества труб и места их прокладки (в воздухе, перекрытиях, фундаментах).

Допустимые длительные токи для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками, должны приниматься: для проводов – по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных в трубах, для кабелей – по табл. 1.3.6-1.3.8 как для кабелей, проложенных в воздухе. При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи для проводов должны приниматься по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных открыто (в воздухе), с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7-9 и 0,6 для 10-12 проводников.

Для проводов вторичных цепей снижающие коэффициенты не вводятся.

1.3.22. Допустимые длительные токи для неизолированных проводов и окрашенных шин приведены в табл. 1.3.29-1.3.35. Они приняты из расчета допустимой температуры их нагрева 70°С при температуре воздуха 25°С.

1.3.23. При расположении шин прямоугольного сечения плашмя токи, приведенные в табл. 1.3.33, должны быть уменьшены на 5% для шин с шириной полос до 60 мм и на 8% для шин с шириной полос более 60 мм.

1.3.24. При выборе шин больших сечений необходимо выбирать наиболее экономичные по условиям пропускной способности конструктивные решения, обеспечивающие наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия охлаждения (уменьшение количества полос в пакете, рациональная конструкция пакета, применение профильных шин и т.п.).