Подбор провода по мощности

Расчет сечения кабеля | Таблицы, формулы и примеры

Самое уязвимое место в сфере обеспечения квартиры или дома электрической энергией – это электропроводка. Во многих домах продолжают использовать старую проводку, не рассчитанную на современные электроприборы. Нередко подрядчики и вовсе стремятся сэкономить на материалах и укладывают провода, не соответствующие проекту. В любом из этих случаев необходимо сначала сделать расчет сечения кабеля, иначе можно столкнуться с серьезными и даже трагичными последствиями.

Для чего необходим расчет кабеля

В вопросе выбора сечения проводов нельзя следовать принципу «на глаз». Протекая по проводам, ток нагревает их. Чем выше сила тока, тем сильнее происходит нагрев. Эту взаимосвязь легко доказать парой формул. Первая из них определяет активную силу тока:

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

Из формулы видно: чем больше сопротивление, тем больше будет выделяться тепла, т. е. тем сильнее проводник будет нагреваться. Сопротивление определяют по формуле:

R = ρ · L/S (2),

где ρ – удельное сопротивление, L – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения.

Чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем выше его сопротивление, а значит выше и активная мощность, которая говорит о более сильном нагреве. Исходя из этого, расчет сечения необходим для обеспечения безопасности и надежности проводки, а также грамотного распределения финансов.

Что будет, если неправильно рассчитать сечение

Без расчета сечения проводника можно столкнуться с одной из двух ситуаций:

Слишком сильный перегрев проводки. Возникает при недостаточном диаметре проводника. Создает благоприятные условия для самовозгорания и коротких замыканий.
Неоправданные затраты на проводку. Такое происходит в ситуациях, когда были выбраны проводники избыточного диаметра. Конечно, опасности здесь нет, но кабель большего сечения стоит дороже и не столь удобен в работе.

Что еще влияет на нагрев проводов

Из формулы (2) видно, что сопротивление проводника зависит не только от площади поперечного сечения. В связи с этим на его нагрев будут влиять:

Материал. Пример – у алюминия удельное сопротивление больше, чем у меди, поэтому при одинаковом сечении проводов медь будет нагреваться меньше.
Длина. Слишком длинный проводник приводит к большим потерям напряжения, что вызывает дополнительный нагрев. При превышении потерь уровня 5% приходится увеличивать сечение.

Пример расчета сечения кабеля на примере BBГнг 3x1,5 и ABБбШв 4x16

Трехжильный кабель BBГнг 3x1,5 изготавливается из меди и предназначен для передачи и распределения электричества в жилых домах или обычных квартирах. Токопроводящие жилы в нем изолированы ПВХ (В), из него же состоит оболочка. Еще BBГнг 3x1,5 не распространяет горение нг(А), поэтому полностью безопасен при эксплуатации.

Кабель ABБбШв 4x16 четырехжильный, включает токопроводящие жилы из алюминия. Предназначен для прокладки в земле. Защита с помощью оцинкованных стальных лент обеспечивает кабелю срок службы до 30 лет. В компании «Бонком» вы можете приобрести кабельные изделия оптом и в розницу по приемлемой цене. На большом складе всегда есть в наличии вся продукция, что позволяет комплектовать заказы любого ассортимента.

Порядок расчета сечения по мощности

В общем виде расчет сечения кабеля по мощности происходит в 2 этапа. Для этого потребуются следующие данные:

Суммарная мощность всех приборов.
Тип напряжения сети: 220 В – однофазная, 380 В – трехфазная.
ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
Материал проводника: медь или алюминий.
Тип проводки: открытая или закрытая.

Шаг 1. Потребляемую мощность электроприборов можно найти в их инструкции или же взять средние характеристики. Формула для расчета общей мощности:

ΣP = (P₁ + Р₂ + … + Рₙ) · Кс · Кз,

где P₁, P₂ и т. д. – мощность подключаемых приборов, К_с– коэффициент спроса, который учитывает вероятность включения всех приборов одновременно, К_з – коэффициент запаса на случай добавления новых приборов в доме. К_с определяется так:

для двух одновременно включенных приборов – 1;
для 3-4 – 0,8;
для 5-6 – 0,75;
для большего количества – 0,7.

К_з в расчете кабеля по нагрузке имеет смысл принять как 1,15-1,2. Для примера можно взять общую мощность в 5 кВт.

Шаг 2. На втором этапе остается по суммарной мощности определить сечение проводника. Для этого используется таблица расчета сечения кабеля из ПУЭ. В ней дана информация и для медных, и для алюминиевых проводников. При мощности 5 кВт и закрытой однофазной электросети подойдет медный кабель сечением 4 мм².

Правила расчета по длине

Расчет сечения кабеля по длине предполагает, что владелец заранее определил, какое количество метров проводника потребуется для электропроводки. Таким методом пользуются, как правило, в бытовых условиях. Для расчета потребуются такие данные:

L – длина проводника, м. Для примера взято значение 40 м.
ρ – удельное сопротивление материала (медь или алюминий), Ом/мм²·м: 0,0175 для меди и 0,0281 для алюминия.
I – номинальная сила тока, А.

Шаг 1. Определить номинальную силу тока по формуле:

I = (P · К_с) / (U · cos ϕ) = 8000/220 = 36 А,

где P – мощность в ваттах (суммарная всех приборов в доме, для примера взято значение 8 кВт), U – 220 В, К_с – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов. В примере получилось значение 36 А.

Шаг 2. Определить сечение проводника. Для этого нужно воспользоваться формулой (2):

R = ρ · L/S.

Потеря напряжения по длине проводника должна быть не более 5%:

dU = 0,05 · 220 В = 11 В.

Потери напряжения dU = I · R, отсюда R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом. Тогда сечение проводника должно быть не меньше:

S = ρ · L/R = 0,0175 · 40/0,31 = 2,25 мм².

В случае с трехжильным кабелем площадь поперечного сечения одной жилы должна составить 0,75 мм². Отсюда диаметр одной жилы должен быть не менее (√S/ π) · 2 = 0,98 мм. Кабель BBГнг 3x1,5 удовлетворяет этому условию.

Как рассчитать сечение по току

Расчет сечения кабеля по току осуществляется также на основании ПУЭ, в частности, с использованием таблиц 1. 3.6. и 1.3.7. Зная суммарную мощность электроприборов, можно по формуле определить номинальную силу тока:

I = (P · К_с) / (U · cos ϕ).

Для трехфазной сети используется другая формула:

I=P/(U√3cos φ),

где U будет равно уже 380 В.

Если к трехфазному кабелю подключают и однофазных, и трехфазных потребителей, то расчет ведется по наиболее нагруженной жиле. Для примера с общей мощностью приборов, равной 5 кВт, и однофазной закрытой сети получается:

I = (P · К_с) / (U · cos ϕ) = (5000 · 0,75) / (220 · 1) = 17,05 А, при округлении 18 А.

BBГнг 3x1,5 – медный трехжильный кабель. По таблице 1.3.6. для силы тока 18 А ближайшее в значение – 19 А (при прокладке в воздухе). При номинальной силе тока 19 А сечение его токопроводящей жилы должно составлять не менее 1,5 мм². У кабеля BBГнг 3x1,5 одна жила имеет сечение S = π · r² = 3,14 · (1,5/2)² = 1,8 мм², что полностью соответствует указанному требованию.

Если рассматривать кабель ABБбШв 4x16, необходимо брать данные из таблицы 1.3.7. ПУЭ, где указаны значения для алюминиевых проводов. Согласно ей, для четырехжильных кабелей значение тока должно определяться с коэффициентом 0,92. В рассматриваемом примере к 18 А ближайшее значение по таблице 1.3.7. составляет 19 А.

С учетом коэффициента 0,92 оно составит 17,48 А, что меньше 18 А. Поэтому необходимо брать следующее значение – 27 А. В таком случае сечение токопроводящей жилы кабеля должно составлять 4 мм². У кабеля ABБбШв 4x16 сечение одной жилы равно:

S = π · r² = 3,14 · (4,5/2)² = 15,89 мм².

Согласно таблице 1.3.7. этот кабель рациональнее использовать при номинальном токе 60 А (при прокладке по воздуху) и до 90 А (при прокладке в земле).

Таблица мощности проводов: рассмотрим подробно

Упрощенная таблица для выбора сечения проводника по номинальной мощности

Таблица зависимости мощности от сечения провода была разработана специально для новичков в вопросах электротехнике. Вообще выбор сечения провода зависит не только от мощности подключаемых нагрузок, но и от массы других параметров.

В одной из главных книг любого электрика – ПУЭ, правильному выбору сечения проводов посвящен целый пункт. И именно на основании него написана наша инструкция, которая должна помочь вам в нелегкой задаче выбора сечения проводов.

Содержание

Как правильно выбирать сечение провода
- Почему нельзя пользоваться таблицами мощности
- Выбор сечения провода по номинальному току
- Дополнительные аспекты выбора сечения провода
Вывод

Как правильно выбирать сечение провода

Почему нельзя пользоваться таблицами мощности

Прежде всего вы должны знать, что любая таблица зависимости сечения провода от мощности не может противоречить ПУЭ. Ведь именно на основании этого документа осуществляют свой выбор не только профессионалы, но и конструкторские бюро.

Поэтому все те таблицы и видео, которые вы во множестве можете найти в сети интернет, предлагающие осуществлять выбор именно по мощности, являются своеобразным усредненным вариантом.

Итак:

Практически любая таблица сечений проводов по мощности предлагает вам выбрать провод, исходя из активной мощности прибора или приборов. Но, те кто хорошо учился в школе должны помнить, что активная мощность — это лишь составная часть полной мощности, которая кроме того содержит реактивную мощность.

Что такое cosα

Отличаются эти составные части на cosα. Для большинства электрических приборов этот показатель очень близок к единице, но для таких устройств как трансформаторы, стабилизаторы, разнообразная микропроцессорная техника и тому подобное он может доходить до 0,7 и меньше.
Но любая таблица сечения провода по мощности не точна не только из-за того, что не учитывает полную мощность. Есть и другие важные факторы. Так, согласно ПУЭ, выбор проводников напряжением до 1000В должен осуществляться только по нагреву. Согласно п.1.4.2 ПУЭ, выбор по токам короткого замыкания для таких проводов не является обязательным.
Для того, чтобы выбрать сечение провода по нагреву, следует учитывать следующие параметры: номинальный ток, протекающий через провод, вид провода – одно-, двух- или четырехжильный, способ прокладки провода, температура окружающей среды, количество прокладываемых проводов в пучке, материал изоляции провода и, конечно, материал провода. Не одна таблица нагрузочной способности проводов не способна совместить такое количество параметров.

Выбор сечения провода по номинальному току

Конечно, совместить все эти параметры в одной таблице сложно, а выбирать как-то надо. Поэтому, дабы вы могли произвести выбор своими руками и головой, мы предлагаем вам основные аспекты выбора в сокращенном варианте.

Мы отбросили все параметры выбора сечения для высоковольтных кабелей, малоиспользуемых проводов и оставили только самое важное.

Итак:

Так как в ПУЭ используется таблица выбора сечения провода по току, то нам необходимо узнать, какой ток будет протекать в проводе при определенных значениях мощности. Сделать это можно по формуле I=P /U× cosα, где I – наш номинальный ток, P – активная мощность, cosα – коэффициент полной мощности и U – номинальное напряжение нашей электросети (для однофазной сети оно равно 220В, для трехфазной сети оно равно 380В).

На фото представлена таблица выбора сечения провода из ПУЭ для алюминиевых проводников

Возникает закономерный вопрос, где взять показания cosα? Обычно он указан на всех электроприборах или его можно вывести, если указана полная и активная мощность. Если расчёт ведется для нескольких электроприборов, то обычно принимается средняя либо рассчитывается номинальный ток для каждого из них.

Обратите внимание! Если у вас не получается узнать cosα для каких-то приборов, то для них его можно принять равным единице. Это, конечно, повлияет на конечный результат, но дополнительный запас прочности для нашей проводки не повредит.

Зная нагрузки для каждой из планируемых групп нашей электросети, таблица зависимости сечения провода от тока, приведенная в ПУЭ, может быть использована нами. Только для правильного пользования следует остановиться еще на некоторых моментах.
Прежде всего следует определиться с проводом, который мы планируем использовать. Вернее, нам следует определиться с количеством жил. Кроме того, следует определиться со способом прокладки провода. Ведь при открытом способе прокладки провода интенсивность отвода тепла от него значительно выше, чем при прокладке в трубах или гофре. Это учитывается в таблицах ПУЭ.

Таблица выбора сечения провода для медных проводников

Обратите внимание! При выборе количества жил провода в расчет не принимаются нулевые и защитные жилы.

Кроме того, таблица сечения провода по току поможет вам определиться с выбором материала для проводки. Ведь, исходя из получающихся результатов, вы можете оценить какой материал вам лучше принять.

Обратите внимание! Производя выбор сечения провода, всегда выбирайте ближайшее большее значение сечения. Кроме того, если вы собираетесь монтировать новую проводку к старой, то учитывайте, что, согласно п.3.239 СНиП 3.05.06 – 85, старые клеммные колодки не позволят использовать провод сечением больше 4 мм².

Дополнительные аспекты выбора сечения провода

Но когда рассматривается таблица зависимости тока от сечения провода, нельзя забывать и об условиях, в которых проложен провод. Поэтому если у вас имеют место быть условия не благоприятные по условиям нагрева провода, то стоит обратить внимание на дополнительные аспекты.

Таблица поправочных температурных коэффициентов

Прежде всего, это температура окружающей среды. Если она будет отличаться от среднестатистических +15⁰С, исходя из которых выполнен расчет в таблицах ПУЭ, то вам следует внести поправочные коэффициенты. Сводную таблицу этих коэффициентов вы найдете ниже.
Также таблица нагрузки и сечения проводов по п.1.3.10 ПУЭ требует введение поправочных коэффициентов при совместной прокладке нагруженных проводов в трубах, лотках или просто пучками. Так, для 5-6 проводов, проложенных совместно, этот коэффициент составляет 0,68. Для 7-9 он будет 0,63, и для большего количества он равен 0,6.

Вывод

Надеемся, наша таблица нагрузки медных и алюминиевых проводов поможет вам определиться с выбором. А предложенная нами методика позволит даже не профессионалу сделать правильный выбор.

Ведь цена ошибки может быть очень велика. Чего стоит только статистика пожаров, случившихся из-за короткого замыкания. А причина в большинстве случаев — не отвечающая нормам по нагреву проводка.

Руководство по выбору проводов и кабелей Radix

Предисловие

Все ресурсы Radix Wire Co. посвящены одной миссии: созданию решений для качественных высокотемпературных выводных проводов для применения при рабочих температурах до 1000°C. Мы верим в разработку и производство хорошо спроектированных, однородных изделий из проволоки и подкрепляем их строгими процедурами контроля качества, отзывчивыми специалистами по обслуживанию клиентов и добросовестными последующими усилиями для удовлетворения ваших особых требований к продукции и информации.

В руководстве описывается, как можно использовать материалы в «крайне необходимой» стратегии для упрощения принятия решений о выборе проводов. Используя такую стратегию, можно выбрать один стандартный провод, охватывающий несколько применений. По крайней мере, мы надеемся, что это Руководство по выбору поможет вам в диалоге, столь важном для выбора наилучшего и наиболее рентабельного изделия из проволоки для вашего применения.

Раздел 1 – Основные элементы высокотемпературного изолированного провода

Пять основных элементов высокотемпературного изолированного провода: жила, изоляция, защитная оплетка, оболочка и экран. Не все элементы подходят для каждой конструкции. Для более простых конструкций может потребоваться только проводник и изоляция. Когда ожидается суровая эксплуатация при повышенных температурах, могут потребоваться более сложные конструкции. Каждый элемент следует обсудить с поставщиком проволоки.

Токопроводящая жила

Критические переменные при выборе проводника включают в себя состав материала проводника, диаметр проводника и скрутку. В первую очередь следует учитывать ожидаемую рабочую температуру, поскольку материалы проводников различаются по теплостойкости. Следующей должна быть оценена способность проводника пропускать ток без превышения номинальной температуры проводника и изоляции. Для получения дополнительной информации о токах см. применимые данные в таблицах NEMA (вставьте идентификатор таблицы) или NEC (вставьте идентификатор таблицы).

Изоляция

Первичная изоляция предназначена для удерживания и направления напряжения. Материалы, выбранные для первичной изоляции (термопласты, синтетические каучуки и слюда), обладают хорошими диэлектрическими свойствами, а также теплостойкостью. Для тяжелых условий эксплуатации следует определить, может ли потребоваться вторичная изоляция для защиты от порезов, разрывов или других повреждений. Поскольку первичная изоляция обычно выбирается из-за ее диэлектрической прочности, выбор может отражать некоторый компромисс между физическими свойствами.

Оплетка

Стекловолокно широко используется в плетеных наружных покрытиях для ограниченной механической защиты. Стеклянная оплетка почти всегда пропитана соответствующим высокотемпературным покрытием для предотвращения износа или проникновения влаги, а также для улучшения сцепления волокон.

Оболочка

Оболочка, также называемая оболочкой, обычно экструдируется из термопластов или термореактивных материалов для механической, термической, химической защиты и защиты от окружающей среды. Он также используется в качестве дополнительной электрической изоляции поверх металлических экранов.

Экранирование

Металлическое экранирование в виде гофрированной или плоской ленты или плетеной оплётки для защиты изоляции от тяжёлых условий эксплуатации. Кроме того, он предотвращает выход помех, создаваемых электроэнергией, в окружающую среду. Металлическое экранирование также обычно используется в низковольтной проводке связи для защиты целостности сигнала.

Раздел 2. Руководство по применению и спецификациям

Определение электрических требований

При выборе высокотемпературного изолированного провода должны быть соблюдены электрические требования — рабочее напряжение, номинальная температура проводника и допустимая нагрузка по току (импульсная нагрузка). Температурный рейтинг провода определяется сочетанием тепла окружающей среды и тепла, выделяемого током.

Вырабатываемое током тепло рассчитывается путем сопоставления материала и диаметра проводника с рабочей силой тока. Окружающее тепло — это дополнительное тепло, ожидаемое от применения. Из-за различий в рассеивании тепла через изоляцию и других факторов, допустимая нагрузка по току является сложной переменной для выбора. По этой причине дизайнеры продукта добавляют запас прочности. То есть они указывают проводники с более высокой пропускной способностью, чем указывают теоретические расчеты.

ПРИМЕЧАНИЕ. См. таблицы «Номинальные токи» и «Температурное снижение номинальных характеристик» в разделе 9.0041 «Список таблиц»

Соответствие условиям окружающей среды

После выполнения электрических требований для приложения следует провести тщательную оценку условий окружающей среды, которые могут повредить изоляцию и тем самым ухудшить или разрушить целостность цепи.

Пожалуйста, ознакомьтесь и примите во внимание следующие условия подачи заявки. Возможные нарушения целостности цепи не ограничиваются только следующим: тепло окружающей среды, влажность, истирание, термическая стабильность, химическое соединение, механическое воздействие, низкая температура, огнестойкость, простота снятия изоляции, заделки и прокладки.

Раздел 3. Выбор проводника

Номинальные температуры для материалов проводников

Проводник* (обозначения с основанием указаны в скобках)
Максимальная номинальная температура, °C

Максимальная допустимая температура, °C
Медь без покрытия (BC)*	200
Луженая медь (TC)*	200
Никелированная медь (NPC) **	250
Медная медь (NCC) **	550
Silver Pract Propper (SPC). Железо с покрытием (NPI)	250
Никель (NA)	550+

. AWG № 30 (0,010 дюйма) не может быть рассчитан на 200 ° C в голой или луженой меди. Он должен быть защищен никелевым или серебряным покрытием.

**NPC содержит 2% никеля, а NCC 27% никеля по массе проводника.

Нагрузочная способность по току

Нагрузочная способность по току (сила тока) — это ток, который проводник может пропустить до того, как температура проводника И изоляции превысит допустимый предел. Ниже приведены ключевые факторы, определяющие допустимую нагрузку:

Размер и материал проводника:

Проводимость материалов проводников сильно различается. Эти отклонения влияют на пропускную способность по току. Кроме того, по мере уменьшения диаметра и массы проводника уменьшается сила тока.

Сила тока:

По мере увеличения приложенного тока выделяется больше тепла проводника. Одиночный медный проводник AWG 16 при температуре окружающей среды 30 ° C нагревается до 80 ° C при силе тока примерно 19 ампер; при токе 22 ампера температура медного провода AWG 16 повышается примерно до 90°C.

Температура окружающей среды:

Электрический ток является лишь одним источником тепла. По мере того, как температура окружающей среды – температура воздуха, окружающего провод, – повышается, для достижения номинальной температуры изоляции требуется меньше выделяемого током тепла. Таким образом, мощность определяется также вкладом окружающего тепла.

Тип изоляции:

Тепловыделение через изоляцию зависит от типа изоляции. Скорость рассеивания влияет на общее количество тепла и, следовательно, на емкость. Проблема диссипации становится еще более сложной, когда провод заключен в тесном замкнутом пространстве.

По этим причинам присвоение проводнику допустимой нагрузки по току является неточным процессом. Следовательно, инженеры-проектировщики, ответственные за принятие таких решений, могут эмпирически оценивать конструкции проводов, используя рекомендации, установленные различными стандартами, такими как Национальный электротехнический кодекс. Они также могут намеренно занижать расчетную номинальную нагрузку провода для достижения большего запаса прочности и продления срока службы продукта.

Раздел 4 – Изоляция, оплетка, оболочка, экранирование