Suunnitteletko päivittää sähköverkkoa tai laajentaaksesi lisäksi sähkölinjaa keittiöön uuden sähkökiuan kytkemiseksi? Tässä tarvitaan vähimmäistietoja johtimen poikkileikkauksesta ja tämän parametrin vaikutuksesta tehoon ja virrankulutukseen.
Olen samaa mieltä siitä, että kaapelin poikkileikkauksen virheellinen laskenta johtaa ylikuumenemiseen ja oikosulkuun tai perusteettomiin kustannuksiin.
On erittäin tärkeää suorittaa laskelmat suunnitteluvaiheessa, koska piilotetun johdotuksen vikaantuminen ja myöhempi vaihtaminen aiheuttavat huomattavia kustannuksia. Autamme sinua käsittelemään laskelmien monimutkaisuuksia, jotta vältetään ongelmat sähköverkon jatkotyössä.
Jotta emme rasittaisi sinua monimutkaisilla laskelmilla, valitsimme ymmärrettävät kaavat ja laskentavaihtoehdot, toimitimme tiedot helposti saatavilla olevassa muodossa antamalla kaavoille selitykset. Artikkeliin lisättiin myös temaattisia valokuvia ja videomateriaaleja, joiden avulla on mahdollista ymmärtää tarkasteltavana olevan aiheen ydin selvästi.
Poikkileikkauksen laskeminen kuluttajien voiman perusteella
Johtimien päätarkoitus on toimittaa sähköenergiaa kuluttajille tarvittavassa määrin. Koska suprajohteita ei ole saatavana normaaleissa käyttöolosuhteissa, johdinmateriaalin vastus on otettava huomioon.
Tarvittavien johtimien ja kaapeleiden osien laskeminen kuluttajien kokonaisteholta riippuen perustuu pitkäaikaiseen käyttökokemukseen.
kuvagalleria
Kuva
Erityyppiset kaapelit johdotuslaitteille
Eri paksuudet johtimiin kotitalouskäyttöön
Ytimien lukumäärä eri kaapelimerkkeissä
Kierrejohtimen vaihtoehdot
Aloitamme yleisen laskentaprosessin suorittamalla ensin laskelmat kaavalla:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Missä:
- P - kaikkien laskettuun haaraan liittyvien kuluttajien teho watteina.
- P1, P2, PN - ensimmäisen kuluttajan, toisen, vastaavasti n: nnen, teho watteina.
Saatuaan tuloksen yllä olevan kaavan mukaisten laskelmien lopussa oli aika kääntyä taulukkotietoihin.
Nyt sinun on valittava tarvittava osa taulukon 1 mukaisesti.
Taulukko 1. Lankajohtimien poikkileikkaus on aina valittava lähimmältä suuremmalta puolelta (+)
Vaihe 1 - reaktiivisen ja aktiivisen tehon laskeminen
Kuluttajien kapasiteetit on ilmoitettu laiteasiakirjoissa. Laitetodistukset osoittavat tyypillisesti aktiivisen tehon ja reaktiivisen tehon.
Laitteet, joissa on aktiivinen kuormitustyyppi, tekevät kaiken vastaanotetun sähköenergian tehokkuuden huomioon ottaen hyödylliseksi työksi: mekaaniseksi, lämpö- tai muuksi muotoksi.
Laitteita, joissa on aktiivinen kuorma, ovat hehkulamput, lämmittimet, sähköuunit.
Tällaisille laitteille virran ja jännitteen tehon laskenta on seuraavanlainen:
P = U * I,
Missä:
- P - teho watteina;
- U - jännite V;
- minä - virran voimakkuus A.
Laitteet, joissa on reaktiivisen tyyppinen kuorma, pystyvät keräämään energiaa lähteestä ja palauttamaan sen sitten. Tällainen vaihto tapahtuu sinimuotoisen virran ja sinimuotoisen jännitteen siirtymisen vuoksi.
Nollavaiheessa teholla P = U * I on aina positiivinen arvo. Tällainen virran ja jännitteen vaiheiden kuvaaja on laitteet, joiden aktiivinen kuormitustyyppi (I, i - virta, U, u - jännite, π - pi-luku, yhtä suuri kuin 3,14)
Reaktiivisen voiman laitteisiin kuuluvat sähkömoottorit, kaiken kokoiset ja käyttötarkoitukseen tarkoitetut elektroniset laitteet ja muuntajat.
Kun sinimuotoisen virran ja sinimuotoisen jännitteen välillä on vaihesiirto, teho P = U * I voi olla negatiivinen (I, i on virta, U, u on jännite, π on luku pi, joka on yhtä suuri kuin 3,14). Reaktiivisen virran laite palauttaa varastoidun energian takaisin lähteelle
Sähköverkot on rakennettu siten, että ne voivat siirtää sähköenergiaa yhdessä suunnassa lähteestä kuormaan.
Siksi kuluttajan palautettu energia, jolla on reaktiivinen kuorma, on parasiittinen ja kulutetaan lämmitysjohtimiin ja muihin komponentteihin.
Reaktiivinen teho riippuu vaihekulmasta jännitteen ja virran sinusoidien välillä. Vaihekulma ilmaistaan cosφ: lla.
Löydä täysi teho käyttämällä kaavaa:
P = Q / cosφ,
Missä Q - reaktiivinen teho VA: ssa.
Tyypillisesti laitteen passitiedot osoittavat reaktiivisen tehon ja cosφ: n.
esimerkki: passissa rei'ittimen reaktiivinen teho on 1200 VAR ja cosφ = 0,7. Siksi kokonaisvirrankulutus on yhtä suuri kuin:
P = 1200 / 0,7 = 1714 W
Jos cosφ: ta ei löydy, suurimmalle osalle kotitalouksien sähkölaitteista cosφ voidaan pitää yhtä suurena kuin 0,7.
Vaihe 2 - haku samanaikaisuuskertoimille ja marginaaleille
K - dimensioimaton samanaikaisuuskerroin osoittaa, kuinka monta kuluttajaa voidaan samanaikaisesti sisällyttää verkkoon. Harvoin tapahtuu, että kaikki laitteet kuluttavat samanaikaisesti sähköä.
Television ja musiikkikeskuksen samanaikainen käyttö on epätodennäköistä. Vakiintuneesta käytännöstä K voidaan pitää yhtä suurena kuin 0,8. Jos aiot käyttää kaikkia kuluttajia samanaikaisesti, K: n tulisi olla yhtä suuri kuin 1.
J - mitaton turvakerroin. Se luonnehtii voimavarannon luomista tuleville kuluttajille.
Edistyminen ei ole paikallaan, joka vuosi keksitään uusia ja yllättäviä uusia ja hyödyllisiä sähkölaitteita. Vuonna 2050 sähkönkulutuksen kasvun odotetaan nousevan 84%: iin. Tyypillisesti J: n oletetaan olevan 1,5 - 2,0.
Vaihe 3 - geometrisen laskelman suorittaminen
Kaikissa sähkölaskelmissa otetaan johtimen poikkileikkauspinta-ala - ydinosa. Mitat millimetreinä2.
Usein on opittava laskemaan johdon poikkileikkaus oikein johtimen vaijerin halkaisijan mukaan.
Tässä tapauksessa on olemassa yksinkertainen geometrinen kaava monoliittiselle pyöreälle lankalle:
S = π * R2 = π * D2/4, tai päinvastoin
D = √ (4 * S / π)
Suorakulmaisen poikkileikkauksen johtimille:
S = h * m,
Missä:
- S - ytimen pinta-ala millimetreinä2;
- R - ytimen säde millimetreinä;
- D - ytimen halkaisija mm;
- h, m - leveys ja vastaavasti korkeus millimetreinä;
- π Onko luku pi yhtä suuri kuin 3,14.
Jos ostat kierrelangan, jossa yksi johdin koostuu monista pyöreän poikkileikkauksen omaavista kierretyistä langoista, laskenta suoritetaan seuraavan kaavan mukaan:
S = N * D2/1,27,
Missä N - laskimolankojen lukumäärä.
Johdoista, jotka on kierretty useista johdoista, on yleensä parempi johtavuus kuin monoliittisilla. Tämä johtuu pyöreän johtimen läpi virtaavan virran erityispiirteistä.
Sähkövirta on samojen varausten liike kapellimesta pitkin. Saman nimen varaukset torjuvat, joten varauksen jakautumistiheys siirtyy johtimen pintaan.
Jatkojohtimien toinen etu on niiden joustavuus ja mekaaninen kestävyys. Monoliittiset johdot ovat halvempia ja niitä käytetään pääasiassa kiinteään asennukseen.
Vaihe 4 - laske tehovoima käytännössä
Tehtävä: Kuluttajien kokonaisteho keittiössä on 5000 wattia (mikä tarkoittaa, että kaikkien reaktiivisten kuluttajien teho lasketaan). Kaikki kuluttajat on kytketty yksivaiheiseen 220 V verkkoon ja heillä on virta yhdestä haarasta.
Taulukko 2. Jos aiot tulevaisuudessa yhdistää uusia kuluttajia, taulukko näyttää tavallisten kodinkoneiden vaadittavat kapasiteetit (+)
Päätös:
Samanaikaisuuskerroimen K oletetaan olevan yhtä suuri kuin 0,8. Keittiö on jatkuvan innovaatiopaikka, et pidä mielessäsi, turvakerroin J = 2,0. Arvioitu kokonaiskapasiteetti on:
P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Suunnittelutehon arvon avulla etsitään lähintä arvoa taulukosta 1.
Lähin sopiva johdinpoikkileikkaus yksivaiheverkkoon on kuparijohdin, jonka poikkileikkaus on 4 mm2. Samanlainen langan koko alumiinisydämellä 6 mm2.
Yhden ytimen johdotuksen vähimmäishalkaisija on vastaavasti 2,3 mm ja 2,8 mm. Moniytimisen vaihtoehdon tapauksessa yksittäisten ytimien poikkileikkaus lasketaan yhteen.
kuvagalleria
Kuva
Huone, jossa enimmäismäärä kodinkoneita
Kylpyhuoneiden ja yhdistettyjen kylpyhuoneiden tekniset varusteet
Virrankuluttajien kytkeminen
Estä pienitehoisten laitteiden pistorasia
Liesi vaatii asianmukaisen kytkennän
Sähkölinja pesukoneelle
Erilliset jääkaappien voimahaarat
Tehokkaat energiankuluttajat kylpyhuoneissa ja kylpyhuoneissa
Nykyisen poikkileikkauksen laskeminen
Kaapeleiden ja johtimien virran ja tehon vaadittavan poikkileikkauksen laskeminen tuottaa tarkempia tuloksia. Tällaiset laskelmat tekevät mahdolliseksi arvioida eri tekijöiden yleinen vaikutus johtimiin, mukaan lukien lämpökuorma, vaijerin laatu, tiivistetyyppi, käyttöolosuhteet jne.
Koko laskelma suoritetaan seuraavien vaiheiden aikana:
- kaikkien kuluttajien valinnanvara;
- johtimen läpi kulkevien virtojen laskeminen;
- sopivan poikkileikkauksen valinta taulukoiden mukaan.
Tässä laskentaversiossa otetaan jännitteisten kuluttajien nykyinen teho ottamatta huomioon korjauskertoimia. Ne otetaan huomioon nykyistä vahvuutta summaamalla.
Vaihe 1 - virran voimakkuuden laskeminen kaavoilla
Niille, jotka ovat unohtaneet koulun fysiikan kurssin, tarjoamme peruskaavat graafisen kaavion muodossa visuaalisena huijauskoodina:
"Klassinen pyörä" osoittaa kaavojen yhdistymisen ja sähkövirran ominaisuuksien (I - virran voimakkuus, P - teho, U - jännite, R - ytimen säde) keskinäisen riippuvuuden.
Kirjoita nyt virran voimakkuuden I riippuvuus tehosta P ja verkkojännitteestä U:
I = P / Ul,
Missä:
- minä - virran voimakkuus ampeereina;
- P - teho watteina;
- Ul - verkkojännite voltteina.
Lineaarijännite riippuu yleensä virtalähteestä, se voi olla yksivaiheinen ja kolmivaiheinen.
Lineaarisen ja vaihejännitteen suhde:
- Ul = U * cosφ yksivaiheisen jännitteen tapauksessa.
- Ul = U * √3 * cosφ kolmivaihejännitteen tapauksessa.
Kotitalouksien sähkökuluttajille otetaan cosφ = 1, joten lineaarinen jännite voidaan kirjoittaa uudelleen:
- Ul = 220 V yksivaihejännitteelle.
- Ul = 380 V kolmivaihejännitteelle.
Seuraavaksi esitetään yhteenveto kaikista kaavan kuluttamista virroista:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Missä:
- minä - kokonaisvirran voimakkuus ampeereina;
- I1..IN - kunkin kuluttajan nykyinen vahvuus ampeereina;
- K - samanaikaisuuskerroin;
- J - turvallisuus tekijä.
Kertoimilla K ja J on samat arvot, joita käytettiin kokonaistehon laskemisessa.
Voi olla tapaus, jossa kolmivaiheisessa verkossa eri vaihejohtimien läpi virtaa epätasaista vahvuutta.
Näin tapahtuu, kun yksivaiheiset kuluttajat ja kolmivaiheiset kuluttajat on kytketty kolmivaiheiseen kaapeliin samanaikaisesti. Esimerkiksi kolmivaiheinen kone ja yksivaiheinen valaistus saavat virran.
Nousee luonnolliseen kysymykseen: kuinka lasketun langan poikkileikkaus lasketaan tällaisissa tapauksissa? Vastaus on yksinkertainen - laskelmat tehdään eniten kuormitetulle ytimelle.
Vaihe 2 - sopivan osan valinta taulukkojen mukaan
Sähköasennusten (PES) toimintasäännöissä on annettu useita taulukoita tarvittavan kaapelin ydinosan valitsemiseksi.
Johtimen johtavuus on lämpötilasta riippuvainen. Metallijohtimien vastus kasvaa lämpötilan noustessa.
Jos tietty kynnysarvo ylitetään, prosessista tulee itsestään kestävä: mitä suurempi vastus, sitä korkeampi lämpötila, sitä korkeampi vastus jne. kunnes johdin palaa tai aiheuttaa oikosulun.
Seuraavat kaksi taulukkoa (3 ja 4) esittävät johtimien poikkileikkauksen virroista ja asennustavasta riippuen.
Taulukko 3. Ensin, sinun on valittava menetelmä kaapeleiden asettamiseksi, se riippuu siitä kuinka tehokkaasti jäähdytys tapahtuu (+)
Kaapeli eroaa johdosta siinä, että kaikki omalla eristyksellä varustetut johdot on kierretty kimppuun ja suljettu yhteiseen eristysvaippaan. Lisätietoja kaapelituotteiden eroista ja tyypeistä on kirjoitettu tässä artikkelissa.
Taulukko 4.Kaikille johtimien poikkileikkauksen arvoille ilmoitetaan avoin menetelmä, mutta käytännössä alle 3 mm2: n poikkileikkauksia ei aseteta avoimesti mekaanisen lujuuden vuoksi (+)
Taulukoita käytettäessä sallittuun jatkuvaan virtaan sovelletaan seuraavia tekijöitä:
- 0,68, jos 5-6 asui;
- 0,63, jos 7-9 asui;
- 0,6, jos 10-12 asui.
Laskukertoimia sovelletaan nykyisiin arvoihin “avoin” -sarakkeesta.
Nolla- ja maadoitusjohtimet eivät sisälly johtimien lukumäärään.
PES-standardien mukaan nollaytimen poikkileikkaus valitaan sallitulle jatkuvalle virralle vähintään 50% vaiheytimestä.
Seuraavat kaksi taulukkoa (5 ja 6) osoittavat sallitun jatkuvan virran riippuvuuden laskettaessa sitä maahan.
Taulukko 5. Kuparikaapeleiden sallitut jatkuvat virta riippuvuudet asettaessasi ilmaan tai maahan
Nykyinen kuorma avattaessa ja maahan syventyessä ovat erilaiset. Ne otetaan tasa-arvoisiksi, jos maahan laskeminen tapahtuu alustoilla.
Taulukko 6. Alumiinikaapeleiden sallitut jatkuvat virta riippuvuudet asettaessasi ilmaan tai maahan
Seuraava taulukko (7) koskee väliaikaisten virtalähdejohtojen järjestelyjä (kuljeta, jos yksityiskäyttöön).
Taulukko 7. Sallittu jatkuva virta käytettäessä kannettavia letkujohtoja, kannettavia letku- ja miinokaapeleita, valonheittimiä, joustavia kannettavia johtimia. Käytettiin vain kuparijohtimia
Kun kaapeleita maahan, lämmönpoistoominaisuuksien lisäksi on otettava huomioon resistiivisyys, joka heijastuu seuraavassa taulukossa (8):
Taulukko 8. Korjauskerroin riippuen maaperän tyypistä ja kestävyydestä sallitulle jatkuvalle virralle kaapelin poikkileikkausta laskettaessa (+)
Kuparijohtimien laskeminen ja valinta enintään 6 mm asti2 tai alumiinia 10 mm asti2 johdetaan jatkuvan virran tavoin.
Jos kyseessä on suuri poikkileikkaus, on mahdollista käyttää pelkistyskerrointa:
0,875 * √Tpv
Missä Tpv - sisällyttämisen keston suhde syklin kestoon.
Sisällyttämisen kesto otetaan enintään 4 minuutin laskelmasta. Tässä tapauksessa syklin ei tulisi ylittää 10 minuuttia.
Valittaessa kaapelia puurakennuksen sähkön kytkemiseksi kiinnitetään erityistä huomiota sen palonkestävyyteen.
Vaihe 3 - virranjohtimen poikkileikkauksen laskeminen esimerkin avulla
Tehtävä: laske tarvittava kuparikaapelin poikkileikkaus liitäntää varten:
- 4000 W: n kolmivaiheinen puuntyöstökone;
- Kolmivaiheinen hitsauskone 6000 W;
- kodin kodinkoneet talossa yhteensä 25 000 wattia;
Kytkentä tehdään viiden ytimen kaapelilla (kolmivaihejohtimet, yksi nolla ja yksi maadoitettu) maahan.
Kaapelituotteiden eristys lasketaan tiettyyn käyttöjännitteen arvoon. Huomaa, että valmistajan määrittelemän tuotteen käyttöjännitteen on oltava korkeampi kuin verkon jännite
Päätös.
Vaihe 1. Lasketaan kolmivaiheisen yhteyden lineaarinen jännite:
Ul = 220 * √3 = 380 V
Vaihe 2. Kodinkoneissa, työstökoneissa ja hitsauskoneissa on reaktiivinen teho, joten koneiden ja laitteiden teho on:
Pnuo = 25000 / 0,7 = 35700 W
Pkierros = 10000 / 0,7 = 14300 W
Vaihe 3. Kodinkoneiden kytkemiseen vaadittava virta:
minänuo = 35700/220 = 162 A
Vaihe 4. Laitteiden kytkemiseen vaadittava virta:
minäkierros = 14300/380 = 38 A
Vaihe 5. Kodinkoneiden kytkemiseen tarvittava virta lasketaan yhden vaiheen laskennan perusteella. Ongelman mukaan on kolme vaihetta. Näin ollen virta voidaan jakaa vaiheittain. Yksinkertaisuuden vuoksi oletamme, että jakauma on tasainen:
minänuo = 162/3 = 54 A
Vaihe # 6. Virta / vaihe:
minäf = 38 + 54 = 92 A
Vaihe # 7. Laitteet ja kodinkoneet eivät toimi samanaikaisesti, paitsi tätä varten annamme marginaalin 1,5. Korjauskertoimien soveltamisen jälkeen:
minäf = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Vaihe # 8 Vaikka kaapeli sisältää 5 ydintä, vain kolme vaihesydämet otetaan huomioon.Sarakkeessa olevan taulukon 8 mukaan, kolmioytiminen kaapeli maassa, havaitaan, että virta 115 A vastaa ytimen poikkipinta-alaa 16 mm2.
Vaihe # 9. Taulukon 8 mukaan käytämme korjauskerrointa maan ominaisuuksista riippuen. Normaalille maatyypille kerroin on 1.
Vaihe # 10. Laske valinnainen ytimen halkaisija:
D = √ (4 * 16 / 3,14) = 4,5 mm
Jos laskelma tehtiin vain voimalla ottamatta huomioon kaapelin ominaisuuksia, ytimen poikkileikkaus on 25 mm2. Virran lujuuden laskeminen on monimutkaisempaa, mutta toisinaan se säästää huomattavasti rahaa, varsinkin kun kyse on moniydinvirtajohdoista.
Jännitteen ja virran välinen suhde löytyy tarkemmin täältä.
Jännitehäviön laskenta
Kaikilla johtimilla paitsi suprajohteilla on vastus. Siksi riittävällä kaapelin tai johtimen pituudella tapahtuu jännitteen pudotus.
PES-standardit edellyttävät, että kaapelin ytimen poikkileikkaus on sellainen, että jännitteen pudotus on enintään 5%.
Taulukko 9. Tavallisten metallijohtimien ominaisvastus (+)
Tämä liittyy pääasiassa pienjännitekaapeleihin, joiden poikkileikkaus on pieni.
Jännitteen lasku lasketaan seuraavasti:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Utyyny = I * R,
U% = (Utyyny / Ulin) * 100,
Missä:
- 2 - kerroin, joka johtuu siitä, että virta virtaa välttämättä kahteen ytimeen;
- R - johtimen vastus, ohm;
- ρ - johtimen ominaisvastus, ohm * mm2/ m;
- S - johtimen osa, mm2;
- Utyyny - jännitteen pudotus, V;
- U% - jännitteen pudotus suhteessa U: honlin,%.
Kaavoja käyttämällä voit suorittaa tarvittavat laskelmat itsenäisesti.
Kanna laskelmaesimerkki
Tehtävä: laske jännitteen pudotus kuparijohdolle, jonka yhden sydämen poikkileikkaus on 1,5 mm2. Yksivaiheisen sähköhitsauskoneen kytkemiseen tarvitaan johto, jonka kokonaisteho on 7 kW. Vaijerin pituus 20 m.
Jos haluat kytkeä kotitaloushitsauslaitteen verkkojohtoon, sinun tulee ottaa huomioon tilanne, johon kaapeli on suunniteltu. On mahdollista, että käyttölaitteiden kokonaisteho voi olla suurempi. Paras vaihtoehto on yhdistää kuluttajat yksittäisiin sivuliikkeisiin
Päätös:
Vaihe 1. Lasketaan kuparilangan vastus taulukon 9 avulla:
R = 2 * (0,015 * 20) / 1,5 = 0,47 ohmia
Vaihe 2. Kaapelia pitkin virtaava virta:
I = 7000/220 = 31,8 A
Vaihe 3. Jännitteen lasku johdossa:
Utyyny = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
Vaihe 4. Laskemme jännitteen pudotusprosentin
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Johtopäätös: Hitsauskoneen kytkemiseksi tarvitaan johdin, jolla on suuri poikkileikkaus.
Johtimen poikkileikkauksen laskeminen kaavojen mukaan:
Asiantuntijoiden suositukset kaapeli- ja johtotuotteiden valinnasta:
Yllä olevat laskelmat koskevat teollisuuskäyttöön tarkoitettuja kupari- ja alumiinijohtimia. Muun tyyppisille johtimille kokonaislämmönsiirto on laskettu etukäteen.
Näiden tietojen perusteella lasketaan maksimijohto, joka pystyy virtaamaan johtimen läpi aiheuttamatta liiallista lämmitystä.
Jos sinulla on kysyttävää kaapelin poikkileikkauksen laskemismenetelmistä tai haluat jakaa henkilökohtaisen kokemuksen, jätä kommentit tähän artikkeliin. Palautelaatikko sijaitsee alla.