Výpočet odporu měděných vodičů a výběr průřezu kabelu

Ve fázi návrhu vedení pro přenos energie, informačních a řídicích sítí je volba materiálu a průřezu vodiče velmi důležitá. Správné inženýrské řešení pomáhá snižovat ztráty, snižovat pravděpodobnost nouzových situací a řešit další problémy. Relativně nízký elektrický odpor měděného drátu vysvětluje popularitu této možnosti. Další výhody a alternativy jsou diskutovány v této publikaci.

Zvětšením průřezu se zvyšuje odpor vodiče vůči proudovému zatížení.

Na čem závisí odpor kovu?

Elektrický proud je podle klasické definice směrovaný pohyb nabitých částic. V kovech se elektrony pohybují, pokud se mezi dvěma body připojení zdroje energie vytvoří potenciálový rozdíl. Tomuto procesu brání nečistoty, takže vodivost je lepší v homogenním materiálu.

Pro vaši informaci. Vysoce kvalitní proudové vodiče jsou vyrobeny z elektrotechnické mědi, která obsahuje maximálně 0,01 % cizích nečistot. Malý přídavek hliníku (0,02–0,03 %) snižuje vodivost o 10–11 %. Při dlouhé trase se ztráty při přenosu energie výrazně zvyšují.

Oscilační procesy atomů krystalové mřížky mají negativní vliv. S rostoucí teplotou se zvyšuje amplituda těchto pohybů, což vytváří další překážky pro pohyb nábojů. Pro kompenzaci tohoto jevu se rezistory vyrábějí ze speciálních slitin. Správně zvolené poměry materiálů zajišťují stabilitu elektrického odporu v daném teplotním rozsahu.

Rezistivita různých kovů

Pro výpočet ztrát způsobených určitou délkou vodiče je vhodné pracovat se specifickými parametry. Základní vzorec pro výpočet elektrického odporu je:

kde:

• L – délka v metrech;
• S – plocha průřezu, mm²;
• p – měrný odpor kabelu vyrobeného z určitého materiálu, (Ohm*mm²)/m.

V případě potřeby lze průřez vypočítat na základě průměru (D) s použitím známého vzorce z geometrie:

Pokud nemáte mikrometr, použijte navinutí drátu na válcový nástroj (šroubovák, tužka). Poté změřte délku vytvořené cívky běžným pravítkem a získanou hodnotu vydělte počtem závitů.

Měření průměru improvizovanými prostředky

Měď a hliník

Minimální množství nečistot stačí k významné změně odporu drátu. I při vysokém stupni čištění však měď vede elektrický proud mnohem lépe než hliník. Hodnoty měrného odporu odpovídajících materiálů jsou uvedeny níže. Pomocí referenčních informací je snadné kontrolovat ztráty při výběru kabelových produktů pro vytvoření trasy určité délky:

• pм = 0,0175;
• pа = 0,028.

Ostatní kovy

Měrný odpor nichromu se pohybuje od 1,04 do 1,42 (Ohm*mm²)/metr. Velký rozptyl parametrů je vysvětlen proporcionální změnou složek slitiny. Takové materiály se používají k výrobě topných těles, protože při vysokých teplotách je zachována celistvost výrobků. Vzhledem k vysokému odporu nichromového drátu na jednotku délky je tento kabel ideální pro vytvoření „teplé podlahy“.

Vlastnosti ostatních materiálů (měrný odpor Ohm*mm²)/m²):

• zlato (0,023) poskytuje dobrou vodivost a odolnost proti oxidaci, ale je drahé;
• Omezené použití stříbra (0,015) je také vysvětleno jeho vysokou cenou;
• vysoký bod tání (+3 422 °C) wolframu (0,05) umožňuje jeho použití k výrobě spirál pro klasické žárovky;
• Konstantan (0,5) se používá k výrobě rezistorů.

Výběr průřezů kabelů

Pro rozsáhlé výpočty můžete použít specializovanou kalkulačku na webu s nápovědou nebo příslušný software. Pro postupný výpočet provozních parametrů pomocí vzorců se používá následující algoritmus:

• Při přenosu výkonu P = 1 600 W do připojené zátěže ve vedení s napětím U = 220 V se stejnosměrný proud (I) určí následovně: I = P/U ≈ 7,27 A;
• odpor měděného vodiče (v obou směrech) o délce 800 m a průřezu 2,5 mm2: R = (2*I*p)/S = (800*0,0175*2,5)/11,2 = XNUMX Ohm;
• ztráty napětí v této trase: ΔU = (2*L*I)/((1/p)*S) = (2*800*7,27)/((1/0,0175)*2,5) = 11 520/142,86 = 80,63 V.

V případě potřeby lze poslední výraz snadno matematicky transformovat a zvolit tak plochu průřezu vodiče na základě celkové hodnoty připojeného zatížení:

V uvažovaném příkladu je ztráta napětí větší než 36 %. Tento výsledek naznačuje potřebu upravit výpočet odporu vodiče. Podle současných předpisů je přípustné snížení regulačního parametru maximálně o 5 %. Zvětšením průměru drátu lze dosáhnout požadovaného výsledku. S průřezem 19 mm² se napětí sníží na 209,41 V (4,81 %).

S ohledem na zvýšený odpor hliníkového drátu se předpokládají proporcionální změny ztrát. Po provedení podobného výpočtu je možné získat doporučený průřez 31 mm². Použití takového vodiče za podobných podmínek sníží napětí na 209,2 V, což zajistí splnění norem – 4,92 %.

Pro vaši informaci. Pro kontrolu vypočítaných dat můžete použít multimetr. Měření se provádějí v příslušném rozsahu s ohledem na amplitudu signálu, střídavého (stejnosměrného) proudu.

Měření odporu kabelu multimetrem

Pokud je připojen zdroj střídavého proudu, algoritmus výpočtu se stává složitějším. Pro takové počáteční podmínky se používá následující vzorec:

ΔU = ((Pa * Ra + PŘ * Ri) *L)/U,

kde:

• Pa (Pr) – činný (jalový) výkon;
• Ra (Ri) – relativní aktivní (induktivní) odpor vedení v ohmech na kilometr.

Pro určité vodivé materiály jsou výchozí údaje převzaty z referenční knihy. Analogicky s výše uvedenými normami by snížení napětí obecně nemělo být větší než 5 %. Platí další omezení s ohledem na charakteristiky elektrických sítí a připojených spotřebičů (od 1 % do 12 %). Současná pravidla jsou specifikována podle textu nejnovějšího vydání Elektroinstalačního řádu.

Výše uvedené výsledky výpočtů přesvědčivě potvrzují výhody nižšího měrného odporu měděného drátu. Při použití hliníkového analogu se výrazně zvyšuje množství materiálu pro přenos elektřiny se standardními ztrátami. Pro komplexní analýzu je třeba vzít v úvahu nejlepší ukazatele mědi z hlediska pevnosti a flexibility.

Hliník je levnější a lehčí. Při práci s tímto materiálem je však třeba vyloučit vibrační účinky a pohyby během provozu. Ohyby jsou navrženy obzvláště pečlivě, aby byla zachována celistvost vodiče. Elektrický kontakt je narušen tvorbou oxidů na povrchu výrobků vyrobených z tohoto kovu.

Pro vaši informaci. V určitých situacích bude volný prostor pro položení trasy znamenat hodně. Měď má výhodu v úspoře místa.

Výběr průřezu vodiče na základě přípustného ohřevu

S rostoucím proudem se zvyšuje teplota vodivého kovu. Na určité úrovni se poškodí ochranná izolační vrstva z polymerů. To způsobuje zkraty a plameny. Nebezpečným situacím se předchází správným výpočtem plochy průřezu. Způsob pokládky (spoj/oddělený) má určitý význam.

Výběr kabelových produktů s ohledem na vytápění

Výběr průřezu na základě ztrát napětí

Jak je znázorněno ve výpočtech, u dlouhé trasy je nutné zohlednit úbytek napětí a odpovídající energetické ztráty. U velkých projektů se uvažuje celý proudový obvod s distribučními zařízeními a připojenými zátěžemi.

Výběr podle přijatelných ztrát

Pro přesné určení vhodných kabelových produktů se zohledňují vlastnosti provozního procesu. Je vytvořena nezbytná rezerva, aby se zabránilo nouzovým situacím při připojování nových spotřebičů a přepětí v napájecí síti.

Nesprávný výpočet průřezu vodičů geometrickou metodou vede k neodůvodněným nákladům, přehřívání zařízení a nebezpečí zkratu. Je důležité provádět výpočty ve fázi návrhu, aby se předešlo nákladům a finančním ztrátám.

Vodiče dodávají elektrický proud spotřebiteli. Pro správnou činnost elektrického zařízení je nutné počítat s výpočtem odporu materiálu drátu. Hlavním ukazatelem je v tomto případě síla spotřebitelů.

Chcete-li získat přesné hodnoty, použijte vzorec:

kde M je celkový výkon spotřebičů připojených k síti;

M1, M2, M N – indikátory výkonu pro jednotlivé spotřebiče

Chcete-li vybrat požadovanou sekci, podívejte se na níže uvedenou tabulku.

Jak porozumět výkonu elektrického spotřebiče?

Energii spotřebovanou elektrickými spotřebiči můžete vypočítat pomocí vzorce:

K určení výkonu zdroje energie budete potřebovat hodnoty proudu a napětí. Vynásobením těchto hodnot můžete získat požadovaný indikátor.

Síla proudu je množství proudu, který prošel určitým povrchem za n-tý čas. Napětí je indikátor, který určuje elektrické pole. Výkon se vypočítá vynásobením napětí a proudu. Podívejme se na příklad.

Síla proudu – 10 A;

Řešení: 10×200=2 000 W.

Jednotkou měření tohoto parametru je voltampér. Výrobci také uvádějí indikátory v technické dokumentaci nebo na těle zařízení. Parametry jsou publikovány ve specializovaných referenčních knihách. Zde najdete klasifikaci a informace o provozu zařízení.

Pomocí stejného vzorce můžete vypočítat proud nebo napětí. V tomto případě musíte výkon vydělit známou hodnotou. Podívejme se na vlastnosti výpočtů na konkrétním příkladu.

Musíte najít napětí mikrovlnné trouby. Výkon zařízení je uveden v technické dokumentaci. Nejprve musíte najít aktuální sílu elektrických pecí ve speciální referenční knize nebo na internetu. Vydělením výkonu proudem získáte požadovanou hodnotu.

Jak pochopit, jaký průřez má vodič?

Průřez jádra můžete určit pomocí posuvného měřítka. Dnes se k tomu používají speciální elektrická zařízení. Změříme průměr posuvným měřítkem a zaznamenáme hodnotu. Průřez se určí pomocí vzorce:

Vezměte prosím na vědomí – Pi je 3,14! To je to, co byste měli použít při použití vzorce.

Tuto metodu používají profesionální elektrikáři. Často používají mikrometr jako alternativu posuvného měřítka. Tato technika umožňuje rychle získat nejpřesnější výpočtové hodnoty. Hlavní výhodou je možnost provádět měření za chodu linky.

Pokud nemáte technické nástroje, budete potřebovat 3 položky:

Tato metoda je dostupnější, ale není dostatečně přesná. Chcete-li provést měření, proveďte několik akcí:

• očistěte jádro kabelu od izolačního povlaku;
• naviňte měděný drát na tužku;
• Změřte délku vinutí pomocí pravítka.

Obrázek ukazuje, jak správně namotat drát kolem tužky.

Chcete-li určit průřez vodičů, musíte výslednou hodnotu vydělit počtem žil. Používá se následující vzorec.

Pro získání přesného výsledku se doporučuje provést alespoň 15 otáček. Úroveň chyby závisí na velikosti volného prostoru mezi vinutími. Stiskněte cívky pevně k sobě, abyste získali přesné údaje.

Chybu lze snížit provedením několika měření. Najděte průměr na základě dvou nebo tří výsledků. Tato metoda je vhodná pouze pro tenké vodiče.

Třetí způsob výpočtu průřezu je založen na údajích z hotových tabulek. Tato metoda šetří čas a eliminuje použití vzorců. Chcete-li získat požadovanou hodnotu, měli byste najít odpovídající průměr v tabulce a podívat se na část, která mu odpovídá.

Stojí za to věnovat pozornost nejen průřezu drátu, ale také materiálu žil, zpravidla je to měď nebo hliník. Takové výrobky se vyznačují spolehlivostí a vysokou kvalitou. Matná barva žil ukazuje na produkt nízké kvality. Jedná se o levné slitiny, které ohrožují elektrickou bezpečnost místnosti. Při měření určitě berte ohled na izolaci, i když je extrémně tenká.

Označení drátu

Průřez lze také určit označením vodičů. Tuto metodu je vhodné použít při práci s novými zařízeními. Každý výrobce uvádí označení na obalu výrobku. Pomocí tabulky můžete snadno určit průřez podle kódu, vlastností a aplikačních vlastností drátu.

Označením lze také zjistit typ materiálu a izolace kabelu, typ drátu, konstrukční vlastnosti, jmenovité napětí, počet žil a průřez.

Výpočet průřezu drátu geometrickou metodou

Při práci s elektrickými zařízeními je nutné určit průřez vodiče na základě průměru vodiče. Při práci s monolitickým kruhovým vodičem se používá následující geometrický vzorec:

Při práci s pravoúhlými vodiči vypadá vzorec jinak:

S je obytná plocha (měřeno v milimetrech);

Při práci s lankovými dráty se používá složitější vzorec. Takové výrobky jsou vysoce kvalitní – jsou pružné a odolné proti mechanickému poškození. Monolity se používají pro stacionární instalaci, zatímco vícejádrové jsou vhodné pro složitější práce.

Příklad výpočtu jinými metodami

Výrobci často uvádějí příkon na obalu výrobku. V tomto případě můžete pro výpočet použít tuto hodnotu a řadu dalších ukazatelů. Podívejme se na příklad pomocí konkrétního problému.

Výkon všech spotřebičů elektřiny v ložnici je 4500 W. Všechny jsou připojeny k jednofázové síti 220 voltů a jsou závislé na jedné elektrické větvi. Pomocí níže uvedené tabulky můžete zjistit výkon oblíbených elektrických spotřebičů. Tato data vám v budoucnu umožní snadno připojit zařízení k síti.

K řešení je nutné použít simultánnost, která je 0,8. Pro rezervu si vezmeme hodnotu 1,2 pro případ budoucího připojení dalších domácích spotřebičů. Na základě toho můžete zjistit celkový vypočítaný výkon:

Výslednou hodnotu je nutné porovnat s ukazateli v obecné tabulce. Pomocí těchto údajů můžete snadno vypočítat průřez vodičů bez cizí pomoci. Při výběru vodičů nezapomeňte zohlednit zatížení sítě. Sníží se tak riziko přehřátí elektroinstalace a zkratu při provozu domácích spotřebičů.

Při provádění výpočtů si musíte pamatovat specifika provozu konkrétní místnosti. Průmyslové budovy fungují ve stejném rytmu, takže při použití koeficientů byste neměli brát velké rozpětí hodnot. Domácí kuchyně je místem inovací. Často se zde mohou objevit moderní zařízení, takže je třeba předem myslet na to, jak velký výkon sítě bude potřeba za pár let. Pomocí tohoto přístupu můžete prodloužit životnost vaší elektroinstalace a zvýšit vnitřní bezpečnost.

Tabulky s možnostmi výpočtu

Není vždy možné nezávisle najít indikátor přípustného výkonu pomocí vzorce a doporučení výrobce. V tomto případě se vždy můžete obrátit na specializované tabulky, abyste našli hotové výsledky výpočtů.

Při pokládání kabelů byste měli znát důležité funkce a nuance. Kulaté dráty jsou namontovány ve stěnách. Ploché kabely jsou vhodné pro vnitřní práce. Během provozu nevytvářejí problémy a snadno se instalují. Pokud si nejste jisti svými vlastními dovednostmi a znalostmi, je lepší kontaktovat specialisty pro profesionální práci.