Berekening van de kabeldoorsnede op basis van vermogen en stroom: hoe de bedrading correct te berekenen

Ben je van plan om te doen modernisering van het elektriciteitsnet Of de stroomleiding naar de keuken extra verlengen om een ​​nieuw elektrisch fornuis aan te sluiten? Hier zal minimale kennis over de doorsnede van de geleider en het effect van deze parameter op vermogen en stroom nuttig zijn.

Ga ermee akkoord dat een onjuiste berekening van de kabeldoorsnede leidt tot oververhitting en kortsluiting of tot ongerechtvaardigde kosten.

Het is erg belangrijk om berekeningen uit te voeren in de ontwerpfase, aangezien dit mislukt is verborgen bedrading en daaropvolgende vervanging gaat gepaard met aanzienlijke kosten. Wij zullen u helpen de fijne kneepjes van berekeningen te begrijpen om problemen bij de verdere werking van elektrische netwerken te voorkomen.

Om u niet met ingewikkelde berekeningen te belasten, hebben wij heldere formules en rekenmogelijkheden geselecteerd, de informatie in toegankelijke vorm gepresenteerd en de formules voorzien van toelichting. Er zijn ook thematische foto's en videomateriaal aan het artikel toegevoegd, zodat u de essentie van het onderwerp in kwestie duidelijk kunt begrijpen.

Berekening van de doorsnede voor consumentenvermogen

Het belangrijkste doel van geleiders is om elektrische energie in de vereiste hoeveelheid aan consumenten te leveren. Omdat supergeleiders onder normale bedrijfsomstandigheden niet beschikbaar zijn, moet rekening worden gehouden met de weerstand van het geleidermateriaal.

Berekening van de vereiste sectie geleiders en kabels afhankelijk van de totale macht van consumenten is gebaseerd op langdurige operationele ervaring.

Laten we beginnen met het algemene verloop van de berekeningen door eerst berekeningen uit te voeren met behulp van de formule:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Waar:

• P – het vermogen van alle verbruikers aangesloten op de berekende tak in Watt.
• P1, P2, PN – vermogen van respectievelijk de eerste, tweede en nde consument in Watt.

Nadat we het resultaat aan het einde van de berekeningen met behulp van de bovenstaande formule hadden ontvangen, was het tijd om naar de tabelgegevens te gaan.

Nu moet u de gewenste sectie selecteren volgens Tabel 1.

Tabel 1. De draaddoorsnede moet altijd worden gekozen aan de dichtstbijzijnde grotere zijde (+)

Fase #1 - berekening van reactief en actief vermogen

De consumentencapaciteiten worden aangegeven in de uitrustingsdocumenten. Meestal geven de gegevensbladen van de apparatuur het actieve vermogen samen met het reactieve vermogen aan.

Apparaten met een actief type belasting zetten alle ontvangen elektrische energie, rekening houdend met de efficiëntie, om in nuttig werk: mechanisch, thermisch of een ander type.

Apparaten met actieve belastingen zijn onder meer gloeilampen, verwarmingstoestellen en elektrische kachels.

Voor dergelijke apparaten heeft de berekening van het vermogen door stroom en spanning de vorm:

P=U*I,

Waar:

• P – vermogen in W;
• U – spanning in V;
• I – stroomsterkte in A.

Apparaten met een reactief type belasting kunnen energie uit een bron verzamelen en deze vervolgens teruggeven. Deze uitwisseling vindt plaats als gevolg van de verplaatsing van de huidige sinusoïde en de spanningssinusoïde.

Bij nulfaseverplaatsing heeft vermogen P=U*I altijd een positieve waarde. Apparaten met een actief type belasting hebben zo'n grafiek van de fasen van stroom en spanning (I, i - stroom, U, u - spanning, π - pi gelijk aan 3,14)

Apparaten met reactief vermogen zijn onder meer elektromotoren, elektronische apparaten van alle soorten en maten, en transformatoren.

Wanneer er een faseverschuiving is tussen de huidige sinusoïde en de spanningssinusoïde, kan het vermogen P=U*I negatief zijn (I, i - stroom, U, u - spanning, π - pi gelijk aan 3,14). Een apparaat voor reactief vermogen retourneert opgeslagen energie terug naar de bron

Elektrische netwerken zijn zo gebouwd dat ze elektrische energie in één richting van bron naar belasting kunnen overbrengen.

Daarom is de geretourneerde energie van een consument met een reactieve belasting parasitair en wordt verspild aan het verwarmen van de geleiders en andere componenten.

Het reactieve vermogen hangt af van de fasehoek tussen de spannings- en stroomsinusoïden. De faseverschuivingshoek wordt uitgedrukt via cosφ.

Gebruik de formule om het totale vermogen te vinden:

P = Q / cosφ,

Waar Q – reactief vermogen in VAR.

Normaal gesproken geeft het gegevensblad van het apparaat het reactieve vermogen en de cosφ aan.

Voorbeeld: het paspoort voor de boorhamer geeft een reactief vermogen aan van 1200 VAr en cosφ = 0,7.Daarom is het totale energieverbruik gelijk aan:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Als cosφ niet kon worden gevonden, kan voor de overgrote meerderheid van de huishoudelijke elektrische apparaten de cosφ gelijk worden gesteld aan 0,7.

Fase #2: zoeken naar gelijktijdigheid en margecoëfficiënten

K – dimensieloze gelijktijdigheidscoëfficiënt, laat zien hoeveel consumenten tegelijkertijd op het netwerk kunnen zijn aangesloten. Het komt zelden voor dat alle apparaten tegelijkertijd elektriciteit verbruiken.

Gelijktijdige werking van het tv- en muziekcentrum is onwaarschijnlijk. Vanuit de gevestigde praktijk kan K gelijk worden gesteld aan 0,8. Als u alle verbruikers tegelijkertijd wilt gebruiken, moet K op 1 worden ingesteld.

J – dimensieloze veiligheidsfactor. Karakteriseert de creatie van een gangreserve voor toekomstige consumenten.

De vooruitgang staat niet stil; elk jaar worden er nieuwe verbazingwekkende en nuttige elektrische apparaten uitgevonden. De verwachting is dat het elektriciteitsverbruik tegen 2050 met 84% zal groeien. Typisch wordt aangenomen dat J tussen 1,5 en 2,0 ligt.

Fase #3 - berekeningen uitvoeren met behulp van de geometrische methode

Bij alle elektrische berekeningen wordt het dwarsdoorsnede-oppervlak van de geleider genomen: de dwarsdoorsnede van de kern. Gemeten in mm².

Het is vaak nodig om te leren hoe u correct kunt rekenen draaddiameter geleider draden.

In dit geval is er een eenvoudige geometrische formule voor een monolithische ronde draad:

S = π*R² = π*D²/4, of vice versa

D = √(4*S / π)

Voor rechthoekige geleiders:

S = h * m,

Waar:

• S – kernoppervlak in mm²;
• R – kernradius in mm;
• D – kerndiameter in mm;
• h, m – breedte en hoogte respectievelijk in mm;
• π — pi is gelijk aan 3,14.

Als u een gevlochten draad aanschaft, waarbij één geleider bestaat uit veel gedraaide draden met een ronde doorsnede, wordt de berekening uitgevoerd volgens de formule:

S = N*D²/1,27,

Waar N – aantal draden in de kern.

Draden met aders die uit meerdere draden zijn gedraaid, hebben over het algemeen een betere geleiding dan monolithische. Dit komt door de eigenaardigheden van de stroom die door een geleider met een ronde doorsnede stroomt.

Elektrische stroom is de beweging van soortgelijke ladingen langs een geleider. Omdat ladingen elkaar afstoten, wordt de ladingsverdelingsdichtheid naar het oppervlak van de geleider verschoven.

Een ander voordeel van gestrande draden is hun flexibiliteit en mechanische weerstand. Monolithische draden zijn goedkoper en worden voornamelijk gebruikt voor stationaire installatie.

Fase #4: bereken de vermogensdoorsnede in de praktijk

Taak: het totale vermogen van de verbruikers in de keuken bedraagt ​​5000 W (wat betekent dat het vermogen van alle reactieve verbruikers opnieuw is berekend). Alle verbruikers zijn aangesloten op een eenfasig 220 V-netwerk en worden gevoed vanuit één tak.

Tabel 2. Als u van plan bent in de toekomst extra verbruikers aan te sluiten, toont de tabel het benodigde vermogen van gewone huishoudelijke apparaten (+)

Oplossing:

Laten we de gelijktijdigheidscoëfficiënt K gelijk nemen aan 0,8. De keuken is een plek van constante innovatie, je weet maar nooit, de veiligheidsfactor is J=2,0. Het totale geschatte vermogen zal zijn:

P = 5000*0,8*2 = 8000 W = 8 kW

Met behulp van de waarde van het berekende vermogen zoeken we naar de dichtstbijzijnde waarde in Tabel 1.

De dichtstbijzijnde geschikte kerndoorsnede voor een enkelfasig netwerk is een koperen geleider met een doorsnede van 4 mm². Soortgelijke draadgrootte met 6 mm aluminium kern².

Voor eenaderige bedrading is de minimale diameter respectievelijk 2,3 mm en 2,8 mm.Bij gebruik van een meeraderige optie wordt de doorsnede van de afzonderlijke kernen opgeteld.

Berekening van de huidige doorsnede

Berekeningen van de vereiste stroom- en vermogensdoorsnede van kabels en draden zullen nauwkeurigere resultaten opleveren.Dergelijke berekeningen maken het mogelijk om de algehele invloed van verschillende factoren op geleiders te evalueren, waaronder thermische belasting, merk draden, type plaatsing, bedrijfsomstandigheden, enz.

De gehele berekening wordt in de volgende stappen uitgevoerd:

• selectie van de macht van alle consumenten;
• berekening van stromen die door een geleider gaan;
• selectie van een geschikte doorsnede met behulp van tabellen.

Bij deze rekenmogelijkheid wordt uitgegaan van het vermogen van consumenten in termen van stroom en spanning, zonder rekening te houden met correctiefactoren. Er wordt rekening mee gehouden bij het optellen van de huidige sterkte.

Fase #1 - berekening van de huidige sterkte met behulp van formules

Voor degenen die de natuurkundecursus op school zijn vergeten, bieden we de basisformules aan in de vorm van een grafisch diagram als visueel spiekbriefje:

Het "Classic Wheel" demonstreert duidelijk de relatie tussen formules en de onderlinge afhankelijkheid van de kenmerken van elektrische stroom (I - stroomsterkte, P - vermogen, U - spanning, R - kernradius)

Laten we de afhankelijkheid van de stroom I van het vermogen P en de lijnspanning U opschrijven:

ik = P/U_l,

Waar:

• I — stroomsterkte, uitgedrukt in ampère;
• P — vermogen in watt;
• U_l — lijnspanning in volt.

De lijnspanning is over het algemeen afhankelijk van de voedingsbron; deze kan eenfasig of driefasig zijn.

Verband tussen lineaire en fasespanning:

1. U_l = U*cosφ bij eenfasige spanning.
2. U_l = U*√3*cosφ bij driefasige spanning.

Voor huishoudelijke elektrische verbruikers wordt cosφ=1 genomen, zodat de lineaire spanning kan worden herschreven:

1. U_l = 220 V voor eenfasige spanning.
2. U_l = 380 V voor driefasige spanning.

Vervolgens vatten we alle verbruikte stromen samen met behulp van de formule:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Waar:

• I – totale stroom in ampère;
• I1..IN – huidige sterkte van elke consument in ampère;
• K – gelijktijdigheidscoëfficiënt;
• J - veiligheidsfactor.

De coëfficiënten K en J hebben dezelfde waarden als die gebruikt worden bij het berekenen van het totale vermogen.

Er kan zich een geval voordoen waarin in een driefasig netwerk een stroom van ongelijke sterkte door verschillende fasegeleiders stroomt.

Dit gebeurt wanneer eenfasige en driefasige verbruikers tegelijkertijd op een driefasige kabel worden aangesloten. Zo worden bijvoorbeeld een driefasige machine en eenfasige verlichting van stroom voorzien.

Er rijst een natuurlijke vraag: hoe wordt in dergelijke gevallen de doorsnede van een gevlochten draad berekend? Het antwoord is simpel: berekeningen worden gemaakt op basis van de meest belaste kern.

Fase #2: een geschikte sectie selecteren met behulp van tabellen

De bedieningsregels voor elektrische installaties (PEU) bevatten een aantal tabellen voor het selecteren van de vereiste doorsnede van de kabelkern.

De geleidbaarheid van een geleider is afhankelijk van de temperatuur. Voor metalen geleiders neemt de weerstand toe met toenemende temperatuur.

Wanneer een bepaalde drempel wordt overschreden, wordt het proces zelfonderhoudend: hoe hoger de weerstand, hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de weerstand, enz. totdat de geleider doorbrandt of kortsluiting veroorzaakt.

De volgende twee tabellen (3 en 4) tonen de doorsnede van de geleiders, afhankelijk van de stroomsterkte en de installatiemethode.

Tabel 3. Eerst moet u de methode kiezen voor het leggen van de draden, dit bepaalt hoe effectief de koeling is (+)

Een kabel verschilt van een draad doordat alle kabeladers, voorzien van hun eigen isolatie, tot een bundel zijn gedraaid en in een gemeenschappelijke isolatiemantel zijn ingesloten. Meer details over de verschillen en soorten kabelproducten vindt u hierin artikel.

Tabel 4. De open methode wordt aangegeven voor alle waarden van de geleiderdoorsnede, maar in de praktijk worden secties kleiner dan 3 mm2 niet open gelegd vanwege mechanische sterkte (+)

Bij gebruik van tabellen worden de volgende coëfficiënten toegepast op de toegestane continustroom:

• 0,68 als 5-6 kernen;
• 0,63 als 7-9 kernen;
• 0,6 bij 10-12 kernen.

Reductiefactoren worden toegepast op actuele waarden uit de ‘open’ kolom.

De neutrale en aardgeleiders zijn niet inbegrepen in het aantal geleiders.

Volgens PES-normen wordt de doorsnede van de neutrale geleider op basis van de toegestane continue stroom gekozen als minimaal 50% van de fasegeleider.

De volgende twee tabellen (5 en 6) tonen de afhankelijkheid van de toegestane langetermijnstroom bij plaatsing in de grond.

Tabel 5. Afhankelijkheden van toegestane langetermijnstroom voor koperen kabels wanneer ze in de lucht of in de grond worden gelegd

De huidige belasting bij open plaatsing en bij plaatsing diep in de grond verschilt. Ze worden als gelijk geaccepteerd als het leggen in de grond wordt uitgevoerd met behulp van trays.

Tabel 6. Afhankelijkheden van toegestane continue stroom voor aluminium kabels wanneer ze in de lucht of in de grond worden gelegd

Voor het aanleggen van tijdelijke stroomleidingen (dragen, indien voor privégebruik) geldt de volgende tabel (7).

Tabel 7. Toegestane continue stroom bij gebruik van draagbare slangsnoeren, draagbare slang- en schachtkabels, schijnwerperkabels, flexibele draagbare draden. Er worden uitsluitend koperen geleiders gebruikt

Bij het leggen van kabels in de grond moet naast de warmtedissipatie-eigenschappen rekening worden gehouden met de soortelijke weerstand, die wordt weerspiegeld in de volgende tabel (8):

Tabel 8. Correctiefactor afhankelijk van het type en de soortelijke weerstand van de grond voor de toelaatbare langetermijnstroom, bij het berekenen van de kabeldoorsnede (+)

Berekening en selectie van koperaders tot 6 mm² of aluminium tot 10 mm² wordt uitgevoerd zoals bij continue stroom.

Bij grote doorsneden is het mogelijk een reductiefactor toe te passen:

0,875 * √T_pv

Waar T_pv — verhouding tussen schakelduur en cyclusduur.

Er wordt uitgegaan van een inschakelduur van maximaal 4 minuten. In dit geval mag de cyclus niet langer duren dan 10 minuten.

Bij het kiezen van een kabel voor het distribueren van elektriciteit in houten huis Er wordt bijzondere aandacht besteed aan de brandwerendheid.

Fase #3 - berekening van de huidige doorsnede van de geleider aan de hand van een voorbeeld

Taak: bereken het benodigde gedeelte koperen kabel voor aansluiting:

• driefasige houtbewerkingsmachine met een vermogen van 4000 W;
• driefasige lasmachine met een vermogen van 6000 W;
• huishoudelijke apparaten in huis met een totaal vermogen van 25.000 W;

De verbinding wordt gemaakt met een vijfaderige kabel (driefasige geleiders, één nulleider en één aarde), die in de grond wordt gelegd.

De isolatie van kabel- en draadproducten wordt berekend voor een specifieke bedrijfsspanning. Houd er rekening mee dat de door de fabrikant aangegeven bedrijfsspanning van zijn product hoger moet zijn dan de netspanning

Oplossing.

Stap 1. We berekenen de lineaire spanning van een driefasige aansluiting:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Stap 2. Huishoudelijke apparaten, een werktuigmachine en een lasmachine hebben reactief vermogen, dus het vermogen van de machines en apparatuur zal zijn:

P_die = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Stap 3. Stroom vereist om huishoudelijke apparaten aan te sluiten:

I_die = 35700 / 220 = 162 A

Stap 4. Stroom vereist om apparatuur aan te sluiten:

I_obor = 14300 / 380 = 38 A

Stap #5. De benodigde stroom voor het aansluiten van huishoudelijke apparaten wordt berekend op basis van één fase. Afhankelijk van het probleem zijn er drie fasen. Daarom kan de stroom over de fasen worden verdeeld. Voor de eenvoud gaan we uit van een uniforme verdeling:

I_die = 162 / 3 = 54 A

Stap #6. Stroom per fase:

I_F = 38 + 54 = 92 A

Stap #7. Apparatuur en huishoudelijke apparaten zullen niet tegelijkertijd werken, daarnaast zullen we een reserve van 1,5 reserveren. Na toepassing van correctiefactoren:

I_F = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Stap #8. Hoewel de kabel 5 aders bevat, wordt er slechts rekening gehouden met driefasige aders. Volgens Tabel 8 in de kolom drie-aderige kabel in de grond vinden we dat een stroomsterkte van 115 A overeenkomt met een aderdoorsnede van 16 mm².

Stap #9. Volgens Tabel 8 passen we een correctiefactor toe afhankelijk van de kenmerken van de grond. Voor een normaal type aarde is de coëfficiënt 1.

Stap #10. Optioneel, bereken de diameter van de kern:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Als de berekening alleen op basis van vermogen zou worden gemaakt, zonder rekening te houden met de eigenaardigheden van het leggen van kabels, dan zou de doorsnede van de kern 25 mm zijn². Het berekenen van de stroomsterkte is ingewikkelder, maar u kunt er soms aanzienlijk geld mee besparen, vooral als het gaat om meeraderige stroomkabels.

U kunt meer lezen over de relatie tussen spannings- en stroomwaarden hier.

Berekening van spanningsval

Elke geleider, behalve supergeleiders, heeft weerstand. Als de kabel of draad lang genoeg is, treedt er daarom een ​​spanningsval op.

PES-normen vereisen dat de doorsnede van de kabelkern zodanig is dat de spanningsval niet meer dan 5% bedraagt.

Tabel 9. Weerstand van gewone metalen geleiders (+)

Het gaat hierbij vooral om laagspanningskabels met een kleine doorsnede.

De berekening van de spanningsval is als volgt:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_stootkussen = ik * R,

U_% = (U_stootkussen /u_lijn) * 100,

Waar:

• 2 – coëfficiënt vanwege het feit dat de stroom noodzakelijkerwijs door twee draden vloeit;
• R – geleiderweerstand, Ohm;
• ρ — weerstand van de geleider, Ohm*mm²/M;
• S – geleiderdoorsnede, mm²;
• U_stootkussen – valspanning, V;
• U_% - spanningsval ten opzichte van U_lijn,%.

Met behulp van formules kunt u zelfstandig de nodige berekeningen uitvoeren.

Rekenvoorbeeld dragen

Taak: bereken de spanningsval voor een koperdraad met een doorsnede van één ader van 1,5 mm². De draad is nodig om een ​​eenfasige elektrische lasmachine met een totaal vermogen van 7 kW aan te sluiten. Draadlengte 20 m.

Degenen die een huishoudelijk lasapparaat op een elektrische netwerktak willen aansluiten, moeten rekening houden met de stroomzeef waarvoor de gebruikte kabel is ontworpen. Het is mogelijk dat het totale vermogen van bedieningsapparaten hoger is. De beste optie is om consumenten op aparte vestigingen aan te sluiten

Oplossing:

Stap 1. We berekenen de weerstand van de koperdraad met behulp van Tabel 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Stap 2. Stroom die door de geleider vloeit:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Stap 3. Spanningsval op de draad:

U_stootkussen = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Stap 4. We berekenen het percentage spanningsval:

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Conclusie: om het lasapparaat aan te sluiten is een geleider met een grote doorsnede vereist.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Berekening van de doorsnede van de geleider met behulp van de formules:

Aanbevelingen van specialisten over de selectie van kabel- en draadproducten:

Bovenstaande berekeningen gelden voor koperen en aluminium geleiders voor industrieel gebruik. Voor andere soorten geleiders wordt de totale warmteoverdracht vooraf berekend.

Op basis van deze gegevens wordt de maximale stroom berekend die door de geleider kan stromen zonder overmatige verwarming te veroorzaken.

Als u vragen heeft over de methode voor het berekenen van de kabeldoorsnede of als u uw persoonlijke ervaringen wilt delen, kunt u een reactie op dit artikel achterlaten.Het beoordelingsgedeelte bevindt zich hieronder.