Jak správně vypočítat průřez kabelu?

Nejzranitelnějším místem v oblasti zásobování bytu či domu elektrickou energií jsou elektrické rozvody. Mnoho domácností nadále používá staré rozvody, které nejsou určeny pro moderní elektrické spotřebiče. Často se dodavatelé dokonce snaží ušetřit na materiálech a pokládají dráty, které neodpovídají projektu. V každém z těchto případů musíte nejprve udělat výpočet průřezu kabeluJinak můžete čelit vážným a dokonce tragickým následkům.

Proč je nutný výpočet kabelu?

Při volbě průřezu vodičů se nelze řídit zásadou „na oko“. Proud, který protéká dráty, je zahřívá. Čím vyšší je proud, tím větší je ohřev. Tento vztah lze snadno dokázat pomocí několika vzorců. První z nich určuje sílu aktivního proudu:

kde I je proud, U je napětí, R je odpor.

Ze vzorce je patrné: čím větší odpor, tím více tepla se uvolní, t.j. tím více se vodič zahřeje. Odpor je určen vzorcem:

kde ρ – rezistivita, L – délka vodiče, S – jeho průřez.

Čím menší je plocha průřezu vodiče, tím vyšší je jeho odpor, a tedy vyšší činný výkon, což znamená silnější zahřívání. Na základě toho je nutný výpočet průřezu pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti elektroinstalace a také kompetentní distribuce financí.

Co se stane, když je průřez vypočítán špatně

Bez výpočtu průřezu vodiče se můžete setkat s jednou ze dvou situací:

• Příliš velké přehřívání elektroinstalace. Vyskytuje se, když je průměr vodiče nedostatečný. Vytváří příznivé podmínky pro samovznícení a zkraty.
• Neoprávněné náklady na elektroinstalaci. K tomu dochází v situacích, kdy byly vybrány předimenzované vodiče. Tady samozřejmě nic nehrozí, ale větší kabel je dražší a není tak pohodlný na používání.

Co ještě ovlivňuje zahřívání vodičů

Ze vzorce (2) je vidět, že odpor vodiče závisí nejen na ploše průřezu. V tomto ohledu bude jeho ohřev ovlivněn:

• Materiál. Příkladem je, že hliník má vyšší měrný odpor než měď, takže při stejném průřezu vodičů se měď bude méně zahřívat.
• Délka. Příliš dlouhý vodič vede k velkým ztrátám napětí, což způsobuje dodatečné zahřívání. Pokud ztráta přesáhne 5 %, musí být průřez zvětšen.

Příklad výpočtu průřezu kabelu na příkladu BBGng 3 × 1,5 a ABBbShv 4 × 16

Třížilový kabel BBGng 3×1,5 je měděný a je určen pro přenos a rozvod elektřiny v obytných domech nebo běžných bytech. Vodiče v něm jsou izolovány PVC (B), ze kterého se skládá plášť. BBGng 3×1,5 také nešíří spalování ng(A), proto je jeho použití zcela bezpečné.

Kabel ABBbShv 4×16 čtyřžilový, včetně hliníkových vodičů. Určeno pro položení do země. Ochrana galvanizovanými ocelovými páskami zajišťuje kabelu životnost až 30 let. Ve společnosti Bonkom nakoupíte kabelové produkty velkoobchodně i maloobchodně za dostupnou cenu. Velký sklad má vždy všechny produkty skladem, což umožňuje dokončit objednávky libovolného sortimentu.

Postup výpočtu průřezu podle výkonu

Obecně výpočet průřezu kabelu podle výkonu probíhá ve 2 etapách. To bude vyžadovat následující údaje:

• Celkový výkon všech zařízení.
• Typ síťového napětí: 220 V – jednofázové, 380 V – třífázové.
• PUE 7. Pravidla pro instalaci elektroinstalace. Vydání 7.
• Materiál vodiče: měď nebo hliník.
• Typ vedení: otevřené nebo uzavřené.

Krok 1. Příkon elektrických spotřebičů lze nalézt v jejich pokynech nebo vzít průměrné charakteristiky. Vzorec pro výpočet celkového výkonu:

kde P₁, P₂ atd. – výkon připojených zařízení, K_с – faktor poptávky, který bere v úvahu pravděpodobnost zapnutí všech zařízení současně, K_з – bezpečnostní faktor v případě dostavby nových spotřebičů v domě. NA_с je definován takto:

• pro dvě současně zapnutá zařízení – 1;
• pro 3-4 – 0,8;
• pro 5-6 – 0,75;
• více – 0,7.

К_з v počítání zátěžový kabel má smysl to brát jako 1,15-1,2. Můžete si vzít například celkový výkon 5 kW.

Krok 2. Ve druhé fázi zbývá určit průřez vodiče celkovým výkonem. K tomu se používá tabulka výpočtu průřezu kabelu z PUE. Poskytuje informace pro měděné i hliníkové vodiče. Při výkonu 5 kW a uzavřeném jednofázovém napájení je vhodný měděný kabel o průřezu 4 mm 2 .

Pravidla pro výpočet délky

Výpočet průřezu kabelu po délce předpokládá, že majitel předem určil, kolik metrů vodiče bude potřeba pro elektrické rozvody. Tato metoda se obvykle používá doma. Pro výpočet budete potřebovat následující údaje:

• L je délka vodiče, m. Například se bere hodnota 40 m.
• ρ – měrný odpor materiálu (měď nebo hliník), Ohm / mm 2 m: 0,0175 pro měď a 0,0281 pro hliník.
• I – jmenovitý proud, A.

Krok 1. Jmenovitý proud určete podle vzorce:

kde P je výkon ve wattech (součet všech spotřebičů v domě, např. hodnota je 8 kW), U je 220 V, K_с – koeficient současného zahrnutí (0,75), cos φ – 1 pro domácí spotřebiče. V příkladu je hodnota 36 A.

Krok 2. Určete průřez vodiče. K tomu použijte vzorec (2):

Ztráta napětí po délce vodiče by neměla být větší než 5%:

Ztráta napětí dU = I · R, tedy R u11d dU / I u36d 0,31/XNUMX uXNUMXd XNUMX Ohm. Potom musí být průřez vodiče alespoň:

V případě třížilového kabelu by měla být plocha průřezu jedné žíly 0,75 mm2. Průměr jednoho jádra tedy musí být alespoň (√S/ π) · 2 = 0,98 mm. Kabel BBGng 3×1,5 tuto podmínku splňuje.

Jak vypočítat aktuální průřez

Výpočet průřezu kabelu proudem se rovněž provádí na základě EMP, zejména pomocí tabulek 1.3.6. a 1.3.7. Při znalosti celkového výkonu elektrických spotřebičů je možné určit jmenovitý proud podle vzorce:

Pro třífázovou síť se používá jiný vzorec:

kde U se bude rovnat 380 V.

Pokud jsou k třífázovému kabelu připojeny jednofázové i třífázové spotřebiče, výpočet se provádí podle nejvíce zatíženého jádra. Pro příklad s celkovým výkonem zařízení rovným 5 kW a jednofázovou uzavřenou sítí se ukazuje:

BBGng 3×1,5 – třížilový měděný kabel. Podle tabulky 1.3.6. pro proudovou sílu 18 A je nejbližší hodnota 19 A (při položení na vzduch). Při jmenovitém proudu 19 A musí být průřez jeho vodivého jádra alespoň 1,5 mm2. U kabelu BBGng 3 × 1,5 má jedno jádro průřez S u2d π r 3,14 u1,5d 2 (2 / 1,8) 2 uXNUMXd XNUMX mm XNUMX, který plně vyhovuje zadanému požadavku.

Pokud uvažujeme kabel ABBbShv 4×16, je nutné převzít údaje z tabulky 1.3.7. PUE, kde jsou hodnoty uvedeny pro hliníkové dráty. Podle něj by pro čtyřžilové kabely měla být hodnota proudu stanovena s faktorem 0,92. V tomto příkladu k 18 A, nejbližší hodnota podle tabulky 1.3.7. je 19 A.

Při zohlednění koeficientu 0,92 to bude 17,48 A, což je méně než 18 A. Proto je nutné vzít následující hodnotu – 27 A. V tomto případě by měl být průřez jádra vodivého kabelu 4 mm 2. U kabelu ABBbShv 4 × 16 je průřez jednoho jádra:

Podle tabulky 1.3.7. je racionálnější použít tento kabel se jmenovitým proudem 60 A (při položení vzduchem) a až 90 A (při položení do země).

Každý kabel nebo vodič je navržen pro určité proudové zatížení, které je schopen odolávat neomezeně dlouho při zachování elektrických vlastností kovu a izolace.

Čím více nabitých částic projde průřezem kabelu, tím větší je jeho odpor a větší zátěž, tím více se bude zahřívat.

Když víte, jak vypočítat kabelový výkon, můžete samostatně navrhnout nebo upgradovat elektrickou síť bytu, chaty, chaty, garáže a dílny tak, aby byla zajištěna účinnost, bezpečnost a komfort používání s minimálními finančními investicemi.

Dráty a kabely

Než odpovíte na otázku, jak vybrat průřez vodiče, musíte se rozhodnout, co je vodič, jak se liší od kabelu, v jakých případech je potřeba vodič a v jakých případech je potřeba kabel, jaký druh je potřeba drát?

Drát – jedná se o jeden nebo více izolovaných vodičů nebo skupinu vodičů spletených dohromady a spojených tenkou vrstvou izolace.

Kabel – Jedná se o několik izolovaných vodičů uzavřených ve společném plášti. K panelu na schodišti je připojen napájecí kabel. Mezi stínění a zásuvky jsou položeny dráty.

Vlastnosti materiálu, ze kterého jsou vodivá jádra drátu nebo kabelu vyrobena, určují, kolik energie může vodič přenést:

• V moderních bytech a domech se pro elektrické vedení obvykle používají měděné dráty, jejichž odpor je téměř 2krát nižší než u hliníku. Jsou tažné, odolné, snadno se pájejí, svařují a méně se přehřívají.
• Hliníkové dráty jsou levné a lehké, ale nedrží pevně, rychle oxidují a mají nižší elektrickou vodivost než měděné dráty.
• Dráty s hliníkovými vodiči s mědí jsou levné, lehké a mají průměrný odpor a elektrickou vodivost ve srovnání s mědí a hliníkem.

Čím nižší je nosnost kabelu (nebo drátu), tím větší by měl být jeho průřez.

Jaký je průřez drátu?

Průřez drátu nebo kabelu je plocha řezu vodiče (bez zohlednění tloušťky izolační vrstvy), kterou prochází proud. Každá jednotka plochy může umožnit průchod určitého počtu nabitých částic.

Čím je drát tlustší, a tedy čím větší je jeho průřez, tím snáze se po něm pohybují nabité částice, čím menší odpor narazí, tím méně se drát nebo kabel, jehož je součástí, zahřívá.

V závislosti na tvaru řezu jádra lze hodnotu plochy vypočítat pomocí vzorců pro oblast kruhu, obdélníku nebo trojúhelníku, po předchozím měření jeho průměru, například posuvným měřítkem.

Pokud chcete určit optimální průřez vodiče, jehož proudovodné jádro se skládá z mnoha vodičů spletených dohromady, vypočítejte průřez jednoho z těchto vodičů a výslednou hodnotu vynásobte jejich počtem v jádru.

Plochy řezu fázových vodičů v třífázovém kabelu se nesčítají. Počet jader v takovém kabelu ve výpočtech je určen počtem fází bez zohlednění nuly.

Proč potřebujete vypočítat průřez kabelu?

Výpočet průřezu vodiče nebo kabelu vám umožňuje určit maximální zátěžový výkon elektrické sítě, zorganizovat nepřerušované bezpečné napájení bytu nebo domu s přihlédnutím k potřebám obyvatel a zajistit pohodlné používání domácnosti. spotřebičů.

Vzhledem k tomu, jaké zatížení bude zařízení napájené ze sítě produkovat, je snadné vypočítat optimální průřez vodičů pomocí několika níže navržených vzorců.

Co se stane, když je průřez vypočten nesprávně?

Přehřátí elektroinstalace povede nejen ke změně charakteristik proudového napětí sítě, což ovlivní provoz elektrického zařízení, ale může také roztavit jeho izolaci a způsobit zkrat, v důsledku čehož, pokud přepínání paketů pracuje se zpožděním, zařízení připojená k síti selžou, například ta, která se nabíjejí ze síťového notebooku.

A samotná výměna spálené elektroinstalace není nejjednodušší ani nejlevnější. Chcete-li najít nefunkční část řetězu pod omítkou a tapetou, budete muset kopat do zdi.

V obchodě si samozřejmě můžete vybrat dráty s impozantním průměrem, dodávat balíčky, které odpovídají výkonu zařízení, pojistit se před nutností měnit kabeláž kvůli tomu, že jste například začali více používat vrtačku často nebo si koupili výkonnější mikrovlnnou troubu.

Dráty se rozhodně nebudou přehřívat kvůli zahrnutí dalších spotřebitelů do sítě; balič se vyrovná se zkratem – elektromagnetické uvolnění bude fungovat. Ale takové zapojení bude stát podstatně víc.

Co ovlivňuje zahřívání drátů? Hustota proudu

Vedení se může přehřát kvůli špatné kvalitě vodičů a jejich spojů, kvůli velkému zatížení vedení v důsledku zkratu.

Situaci zhoršují faktory, jako je vysoká okolní teplota, položení několika vodičů do jednoho kabelového kanálu, příliš blízko umístěné ohřívací předměty a narušení výměny tepla mezi elektrickou sítí a okolním prostorem.

Aby nedošlo k chybám při instalaci a aby nedošlo k přehřátí kabeláže, musíte vzít v úvahu hustotu proudu. Proudová hustota je počet nábojů, které protečou za jednotku času jednotkovou plochou.

Při otevřeném vedení je optimální proudová hustota pro hliník 3,5 A/mm2, při zavřeném 3 A/mm2. Pro měď budou tyto hodnoty 5 A/mm2 a 4 A/mm2.

Pokud plánujete instalaci elektroinstalace v místnosti s vysokými teplotami, je třeba průřez kabelu přepočítat tak, že na něj použijete faktor 0,9 na každých 10 °C zvýšení teploty nad 20 °C.

To znamená, že pokud instalujete rozvody v místnosti s teplotou vzduchu např. 40 °C, koeficient, který budete muset uplatnit, bude 0,9 × 0,9 = 0,92 = 0,81.

Definování skupin spotřebitelů

Při výpočtu průřezu kabelu musíte vzít v úvahu, že hodnota tohoto parametru je určena drátem, který unese maximální zatížení, například v kuchyni, kde lze umístit pračku, rychlovarnou konvici a pekárnu. připojené k síti současně.

Rozdělení všech spotřebitelů v chatě nebo bytě do skupin vám umožní uspořádat elektrické vedení co nejhospodárněji a nejpohodlněji a rozdělit je do několika samostatných větví.

Pro každou z těchto větví je v závislosti na výkonu sady spotřebičů do obvodu zabudován samostatný stroj, který umožňuje položit kabel, který optimálně odpovídá zatížení této konkrétní skupiny domácích elektrických spotřebičů.

Koeficient odběru Kc umožňuje zohlednit pravděpodobnost zapnutí všech spotřebičů vyhrazené pobočky na dlouhou dobu najednou. Porovnejte hodnoty výkonu a jmenovitého výkonu v tabulce níže.

Otevřená a uzavřená kabeláž

V otevřeném stavu jsou vodiče instalovány nad povrchem stavebních konstrukcí.

Po uzavření jsou položeny uvnitř konstrukčních prvků budovy ve speciálně připravených kanálech, v dutinách a výklencích stavebních konstrukcí, v drážkách pod omítkou, v krabicích a trubkách.

Stupeň ohřevu vodičů a kabelů z přetížení nezávisí na typu elektrického vedení, ale na tepelné vodivosti prostředí, ve kterém je položen.

Čím vyšší je schopnost média v kontaktu s kabelem nebo drátem odvádět teplo, tím rychleji se ochlazují a tím menší je pravděpodobnost poškození izolace přehřátím při zvýšené zátěži.

V otevřeném stavu je kabel v kontaktu s cirkulujícím vzduchem.

Uzavřená elektroinstalace se nejčastěji pokládá ve vlnách, kabelových kanálech nebo v dutinách stavebních konstrukcí, kde je drát nebo kabel také v kontaktu se vzduchem, ale v uzavřeném prostoru, kde necirkuluje, a tudíž prakticky neodvádí teplo.

V souladu s článkem 7.1.37 PUE, jakož i článkem 15.5 SP 256.1325800.2016, je v budovách, jejichž stěny a stropy jsou vyrobeny z nehořlavých nebo málo hořlavých materiálů, jako je cihla nebo beton, pokládat dráty a kabely bez dodatečné ochrany pod omítkou nebo v podkladní podlahové vrstvě.

V tomto případě se dráty a kabely již nedostanou do styku se vzduchem, ale s materiálem stěn a omítky, kterým byla drážka utěsněna.

Tepelná vodivost vzduchu je 0,0244 W/(m∗K). Tepelná vodivost např. keramických cihel začíná od 0,4 W/(m∗K), tepelná vodivost sádry, která tvoří základ omítky, je 0,3 W/(m∗K).

To znamená, že když je kabel položen uzavřený pod omítku, v případě přetížení z něj bude teplo odváděno téměř 12x rychleji než při položení otevřené.

Pokud je však drážka vyplněna makroflexem, jehož tepelná vodivost je 0,03 W/(m∗K), tedy o něco více než vzduch, nebo jsou vodiče položeny v kabelovém kanálu, bude se elektroinstalace přehřívat více než s otevřenou instalací kvůli nedostatku oběhu.

Na fotografii níže můžete vidět vystavenou elektroinstalaci provedenou v retro stylu.

Vybírejte podle výkonu a délky

Průřez drátu nebo kabelu z hlediska výkonu a délky můžete vypočítat tak, že nejprve určíte celkový výkon všech spotřebitelů v souladu s údaji uvedenými v pasu každého domácího spotřebiče.

Výsledná hodnota se musí vynásobit koeficientem potřeby, který, pokud neplánujete zapnout všechny spotřebiče v domě současně, lze vzít rovnou 0,8 nebo určit z tabulky, kterou jsme uvedli výše. Bezpečnostní faktor vám umožňuje „nechat místo“ pro domácí spotřebiče, které si kdy koupíte, a obvykle se rovná 1,5 nebo 2.

Odkaz! Je třeba vzít v úvahu, že existují zařízení, například elektromotory, příklepové vrtačky, s jalovým zatížením, které vrací část energie nahromaděné ze zdroje do sítě, čímž vytvářejí parazitní energii, kterou nemůže spotřebitel využít a se vynakládá na ohřev kabelu.

Chcete-li vypočítat výkon takového zařízení, musíte vydělit jalový výkon uvedený v jeho pasu (je měřen ve VArah) cosφ. V nepřítomnosti úhlu fázového posunu se cosφ rovná 0,7. Získaný výsledek se sečte s výkonem ostatních spotřebičů předtím, než se na ně použijí korekční koeficienty.

Jmenovitý proud pro elektroinstalaci s napětím 220 V se určí vydělením výsledné hodnoty celkového výkonu číslem 220 (zkontrolujte napětí ve vaší elektroinstalaci, může se lišit). Průřez drátu je určen např. z níže uvedené tabulky.

Abychom se ujistili, že ztráta napětí není vyšší než přípustných 5 %, vypočítáme tuto hodnotu. Nemělo by to být více než 5 % z 220 V, tedy 11 V.

Vydělením výsledného čísla proudem zjištěným z tabulky pro naše plánované zatížení získáme odpor R, dosadíme jej do vzorce S = R ∗ ρ ∗ L, kde ρ je měrný odpor materiálu, ze kterého je vodič vyrobeno, L je plánovaná délka kabelu a zobrazuje minimální hodnotu průřezu vodiče.

Vyberte podle proudu

Pro určení aktuálního průřezu vedení je potřeba vydělit celkovou hodnotu výkonu 0,92 od napětí ve vaší síti nebo, pokud mluvíme o třífázovém vodiči, 1,7 od napětí v síti.

Na základě výsledné síly proudu najdeme hodnotu v tabulce níže.

PUE: tabulka pro výpočet průřezu kabelu podle výkonu a proudu

Pokud znáte výkon elektrických spotřebičů, které budou nakonec napájeny z elektrické sítě vašeho bytu nebo domu, není těžké určit průřez vodiče nebo kabelu.

Ve sloupci pro typ kabeláže, kterou hodláte instalovat v tabulce níže, vyhledejte materiál, ze kterého jsou prameny drátu vyrobeny.

Pokud chcete zjistit, na jaký jmenovitý proud by měla být elektrická síť vašeho bytu navržena, a chystáte se položit například měděné vodiče, najděte si výkon vaší elektroinstalace v příslušném sloupci, pod ním – očekávané zatížení a porovnejte ji s blízkou aktuální hodnotou.

Proudové zatížení ve stejnosměrných sítích

Ať už zvolíte průřez vodiče na základě síly proudu pro střídavou nebo konstantní síť, není žádný rozdíl. Zatížení pro jednožilové vodiče sítí se stejnosměrným proudem se počítá pomocí stejných tabulek jako pro sítě se střídavým proudem. Chcete-li určit sílu proudu I, která projde kabelem, musíte vydělit výkon zátěže napětím sítě. Chcete-li zjistit odpor R drátu, vydělte napětí proudem získaným v předchozím kroku.

Pomocí tabulkové hodnoty měrného odporu vodiče ρ, pomocí vzorce S = (ρ ∗ L) / R zjistíme průřez kabelu S.

Průřez kabelu naleznete také v tabulce. Abyste se ujistili, že napětí na jejích koncích nepřesáhlo minimální přípustnou hranici 0,5 V, zkontrolujte údaj, který jste získali z tabulky, dosazením dat vaší sítě do vzorce U = p ∗L ∗ I / S.

Není těžké samostatně vypočítat průřez kabelu pro zapojení bytu nebo soukromého domu, zvláště pokud se chystáte změnit nějakou větev a spotřebitelé jsou již rozděleni do skupin ve vašem distribučním panelu.

Obtížnější je udělat totéž v extrémních podmínkách vysoké teploty, vlhkosti nebo v případech, kdy neúspěšné řešení problému může přerušit napájení vašeho domova na více než jeden den. Někdy může být nejlepším řešením obrátit se na profesionály.