Понимание всех параметров и процессов происходящих с электричеством, является залогом правильного выбора кабеля. Данная статья поэтапно объясняет взаимосвязи физических величин, влияющих на надёжную работу энергосети, её безопасную эксплуатацию.
Известно, что все металлы имеют свободные электроны, которые двигаются при наличии приложенного электрического напряжения, создавая электрический ток. Ударяясь об атомы, они теряют энергию, которая переходит в тепловую. Чем больше ток, — тем гуще поток частиц, и чем меньше поперечный разрез проводника, через который они проходят, тем им «тесней», — столкновения чаще, теряется полезная энергия, увеличивается выделение бесполезного, а зачастую опасного тепла.
Лавина тепла
Важно! При росте температуры, растёт удельное сопротивление, увеличивается выделение тепла, что приводит к лавинообразному процессу быстрого разогрева с катастрофическими последствиями.
Существуют сложные формулы, рассчитывающие тепловой баланс, использующие коэффициент плавления и термический коэффициент сопротивления проводника, для определения площади сечения токопроводящей жилы.
Но, в быту применяются уже готовые таблицы, в которых учтена возможность перегрева кабеля в скрытой проводке — в этом случае для одинаковых значений по току и мощности, сечение предписывается большим для кабеля в плохо вентилируемых и термоизолированных местах, чтобы нагрев не был больше допустимого.
Решение на практике
Осуществляется использованием специальных таблиц, стандартов ПУЭ, по которым происходит выбор сечения кабеля. Значение поперечного сечения проводника выбирают несколькими способами:
- Расчет сечения провода по мощности;
- Выбор провода по току;
- Если провод уже есть, но неизвестного сечения.
Выбор по мощности
На каждом электроприборе указывается его номинальная мощность. Суммируя мощности электроприборов, которые планируется подключать к проектируемой электросети одновременно — получить некоторое число, и по таблице подобрать соответствующее сечение медного или алюминиевого кабеля, выбирая подходящее значение мощности.
Прежде всего необходимо учитывать какая предполагается нагрузка на электропроводку, которую мы собираемся прокладывать. В случае когда на одном участке электросети будет находиться несколько электроприборов, то для подсчета предполагаемой нагрузки мы складываем все их мощности. После подсчета этого показателя мы анализируем способ, каким будем прокладывать электросети (открытый или закрытый), а также воздействие какого температурного режима будет оказываться на провода.
Также рассчитать правильную величину сечения кабеля очень важно по той причине, что ошибки в подсчетах приведут к потерям мощности в проводах. Если для бытовых приборов это не столь существенно, то в промышленных масштабах это может привести к достаточно серьезным растратам.
Итак, берем листок и ручку выписываем все электроприборы находящиеся у Вас в квартире и складываем их мощности:
P=P1+P2+P3+…Pn (Вт),
где P1- это мощность, например, чайника в 1,5 кВт, P2-мощность пылесоса в 1,6 кВт и т.д.
После того как все мощности сложили необходимо суммарную мощность умножить на коэффициент одновременности K=0.8 . Этот коэффициент показывает что в определенный период времени все электроприборы в квартире будут работать, но не продолжительное время, а короткий промежуток времени, это нужно обязательно учитывать, т.к. если вы будете выбирать сечение провода только по мощности вы выберете сечение провода больше, а это может оказаться существенно дороже.
Итак, у нас получается:
Pобщ.=P*K (Вт)
После подсчета общей мощности выбираем сечение провода (медный или алюминиевый) в таблице 1:
Таблица 1 — Выбор сечения провода по мощности
Важно! Если в будущем вы собираетесь увеличивать нагрузку, то необходимо заранее увеличить сечение провода это замечание применяется для всех способов определения сечения провода.
Выбор по току
В таблице 2 можно найти соответствия сечений к номинальному току. Подбор по этому параметру считается более точным. Необходимо посмотреть в паспорта и на бирки электроприборов, обычно указывается номинальная мощность, и далее проделать те же процедуры что и в выше описанном способе.
где Pобщ. — общая мощность электроприборов (Вт).
Есть возможность измерить амперметром ток для каждого потребителя в отдельности своими руками и далее просто просуммировать ток.
Для этого тестер подключают в разрыв цепи — на практике можно взять кусок сетевого провода с вилкой, подключить одну жилу к клемме розетки, другую подать на измерительный прибор. Другой щуп амперметра подсоединить к свободной клемме розетки, и в неё поочерёдно включать имеющуюся бытовую технику, в разных режимах работы, сверяясь с параметрами, заявленными производителями.
Если у Вас трехфазная сеть, необходимо ток найти по этой формуле:
После того как просуммировали токи электроприборов, выбираем по таблице сечение проводника:
Таблица 2 Соотношение силы тока и сечения проводника
Еще один момент, если в вашей трехфазной сети присутствуют электрические двигатели, то ток этого двигателя определяется по формуле:
где — P это мощность двигателя, n- КПД двигателя (есть на бирке двигателя), COS f- коэффициент мощности (также смотрим на бирку) .
И последнее, в трехфазной сети суммируем рассчитанные токи двигателей и рассчитанные токи электроприборов и выбираем из таблицы 2 сечение проводника.
Нужно учитывать еще один момент — это . Она может быть открытого типа или закрытого, соответственно и токовые нагрузки будут различаться, поэтому при выборе сечения провода обратите на это внимание. В таблице 2 вы можете проанализировать этот момент
Провод уже есть
В обратной ситуации, когда имеется кабель, но не видно маркировки, необходимо узнать его номинальный ток и мощность, для этого измеряем диаметр провода штангенциркулем, или микрометром. Можно обойтись линейкой, если жила достаточно гибкая, намотать её на тонкий прут, измерить длину получившейся спирали, разделить на количество витков — результат будет соответствовать диаметру.
По формуле вычисляем площадь поперечного сечения проводника:
S=πD²/4 (мм²) ,
где π- 3,14 , D — диаметр проводника, можно взять штангенциркуль и померить диаметр (мм)
Методом подбора по сечению из таблицы 1 , можно узнать, для какой мощности сгодится имеющийся кабель.
Выбирать сечение кабеля лучше с запасом.
Запрещается эксплуатация кабеля, смотанного в бухту(катушку), ввиду её индуктивного сопротивления.
Монтаж алюминиевого кабеля проводить с особой осторожностью — частое сгибание и разгибание продуцирует невидимые трещины, которые уменьшают сечение, в этом месте растёт сопротивление и происходит точечный перегрев.
Проверка по длине
Фактор длины проводника l также увеличивает сопротивление в сети. Им можно пренебречь на небольшом расстоянии, но по мере его увеличения, падение напряжения на нагрузке будет всё ощутимым, и оно может стать ниже номинального значения — 5 %.
Разберем подробнее, во избежание этого, рассчитывают площадь поперечного сечения всего кабеля, допуская некоторое его значение и используя его в формуле определения сопротивления:
где l — длина провода (м), ϱ — удельное сопротивление проводника (Ом*мм²/м) (см. в таблице 2), S — площадь поперечного сечения проводника, определяется из вышеописанного способа (мм²)
Таблица 3- удельное сопротивления металлов:
Далее, по закону Ома находим падение напряжения:
где I — это суммарная сила тока в вашей сети (А), R — рассчитанное сопротивление (Ом).
И последнее, определяем потери в сети. Рассчитанное падение напряжения делим на напряжение в сети и умножаем на 100 %.
Если полученное значение превышает 5% от напряжения сети — сечение кабеля необходимо увеличить по в таблице 1.
| Введите мощность, кВт: | |
| Выберите напряжение: | 220 B 380 B 660 B 6 kB 10 kB |
| Укажите число фаз: | 1 3 |
| Выберите материал жилы: | Алюминий (Al) Медь (Cu) |
| Длина кабельной линии, м: | |
| Укажите тип линии: | Не определено до 1 kB 6 kB 10 kB |
Онлайн калькулятор считает сечение провода по току и мощности, так же по длине. Считает как алюминиевую проводку, так и силовые медные проводники. Делает подбор сечения (диаметра жилы) в зависимости от нагрузки. Не считает для 12в. Чтобы рассчитать, заполните все поля и сделайте выбор нужных параметров во всех выпадающих списках. Важно! Обращаем ваше внимание — расчеты данной программы по подбору кабелей, не являются прямым руководством к применению электрических проводников, с рассчитанной тут величиной площади сечения. Они являются лишь предварительным ориентиром к выбору сечения. Окончательный точный расчет по подбору сечения должен делать квалифицированный специалист, который сделает правильный выбор в каждом конкретном случае. Помните, при правильных расчетах вы получите результат для минимального сечения силовых кабелей. Превышать этот результат для расчетной электрической проводки, допускается.
ПУЭ таблица расчета сечения кабеля по мощности и току
Позволяет выбрать сечение по максимальному току и максимальной нагрузке.
для медных проводов:
для алюминиевых проводов:
Формула расчета сечения кабеля по мощности
Позволяет подобрать сечение по потребляемой мощности и напряжению.
Для однофазных электрических сетей (220 В):
I = (P × K и) / (U × cos(φ))
- cos(φ) - для бытовых приборов, равняется 1
- U - фазовое напряжение, может колебаться в пределах от 210 V до 240 V
- I - сила тока
- P - суммарная мощность всех электрических приборов
- K и - коэффициент одновременности, для расчетов принимается значение 0,75
Для 380 в трехфазных сетях:
I = P / (√3 × U × cos(φ))
- Cos φ - угол сдвига фаз
- P - сумма мощности всех электроприборов
- I - сила тока, по которой выбирается площадь сечения провода
- U - фазное напряжение, 220V
Расчет автомата по мощности и току
В таблице ниже указаны токи автомата по способу подключения в зависимости от напряжения.
Правильный подбор электрического кабеля важен для того чтобы обеспечить достаточный уровень безопасности, экономически эффективно использовать кабель и полноценно применить все возможности кабеля. Грамотно рассчитанное сечение должно быть способно постоянно работать под полной нагрузкой, без повреждений, выдерживать короткие замыкания в сети, обеспечивать нагрузку с соответствующим напряжением тока (без чрезмерного падения напряжения тока) и обеспечивать работоспособность защитных приспособлений во время недостатка заземления. Именно поэтому производится скрупулёзный и точный расчёт сечения кабеля по мощности, что сегодня можно сделать при помощи нашего онлайн-калькулятора достаточно быстро.
Вычисления делаются индивидуально по формуле расчёта сечения кабеля отдельно для каждого силового кабеля, для которого нужно подобрать определённое сечение, или для группы кабелей со схожими характеристиками. Все методы определения размеров кабеля в той или иной степени следуют основным 6 пунктам:
- Сбор данных о кабеле, условиях его установки, нагрузки, которую он будет нести, и т. д
- Определение минимального размера кабеля на основе расчёта силы тока
- Определение минимального размера кабеля основанные на рассмотрении падения напряжения тока
- Определение минимального размера кабеля на основе повышении температуры короткого замыкания
- Определение минимального размера кабеля на основе импеданса петли при недостатке заземления
- Выбор кабеля самых больших размеров на основе расчётов пунктов 2, 3, 4 и 5
Онлайн калькулятор расчета сечения кабеля по мощности
Чтобы применить онлайн калькулятор расчёта сечения кабеля необходимо произвести сбор информации, необходимой для выполнения расчёта размеров. Как правило, необходимо получить следующие данные:
- Детальную характеристику нагрузки, которую будет поставлять кабель
- Назначение кабеля: для трёхфазного, однофазного или постоянного тока
- Напряжение тока системы и (или) источника
- Полный ток нагрузки в кВт
- Полный коэффициент мощности нагрузки
- Пусковой коэффициент мощности
- Длина кабеля от источника к нагрузке
- Конструкция кабеля
- Метод прокладки кабеля
Таблицы сечения медного и алюминиевого кабеля
Таблица сечения медного кабеля
Таблица сечения алюминиевого кабеля
При определении большинства параметров расчётов пригодится таблица расчёта сечения кабеля, представленная на нашем сайте. Так как основные параметры рассчитываются на основании потребности потребителя тока все исходные могут быть достаточно легко посчитаны. Однако так же важную роль влияет марка кабеля и провода, а также понимание конструкции кабеля.
Основными характеристиками конструкции кабеля являются:
- Материал-проводника
- Форма проводника
- Тип проводника
- Покрытие поверхности проводника
- Тип изоляции
- Количество жил
Ток, протекающий через кабель создаёт тепло за счёт потерь в проводниках, потерь в диэлектрике за счёт теплоизоляции и резистивных потерь от тока. Именно поэтому самым основным является расчёт нагрузки, который учитывает все особенности подвода силового кабеля, в том числе и тепловые. Части, которые составляют кабель (например, проводники, изоляция, оболочка, броня и т. д.), должны быть способны выдержать повышение температуры и тепло, исходящее от кабеля.
Пропускная способность кабеля - это максимальный ток, который может непрерывно протекать через кабель без повреждения изоляции кабеля и других компонентов. Именно этот параметр и является результатом при расчёте нагрузки, для определения общего сечения.
Кабели с более большими зонами поперечного сечения проводника имеют более низкие потери сопротивления и могут рассеять тепло лучше, чем более тонкие кабели. Поэтому кабель с 16 мм2 сечения будет иметь большую пропускную способность тока, чем 4 мм2 кабель.
Однако такая разница в сечении - это огромная разница в стоимости, особенно когда дело касается медной проводки. Именно поэтому следует произвести очень точный расчёт сечения провода по мощности, чтобы его подвод был экономически целесообразным.
Для систем переменного тока обычно используется метод расчёта перепадов напряжения на основе коэффициента мощности нагрузки. Как правило, используются полные токи нагрузки, но если нагрузка была высокой при запуске (например, двигателя), то падение напряжения на основе пускового тока (мощность и коэффициент мощности, если это применимо), должны также быть просчитаны и учтены, так как низкое напряжение так же является причиной выхода из строя дорогостоящего оборудования, несмотря на современные уровни его защиты.
Видео-обзоры по выбору сечения кабеля
Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами.
Сечение провода по току и мощности – это параметры, которые указывают на предназначение того или иного кабеля. Другими словами, где провод можно использовать и где нельзя.
Сбор данных
Сечение подбирается по мощности или току приборов, которые впоследствии будут подключены. Такой метод называется «по нагрузке», так как приборы и есть – нагрузка на кабель. Если аппаратура требует больших энергетических затрат, то, соответственно, и кабель к ней придётся подключать мощный. Если не требует, то и провода с небольшим сечением будет вполне достаточно. Как выбрать сам кабель и чем руководствоваться?
Прежде всего, нужно собрать данные о тех приборах, к которым будут идти провода. Такие данные называются паспортными, они в обязательном порядке пишутся в техническом паспорте на аппарат. Там содержатся такие данные, как:
- модель прибора;
- напряжение;
- потребляемая мощность;
- знак сертификата;
- страна-производитель;
- дата производства;
- знак утилизации;
- класс защиты и так далее.
Кроме того, если техпаспорт, скажем, вы потеряли, то на приборах ставят специальные таблички или клеят наклейки. На них отображаются основные данные. В том числе, потребляемая мощность, которая нам и нужна. Можно выбрать сечение провода по мощности и без этого.
Если и таблички с наклейкой не осталось, но вы помните модель (она может быть написана на корпусе), то не беда. Попробуйте поискать информацию о приборе в сети Интернет. Уж совсем, в крайнем случае, воспользуйтесь данными средней статистики. Существует специальная таблица ориентировочной мощности потребления различных приборов, таких как: дрель, тостер, холодильник, стиральная машина, кондиционер и так далее.
Только тут есть один важный нюанс. Видите, в таблице даётся диапазон мощности? Трудно догадаться: что выбрать.
Всегда берите по максимуму!
Когда вы начнёте делать расчёт сечения кабеля по мощности, то в результате вы получите завышенную мощность прибора. Это очень хорошо, в результате вам нужен будет кабель с большим сечением. Такие кабели мало греются и, соответственно, дольше работают.
Если аппарат требует большую мощность, то провод с малым сечением просто сгорит.
Метод нагрузки
Как уже говорилось, нагрузка – это и есть прибор. Он может быть один, а может быть несколько. Сколько бы их ни было, всегда складывайте все мощности приборов, к которым вы подключите проводник. Все эти мощности должны выражаться только в одной единице измерения! В ваттах или киловаттах, иначе запутаетесь в расчётах.
«Кило» - это умножение на тысячу. 1 кВт = 1000 Вт.
Если значения мощностей приборов разные, то делаем их одинаковыми – переводим. Допустим, у нас один прибор потребляет 100 Вт, а другой – 3,5 кВт. Оставляем значение первого нетронутым, а значение последнего переводим, получаем 3500 Вт. Если хотите Ватты перевести в киловатты, то делите на тысячу.
Мощность посчитали. Теперь выбираем сечение кабеля. Таблица мощности кабеля по сечению представлена ниже. В ней ничего сложного нет, так как необходимо просто выбрать столбики, где указаны фазы. Если у вас одна фаза в сети, то берём напряжение 220 Вольт. Если три – 380 Вольт.
Затем находим число, которое чуть-чуть больше мощности, что вы насчитали. Нашли? Слева указано соответствующее сечение проводника и его диаметр. Вот такой кабель вам и нужен. Если под рукой есть таблица сечения кабеля по мощности, то никаких трудностей не возникнет.
В этой таблице значения для медных и алюминиевых жил разные. Какая жила вам нужна – в таких столбиках и смотрите.
Возникают иногда трудности с выбором материала, из которого сделаны жилы кабеля. В качестве проводки домов и квартир используют медь. Считается, что медные провода гибкие, практичные и надёжные. Правда, они дороже алюминиевых кабелей стоят. Разумеется, если медная жила имеет большое сечение (когда высокая нагрузка в доме), то её гибкой уже не назовёшь. И цена будет выше. Поэтому в таких случаях смело берите алюминиевые провода – хорошая экономия.
По мощности и длине
Выбор сечения кабеля по мощности и длине делается немного по-другому. Бывает, когда проводник имеет длину в несколько десятков, а то и сотен метров. Потери в самих кабелях придётся учитывать, иначе энергии может быть недостаточно для аппаратуры. Есть ещё одна таблица, которая подскажет дальнейшие действия, с учётом всех потерь.
Нужно знать мощность, которая выделяется на дом или здание. Выделенная мощность – это мощность всей аппаратуры, которая работает в доме. И расстояние от столба до здания, откуда идёт кабель. Это расстояние легко измерить самому.
Обязательно берите небольшой запас сечения провода перед тем, как проложить проводку.
При большем сечении провод меньше греется и изоляция, вместе с ним. Значит, вероятность возникновения пожара или замыкания снижается. Ещё, очень часто бывает, что в доме количество приборов может прибавиться. Допустим, вы поставили холодильник, кондиционер и электрическую плиту. А через год решили купить компьютер, тостер, два телевизора и ещё чего-нибудь работающего на электричестве. Проводке просто не хватит мощности выдержать такое количество техники. Вам придётся следить, чтобы мощная аппаратура не была включена одновременно, либо полностью менять проводку. А можно просто заранее прокладывать проводку с запасом сечения. Так рациональнее: мучиться потом не придётся.
Расчёт по току
Также возможен выбор сечения кабеля по току. Для этого необходимо провести такой же сбор данных по стикерам, табличкам или техническому паспорту. Только теперь нам нужна не мощность в ваттах, а сила тока в амперах. В характеристиках указывается ток, который максимально потребляется прибором.
Снова собираем данные со всех приборов и суммируем. И также переводим всё в одну единицу, аналогично: 1мА (миллиампер) = 0,001 А и 1А = 1000 мА. Например, 2,3А – это 2300 мА. Просто иногда зачем-то указывают именно в миллиамперах.
Самая первая таблица, показанная выше, может определить сечение не только по количеству ватт. Она же является таблицей определения сечения проводов по мощности и току одновременно. То есть работать придётся снова с ней. Обратите внимание: числа есть не все. Например, у вас потребляемый ток составляет 25 ампер, и вам нужен медный провод. В таблице этого числа нет. Выбираем большее значение. Оно равно двадцати семи амперам – поэтому и ориентируйтесь. Получается, нужное сечение кабеля по току – 4 квадратных миллиметра.
Никогда не выбирайте меньшее значение, чтобы сэкономить! В лучшем случае, сработает защитный автомат, прекратив подачу электричества. Если такого автомата нет, а это – худший случай, то есть высокая вероятность выхода техники из строя или даже возникновения пожара. Не экономьте на безопасности вашего дома и вас самих.
Прокладка проводов
Всё же, при прохождении тока по проводу, проводник нагревается. Много тока – много тепла. О чём речь: прокладка провода может быть закрытой или открытой. Закрытая – это когда провод находится под специальной трубой. Открытая – когда он ничем не накрыт, то есть, голый провод, прикреплённый к стене.
Тут можно схитрить. Температура будет разной, при разных сечениях проводника, даже если значение тока останется неизменным. Значит, если прокладка кабеля открытая, то меньшее сечение вполне допустимо. Тепло будет уходить в воздух, а провод, соответственно, охладится.
Провода с небольшим сечением, в трубах, кабель-каналах или стене не смогут остыть – теплу же некуда уходить. Поэтому, когда прокладка провода закрыта, необходимо только большее сечение, иначе испортится изоляция. Есть также таблица, которая поможет выбрать проводник с учётом его прокладки. Принцип остаётся таким же: медные или алюминиевые жилы, ток и мощность.
Таблица прокладки кабеля:
Но запутаться можно. Например, нам нужен медный проводник, по мощности в 7,3 кВт (7300 Вт). Сеть однофазная, класть будем закрыто. Смотрим в табличку. Мы помним, что всё берётся по максимальным значениям. Находим число 7,4 кВт. И видим, что нужное сечение составит 6 квадратных миллиметров.
Или же, мы хотим алюминиевый проводник проложить открыто. Нам известно, что раздаточный ток равен 40 амперам. В таблице есть число 39. Нельзя! Берём большее – шестьдесят ампер. Видим, что проводник мы купим с сечением в десять квадратных миллиметров. А если закрыто проложим, то 16. И не ошиблись, и запас есть. Перед тем, как покупать провод, возьмите с собой штангенциркуль и первую табличку. На всякий случай проверьте: такой ли у него диаметр? Если, на самом деле, он окажется меньше заявленного, то не берите этот провод!
В статье рассмотрены основные критерии выбора сечения кабеля, даны примеры расчетов.
На рынках часто можно увидеть написанные от руки таблички, указывающие, какой необходимо приобрести покупателю в зависимости от ожидаемого тока нагрузки. Не верьте этим табличкам, так как они вводят Вас в заблуждение. Сечение кабеля выбирается не только по рабочему току, но и еще по нескольким параметрам.
Прежде всего, необходимо учитывать, что при использовании кабеля на пределе его возможностей жилы кабеля нагреваются на несколько десятков градусов. Приведенные на рисунке 1 величины тока предполагают нагрев жил кабеля до 65 градусов при температуре окружающей среды 25 градусов. Если в одной трубе или лотке проложено несколько кабелей, то вследствие их взаимного нагрева (каждый кабель нагревает все остальные кабели) максимально допустимый ток снижается на 10 - 30 процентов.
Также максимально возможный ток снижается при повышенной температуре окружающей среды. Поэтому в групповой сети (сеть от щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников) как правило, используют кабели при токах, не превышающих значений 0,6 - 0,7 от величин, приведенных на рисунке 1.
Рис. 1. Допустимый длительный ток кабелей с медными жилами
Исходя из этого повсеместное использование автоматических выключателей с номинальным токов 25А для защиты розеточных сетей, проложенных кабелями с медными жилами сечением 2,5 мм2 представляет опасность. Таблицы снижающих коэффициентов в зависимости от температуры и количества кабелей в одном лотке можно посмотреть в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
Дополнительные ограничения возникают, когда кабель имеет большую длину. При этом потери напряжения в кабеле могут достичь недопустимых значений. Как правило, при расчете кабелей исходят из максимальных потерь в линии не более 5%. Потери рассчитать не сложно, если знать величину сопротивления жил кабелей и расчетный ток нагрузки. Но обычно для расчета потерь пользуются таблицами зависимости потерь от момента нагрузки. Момент нагрузки вычисляют как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.
Данные для расчета потерь при однофазном напряжении 220 В показаны в таблице1. Например для кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм2 при длине кабеля 30 метров и мощности нагрузки 3 кВт момент нагрузки равен 30х3=90, и потери составят 3%. Если расчетное значение потерь превышает 5%, то необходимо выбрать кабель большего сечения.
Таблица 1. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 220 В при заданном сечении проводника
По таблице 2 можно определить потери в трехфазной линии. Сравнивая таблицы 1 и 2 можно заметить, что в трехфазной линии с медными проводниками сечением 2,5 мм2 потерям 3% соответствует в шесть раз больший момент нагрузки.
Тройное увеличение величины момента нагрузки происходит вследствие распределения мощности нагрузки по трем фазам, и двойное - за счет того, что в трехфазной сети при симметричной нагрузке (одинаковых токах в фазных проводниках) ток в нулевом проводнике равен нулю. При несимметричной нагрузке потери в кабеле возрастают, что необходимо учитывать при выборе сечения кабеля.
Таблица 2. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в трехфазной четырехпроводной линии с нулем на напряжение 380/220 В при заданном сечении проводника (чтобы увеличить таблицу, нажмите на рисунок)
Потери в кабеле сильно сказываются при использовании низковольтных, например галогенных ламп. Это и понятно: если на фазном и нулевом проводниках упадет по 3 Вольта, то при напряжении 220 В мы этого скорее всего не заметим, а при напряжении 12 В напряжение на лампе упадет вдвое до 6 В. Именно поэтому трансформаторы для питания галогенных ламп необходимо максимально приближать к лампам. Например при длине кабеля 4,5 метра сечением 2,5 мм2 и нагрузке 0,1 кВт (две лампы по 50 Вт) момент нагрузки равен 0,45, что соответствует потерям 5% (Таблица 3).
Таблица 3. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 12 В при заданном сечении проводника
Приведенные таблицы не учитывают увеличения сопротивления проводников от нагрева за счет протекания по ним тока. Поэтому если кабель используется при токах 0,5 и более от максимально допустимого тока кабеля данного сечения, то необходимо вводить поправку. В простейшем случае если Вы рассчитываете получить потери не более 5%, то рассчитывайте сечение исходя из потерь 4%. Также потери могут возрасти при наличии большого количества соединений жил кабелей.
Кабели с алюминиевыми жилами имеют сопротивление в 1,7 раза большее по сравнению с кабелями с медными жилами, соответственно и потери в них в 1,7 раза больше.
Вторым ограничивающим фактором при больших длинах кабеля является превышение допустимого значения сопротивления цепи фаза - ноль. Для защиты кабелей от перегрузок и коротких замыканий, как правило, используют автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Такие выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители.
Электромагнитный расцепитель обеспечивает мгновенное (десятые и даже сотые доли секунды) отключение аварийного участка сети при коротком замыкании. Например автоматический выключатель, имеющий обозначение С25, имеет тепловой расцепитель на 25 А и электромагнитный на 250А. Автоматические выключатели группы «С» имеют кратность отключающего тока электромагнитного расцепителя к тепловому от 5 до 10. Но при берется максимальное значение.
В общее сопротивление цепи фаза - ноль включаются: сопротивление понижающего трансформатора трансформаторной подстанции, сопротивление кабеля от подстанции до вводного распределительного устройства (ВРУ) здания, сопротивление кабеля, проложенного от ВРУ к распределительному устройству (РУ) и сопротивление кабеля собственно групповой линии, сечение которого необходимо определить.
Если линия имеет большое количество соединений жил кабеля, например групповая линия из большого количества светильников, соединенных шлейфом, то сопротивление контактных соединений также подлежит учету. При очень точных расчетах учитывают сопротивление дуги в месте замыкания.
Полное сопротивление цепи фаза- ноль для четырехжильных кабелей приведены в таблице 4. В таблице учтены сопротивления как фазного, так и нулевого проводника. Значения сопротивлений приведены при температуре жил кабелей 65 градусов. Таблица справедлива и для двухпроводных линий.
Таблица 4. Полное сопротивление цепи фаза - ноль для 4-жильных кабелей, Ом/км при температуре жил 65 о С
В городских трансформаторных подстанциях, как правило, установлены трансформаторы мощностью от 630 кВ. А и более, имеющие выходное сопротивление Rтп менее 0,1 Ома. В сельских районах могут быть использованы трансформаторы на 160 - 250 кВ. А, имеющие выходное сопротивление порядка 0,15 Ом, и даже трансформаторы на 40 - 100 кВ. А, имеющие выходное сопротивление 0,65 - 0,25 Ом.
Кабели питающей сети от городских трансформаторных подстанций к ВРУ домов, как правило используют с алюминиевыми жилами с сечением фазных жил не менее 70 - 120 мм2. При длине этих линий менее 200 метров сопротивление цепи фаза - ноль питающего кабеля (Rпк) можно принять равным 0,3 Ом. Для более точного расчета необходимо знать длину и сечение кабеля, либо измерить это сопротивление. Один из приборов для таких измерений (прибор Вектор) показан на рис. 2.
Рис. 2. Прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль "Вектор"
Сопротивление линии должно быть таким, чтобы при коротком замыкании ток в цепи гарантированно превысил ток срабатывания электромагнитного расцепителя. Соответственно, для автоматического выключателя С25 ток короткого замыкания в линии должен превысить величину 1,15х10х25=287 А, здесь 1,15 - коэффициент запаса. Следовательно, сопротивление цепи фаза - ноль для автоматического выключателя С25 должно быть не более 220В/287А=0,76 Ом. Соответственно для автоматического выключателя С16 сопротивление цепи не должно превышать 220В/1,15х160А=1,19 Ом и для автомата С10 - не более 220В/1,15х100=1,91 Ом.
Таким образом, для городского многоквартирного дома, принимая Rтп=0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при использовании в розеточной сети кабеля с медными жилами с сечением 2,5 мм2, защищенного автоматическим выключателем С16, сопротивление кабеля Rгр (фазного и нулевого проводников) не должно превышать Rгр=1,19 Ом - Rтп - Rпк = 1,19 - 0,1 - 0,3 = 0,79 Ом. По таблице 4 находим его длину - 0,79/17,46 = 0,045 км, или 45 метров. Для большинства квартир этой длины бывает достаточно.
При использовании автоматического выключателя С25 для защиты кабеля сечением 2,5 мм2 сопротивление цепи должно быть менее величины 0,76 - 0,4 = 0,36 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 0,36/17,46 = 0,02 км, или 20 метров.
При использовании автоматического выключателя С10 для защиты групповой линии освещения, выполненной кабелем с медными жилами сечением 1,5 мм2 получаем максимально допустимое сопротивление кабеля 1,91 - 0,4 = 1,51 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 1,51/29,1 = 0,052 км, или 52 метра. Если такую линию защищать автоматическим выключателем С16, то максимальная длина линии составит 0,79/29,1 = 0,027 км, или 27 метров.
