Довольно часто перед электриками встаёт вопрос выбора сечения кабеля или провода для подключения какого либо электрооборудования или целого объекта. Как правило, человек находит в интернете таблицу «сечение провода – допустимый ток» и выбирает исходя из неё.
К чему может привести такой выбор провода:
- В такого рода таблицах не учитывается длина кабеля, а точнее, его сопротивление, что может вызвать пониженное значение напряжения на конце линии, недостаточное для нормальной работы подключенного электрооборудования.
- В случае с оборудованием со значительными значениями пускового тока (например, асинхронные электродвигатели), оборудование не сможет войти в свой рабочий режим, так же, будет оказано влияние на других потребителей подключенных от данной линии.
- Экономическая необоснованность при выборе сечения проводника большего значения «с запасом».
- Нарушение правил устройства электроустановок (ПУЭ) и Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП).
- Нет возможности проверить правильность составления таблицы.
Основные этапы при определении сечений проводников
( блок-схему)
При выборе сечения кабелей и проводов необходимо исходить из условий:
- Определения расчётного тока (мощностей) для подключаемого электрооборудования.
- Допустимой потери напряжения (падение напряжения на подключаемом электрооборудовании). На данном этапе рассчитывается поперечное сечение проводников исходя из токовой нагрузки и протяженности линии. Например, для электродвигателей в момент подачи напряжения, допускается такое падение напряжения, которое обеспечивает необходимый пусковой момент, также не должна нарушаться работа других потребителей электроэнергии. Это определено нормами качества электрической энергии ГОСТ 13109-97, ПУЭ, а также в технической документации на конкретный тип оборудования.
- Нагревания проводников определённого типа (допустимому длительному току). Выбор сечений проводников по нагреву (Одноимённый параграф в ПУЭ). Величина тока в проводнике определённого сечения должна быть не больше определённого значения. Данный параметр зависит от выбранного типа изоляции кабеля и места его прокладки.
- Механической прочности жил проводников для различных типов электроустановок. Устанавливается минимально допустимое сечение проводника даже в том случае, когда проводник проходит по всем остальным параметрам (определенно в правилах устройства электроустановок).
- Определения сечения проводников по экономической плотности тока (Одноимённый параграф в ПУЭ). Экономически обоснованное сечение проводника. (На практике применяется в основном для расчёта крупных объектов)
- Проверка надёжности действия токовой защиты при коротком замыкании для выбранного сечения и длины проводников (производится на этапе расчёта аппаратов защиты).
(Все ГОСТы, упомянутые в тексте на момент написания статьи 28.05.2018г – действующие)
Как воспользоваться калькулятором онлайн?
В готовую таблицу нужно ввести данные согласно выбранному материалу кабеля, мощность нагрузки системы, напряжение сети, температуру кабеля и способ его прокладки. После нажать кнопку «вычислить» и получить готовый результат. Такой расчет потерь напряжения в линии можно смело применять в работе, если не учитывать сопротивление кабельной линии при определенных условиях:
- Указывая коэффициент мощности косинус фи равен единице.
- Линии сети постоянного тока.
- Сеть переменного тока с частотой 50 Гц выполненная проводниками с сечениями до 25.0–95.0.
Полученные результаты необходимо использовать согласно каждому индивидуальному случаю, учитывая все погрешности кабельно-проводниковой продукции.
Обязательно заполняйте все значения!
Определение расчетных значений (мощностей) и токовых нагрузок электрооборудования
Задача расчёта мощностей нагрузок, не такая простая задача, как может показаться изначально. Например, определение мощности таких нагрузок как лампы накаливания, электроплиты не представляет каких либо затруднений, так как данный вид нагрузки потребляет определённую номинальную мощность, и данное значение может быть взято за расчетное.
Сложнее дело обстоит с электродвигателями, у которых значение потребляемой из сети мощности, напрямую зависит от механического момента вращения, соединенного с механизмом – металлообрабатывающий станок, вентилятор вентиляционной установки, циркуляционный насос и т. п.
Фактическая мощность, потребляемая в определённый момент времени электродвигателем, может значительно отличаться от указанной в паспортных данных номинальной мощности. Например, фактическая потребляемая мощность электродвигателя насоса может меняться в зависимости от: изменения состава перекачиваемой среды, давления в трубопроводе и т. п. Двигатель может оказаться как перегруженным, так и недогруженным.
Тем самым, расчёт мощности для определённой группы потребителей, ещё более усложняется.
Расчетную нагрузку для токоведущих жил необходимо принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее тяжелую для проводов и кабелей линии.
Под наибольшей нагрузкой следует понимать не кратковременный ее всплеск (скачок), а наибольшее усреднённое значение за получасовой период времени.
Расчетная нагрузка группы электрооборудования определяется по формуле:
Kс — коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки (мощности), учитывающий наибольшее возможное число подключенного электрооборудования группы. Для электродвигателей коэффициент спроса должен учитывать также значение параметра их загрузки;
Pу — номинальная электрическая мощность подключаемой группы электрооборудования, равная сумме всех номинальных мощностей подключаемого электрооборудования (кВт).
Значение расчетной мощности должно быть не менее номинальной потребляемой мощности, наибольшего из подключаемого электроприемника.
Коэффициент спроса для одного электроприемника (одиночная нагрузка), следует принимать равным единице.
Коэффициенты спроса для каждого типа электрооборудования свои, для их определения следует руководствоваться СП 31-110-2003.
Определение расчётного тока для трёхфазного электрооборудования 380 В
Для дальнейших расчётов сечения проводников по условию нагревания, а так же по условию допустимой потери напряжения, необходимо рассчитать величину расчетного тока линии. Для трехфазного электрооборудования величина расчетного тока (Ампер) определяется по формуле:
P — Расчетная мощность всего подключаемого электрооборудования, кВт; Uн — номинальное напряжение питания, равное междуфазному значению (линейному) Вольт; cos ф— коэффициент мощности одиночного электрооборудования или среднее значение всего подключаемого оборудования.
Определение расчётного тока для однофазного электрооборудования 220 В
Величина расчетного тока (Ампер) для однофазного электроприемника или для группы приемников, подключенных к одной фазе сети трехфазного тока, определяется по формуле:
Пример №1.
Необходимо определить расчётный ток для столярной мастерской, запитанной от четырехпроводной линии номинальным напряжением 380/220 В. В мастерской планируется установить :
- 10 асинхронных электродвигателей, суммарной номинальной мощностью Py1=18 кВт.
- Освещение состоящие из ламп накаливания суммарной мощностью Py2=1,3 кВт.
- Шесть бытовых штепсельных розеток (для подключения различной оргтехники); Pу3= 0,06 кВт
Согласно СП 31-110-2003 коэффициент спроса (Kс) для металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков в мастерских, принимается при числе работающих электроприемников до 3 Kс = 0,5.
Коэффициент спроса для расчета групповой сети рабочего освещения, распределительных и групповых сетей эвакуационного и аварийного освещения зданий следует принимать Kс = 1
Установленная мощность штепсельной розетки, принимаем за 0,06 кВт коэффициент Kс = 1.
При смешанном подключении общего рабочего освещения и розеточной сети, расчетную нагрузку следует сложить.
Определяем расчётную нагрузку электродвигателей:
Освещения и розеток:
Определяем расчётную нагрузку розеток:
Суммарная расчётная нагрузка:
Расчетный ток определяем по формуле (2):
Определение поперечного сечения проводов или кабелей по условию допустимой потери напряжения
Выбор поперечного сечения проводников в кабельной сети должен производиться по допускаемой потере напряжения, которая устанавливается с таким расчетом, чтобы отклонения напряжения для всего присоединенного к этой сети электрооборудования не выходили за пределы допустимого.
Номинальные напряжения на выходе систем электроснабжения (по ГОСТу 21128-83):
Согласно ГОСТу 13109-97:
- Нормально допустимое значение установившегося отклонения напряжения — ±5.
- Предельно допустимое значение установившегося отклонения напряжения — ±10.
Активное и индуктивное сопротивление линии
Активное сопротивление линии (Ом/км) равно:
При расчете электросетей по потере напряжения активное сопротивление проводов всегда должно учитываться. Напротив, индуктивным сопротивлением линии в ряде случаев, можно пренебречь.
Значение индуктивного сопротивления проводников Расчет сети по потере напряжения без учета индуктивного сопротивления проводов допустим в следующих случаях:
- для сети постоянного тока;
- переменного тока при cosφ = 1
- для сетей, выполненных кабелями или изолированными проводами, проложенными в трубах на роликах или изоляторах, если их сечении не превосходят величин, указанных в таблице ниже.
Формулы расчёта сечения проводников при заданной величине потери напряжения
Трёхфазная линия переменного тока:
Двухпроводная линия переменного или постоянного тока:
Где γ — удельная проводимость материала проводов, м/(Ом×мм2);
Uн — номинальное напряжение сети, кВ (для трехфазной сети Uн — междуфазное напряжение);
∆Uдоп — допустимая потеря напряжения в линии, сечение которой определяется, %.
F — сечение проводников, мм2;
∑P∙L=P1∙L1+P2∙L2+…— сумма произведений нагрузок, протекающих по участкам линии, на длину этих участков; нагрузки должны выражаться в киловаттах, длины в метрах;
∑Iа∙L= Iа1 ∙L1+ Iа2 ∙L2+…— сумма произведений проходящих по участкам активных составляющих токов на длины участков;
Токи должны выражаться в амперах, длины — в метрах.
Активные составляющие тока (А) определяются умножением величин токов на величины коэффициентов мощности Iа = I∙ cos ɸ.
Пример расчёта минимального сечения по допустимой потере напряжения (без учета индуктивного сопротивления)
Важно! Необходимо помнить, что в данном расчёте мы находим значение минимального сечения, по допустимой потере напряжения на нагрузке, также в обязательном порядке необходимо проводить проверку по допустимому длительному току (нагревание кабеля). Таблица в ПУЭ (глава 1.3)
Пример №2.
Определить необходимое сечение двухпроводной линии для прожекторов (на конце линии), с использованием ламп накаливания мощность по 900 Вт 3 штуки, общая длина линии 250 м, номинальное напряжение линии 220 В, допустимая потеря напряжения UДоп=5%, провода линии алюминиевые.
Определяем суммарную нагрузку:
Сумма произведений нагрузки на длину линии: ∑P∙L= 2,7 ∙ 250 = 675 кВт ∙ м. Подставляем значения в формулу (7) и определяем сечения проводов линии:
Округляя до ближайшего (в большую сторону) стандартного сечения (выпускаемого промышленностью), выбираем сечение проводов линии.
Пример №3.
Определить сечение кабеля для подключения насоса (на конце линии), с использованием трёхфазного асинхронного двигателя механической мощностью на валу 5.5 кВт АИР100.
Помните ! Что на «шильдеке» двигателя указывается не электрическая мощность (потребляемая из сети) а механическая мощность на валу (ГОСТ Р 52776-2007).
cos ɸ = 0.89, КПД = 0.848, длина кабеля 130 м, номинальное напряжение линии 380 Вольт, допустимая потеря напряжения UДоп=5%, провода линии медные.
Таким образом, для дальнейших расчётов нам необходимо определить активную составляющую электрической мощности:
P2= 5.5/0.848 = 6.485 кВт.
Определяем расчётную нагрузку электродвигателя (коэффициент спроса для одиночной нагрузки Kс = 1):
Расчетный ток определяем по формуле (2):
Сумма произведений тока на длину линии: ∑I∙L= 11 ∙ 130 = 1430 A ∙ м. Подставляем значения в формулу (6) и определяем сечения проводов линии:
Округляя до ближайшего (в большую сторону) стандартного сечения (выпускаемого промышленностью), определяем сечение проводов линии 2.5 мм2.
И еще иногда необходимо узнать точное значение потери напряжения в Вольтах, для этого служит формула:
Давайте подставим значения из примера №3:
И наоборот, если необходимо узнать процент отклонения (например при практических замерах):
Выбор сечения кабеля по длине
У каждого проводника есть собственное сопротивление. С увеличением длины линии наблюдается потеря напряжения, и чем больше расстояние, тем выше потери. Если расчетная величина потерь становится больше 5%, требуется выбрать провод с более крупными жилами.
Расчет по длине состоит из двух этапов и подразумевает, что заранее известно, сколько метров провода потребуется для монтажа электропроводки.
- Вначале следует определить номинальную силу тока. Длина проводки переводится в миллиметры и умножается на 2, потому что ток уходит по одной жиле, а возвращается по другой.
I = (P · Кс) / (U · cos ϕ) = 8000/220 = 36 А,
где P – мощность в Вт (суммируется вся техника в доме), U – 220 В, Кс – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов.
- Необходимо узнать сечение проводника. Поможет формула: R = ρ · L/S. Зная, что потери напряжения должны составлять максимум 5%, рассчитываем:
dU = 0,05 · 220 В = 11 В.
Далее выясняем потерю напряжения по формуле:
dU = I · R. R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом.
Таким образом, искомое сечение проводника:
S = ρ · L/R = 0,0175 · 40/0,31 = 2,25 мм2.
В случае с трехжильным кабелем, площадь его поперечного сечения (одна жила) должна составлять 0,75 мм2. Таким образом, диаметр жилы должен быть минимум (√S/ π) · 2 = 0,98 мм. Этому условию удовлетворяет кабель BBГнг 3×1,5 мм.
