Výpočet průřezu vodičů a kabelů – články z internetového obchodu LiparKabel v Moskvě
Na trzích často vidíte ručně psané cedule s uvedením, jaký kabel si kupující musí koupit v závislosti na očekávaném zatěžovacím proudu. Těmto cedulím nevěřte, protože jsou zavádějící. Průřez kabelu se volí nejen podle provozního proudu, ale také podle několika dalších parametrů.
V první řadě je nutné vzít v úvahu, že při použití kabelu na hranici jeho možností se jádra kabelu zahřívají o několik desítek stupňů. Hodnoty proudu uvedené na obrázku 1 předpokládají ohřev kabelových jader až na 65 stupňů při okolní teplotě 25 stupňů.
Pokud je v jednom potrubí nebo žlabu položeno několik kabelů, pak se v důsledku jejich vzájemného ohřevu (každý kabel ohřívá všechny ostatní kabely) maximální přípustný proud sníží o 10 – 30 procent.
Také maximální možný proud klesá při zvýšených okolních teplotách. Proto se ve skupinové síti (síť od panelů k lampám, zásuvkám a dalším elektrickým spotřebičům) obvykle používají kabely s proudy nepřesahujícími 0,6 – 0,7 hodnot uvedených na obrázku 1.
Obr. 1. Přípustný trvalý proud kabelů s měděnými vodiči
Na základě toho je rozšířené používání jističů se jmenovitým proudem 25 A k ochraně zásuvkových sítí položených kabely s měděnými jádry o průřezu 2,5 mm2 nebezpečné. Tabulky redukčních faktorů v závislosti na teplotě a počtu kabelů v jednom žlabu naleznete v Pravidlech pro elektroinstalaci (PUE).
Další omezení vznikají, když je kabel dlouhý. V tomto případě mohou ztráty napětí v kabelu dosáhnout nepřijatelně vysokých hodnot. Při výpočtu kabelů se zpravidla předpokládají maximální ztráty ve vedení maximálně 5 %.
Není těžké vypočítat ztráty, pokud znáte hodnotu odporu kabelových jader a odhadovaný zatěžovací proud. Obvykle se však k výpočtu ztrát používají tabulky závislosti ztrát na zatěžovacím momentuMoment zatížení se vypočítá jako součin délky kabelu v metrech a výkonu v kilowattech.
Data pro výpočet ztrát při jednofázovém napětí 220 V jsou uvedena v tabulce 1. Například pro kabel s měděnými žilami o průřezu 2,5 mm2 s délkou kabelu 30 metrů a zatěžovacím výkonem 3 kW je zatěžovací moment 30×3=90 a ztráty budou 3 %. Pokud vypočítaná hodnota ztrát přesáhne 5 %, je nutné zvolit kabel s větším průřezem.
Tabulka 1. Zatěžovací moment, kW x m, pro měděné vodiče ve dvouvodičovém vedení při napětí 220 V s daným průřezem vodiče
Ztráty v trojfázovém vedení lze určit z tabulky 2. Z porovnání tabulek 1 a 2 vyplývá, že v trojfázovém vedení s měděnými vodiči o průřezu 2,5 mm2 odpovídají 3% ztráty šestinásobně většímu zatěžovacímu momentu.
Trojnásobné zvýšení hodnoty zatěžovacího momentu nastává v důsledku rozložení výkonu zátěže na tři fáze a dvojnásobné zvýšení nastává v důsledku skutečnosti, že v třífázové síti se symetrickým zatížením (stejné proudy ve fázových vodičích) je proud v neutrálním vodiči nulový. Při asymetrickém zatížení se zvyšují ztráty v kabelu, což je třeba zohlednit při výběru průřezu kabelu.
Tabulka 2. Zatěžovací moment, kW x m, pro měděné vodiče v třífázovém čtyřvodičovém vedení s nulou při napětí 380/220 V s daným průřezem vodiče
Ztráty v kabelech mají silný vliv při použití nízkonapěťových žárovek, jako jsou halogenové žárovky. To je pochopitelné: pokud fázový a nulový vodič poklesne o 3 volty, pak si toho při 220 V s největší pravděpodobností nevšimneme a při 12 V napětí na žárovce klesne o polovinu na 6 V. Proto musí být transformátory pro napájení halogenových žárovek co nejblíže žárovkám. Například při délce kabelu 4,5 metru s průřezem 2,5 mm2 a zátěži 0,1 kW (dvě žárovky po 50 W) je zatěžovací moment 0,45, což odpovídá ztrátám 5 % (tabulka 3).
Tabulka 3. Zatěžovací moment, kW x m, pro měděné vodiče ve dvouvodičovém vedení při napětí 12 V s daným průřezem vodiče
Uvedené tabulky nezohledňují zvýšení odporu vodiče v důsledku ohřevu v důsledku protékajícího proudu. Pokud se tedy kabel používá při proudech 0,5 nebo více maximálního přípustného proudu kabelu daného průřezu, je nutné zavést korekci. V nejjednodušším případě, pokud se očekávají ztráty nejvýše 5 %, vypočítejte průřez na základě ztrát 4 %. Ztráty se mohou také zvýšit, pokud existuje velký počet spojení kabelových jader.
Kabely s hliníkovými jádry mají odpor 1,7krát větší než kabely s měděnými jádry, a proto jsou v nich ztráty 1,7krát větší.
Druhým omezujícím faktorem pro dlouhé délky kabelů je překročení přípustné hodnoty odporu fázově-nulového obvoduPro ochranu kabelů před přetížením a zkraty se obvykle používají automatické spínače s kombinovanou spouští. Takové spínače mají tepelnou a elektromagnetickou spoušť.
Elektromagnetická spoušť zajišťuje okamžité (desetiny a dokonce setiny sekundy) odpojení nouzové části sítě během zkratu. Například jistič označený jako C25 má tepelnou spoušť pro 25 A a elektromagnetickou spoušť pro 250 A. Automatické spínače skupiny „C“ mají poměr vypínacího proudu elektromagnetické spouště k tepelné od 5 do 10. Při výpočtu zkratového proudu ve vedení se však bere maximální hodnota.
Celkový odpor fázově-neutrálního obvodu zahrnuje: odpor snižovacího transformátoru transformátorové stanice, odpor kabelu z rozvodny k hlavnímu rozvaděči (HRP) budovy, odpor kabelu položeného z HRP k rozvaděči (RP) a odpor samotného kabelu skupinového vedení, jehož průřez je nutné určit.
Pokud má vedení velký počet spojů kabelových jader, například skupinové vedení s velkým počtem lamp propojených smyčkou, pak se zohledňuje i odpor kontaktních spojů. Při velmi přesných výpočtech se zohledňuje odpor oblouku v místě zkratu.
Celkový odpor obvodu fáze-nula pro čtyřvodičové kabely je uveden v tabulce 4. Tabulka zohledňuje odpor fázového i nulového vodiče. Hodnoty odporu jsou uvedeny při teplotě jádra kabelu 65 stupňů. Tabulka platí i pro dvouvodičová vedení.
Tabulka 4. Celkový odpor obvodu fáze-nula pro 4žilové kabely, Ohm/km při teplotě jádra 65 °C
V městských transformátorových rozvodnách se zpravidla instalují transformátory s výkonem 630 kVA a více s výstupním odporem Rtp menším než 0,1 Ohm. Ve venkovských oblastech lze použít transformátory pro 160 – 250 kVA s výstupním odporem asi 0,15 Ohm a dokonce i transformátory pro 40 – 100 kVA s výstupním odporem 0,65 – 0,25 Ohm.
Silové kabely z městských transformoven k hlavním rozvaděčům domů se obvykle používají s hliníkovými jádry s průřezem fázového jádra nejméně 70 – 120 mm2. Pokud je délka těchto vedení menší než 200 metrů, lze odpor fázově-nulového obvodu silového kabelu (Rпк) považovat za 0,3 Ohmu. Pro přesnější výpočet je nutné znát délku a průřez kabelu, případně tento odpor změřit. Jedno ze zařízení pro taková měření (přístroj Vektor) je znázorněno na obr. 2.
Obr. 2. Zařízení pro měření odporu fázově-nulového obvodu „Vector“
Odpor vedení musí být takový, aby v případě zkratu proud v obvodu zaručeně překročil vypínací proud elektromagnetické spouště. U jističe C25 musí zkratový proud ve vedení překročit hodnotu 1,15x10x25=287 A, kde 1,15 je bezpečnostní faktor.
Proto by odpor obvodu fáze-nula pro jistič C25 neměl být větší než 220 V/287 A = 0,76 Ohm. Pro jistič C16 by tedy odpor obvodu neměl překročit 220 V/1,15 x 160 A = 1,19 Ohm a pro jistič C10 – ne více než 220 V/1,15 x 100 = 1,91 Ohm.
Pro městský bytový dům, při použití kabelu s měděnými žilami o průřezu 0,1 mm0,3, chráněného jističem C2,5, tedy při Rтп=2 Ohm; Rпк=16 Ohm, by odpor kabelu Rгр (fázový a nulový vodič) neměl překročit Rгр=1,19 Ohm – Rтп – Rпк = 1,19 – 0,1 – 0,3 = 0,79 Ohm. Podle tabulky 4 zjistíme jeho délku – 0,79/17,46 = 0,045 km, neboli 45 metrů. Pro většinu bytů je tato délka dostatečná.
Při použití jističe C25 k ochraně kabelu s průřezem 2,5 mm2 musí být odpor obvodu menší než 0,76 – 0,4 = 0,36 Ohm, což odpovídá maximální délce kabelu 0,36/17,46 = 0,02 km, neboli 20 metrů.
Při použití jističe C10 k ochraně skupinového osvětlovacího vedení z kabelu s měděnými žilami o průřezu 1,5 mm2 získáme maximální přípustný odpor kabelu 1,91 – 0,4 = 1,51 Ohmu, což odpovídá maximální délce kabelu 1,51/29,1 = 0,052 km, neboli 52 metrů. Pokud je takové vedení chráněno jističem C16, bude maximální délka vedení 0,79/29,1 = 0,027 km, neboli 27 metrů.
- „Správné“ elektrické vedení v sádrokartonových stěnách
- Co dělat, když vyhřívaná podlaha nefunguje
- Co dělat, když se při připojení pračky spustí proudový chránič nebo automatický jistič
Doufám, že vám tento článek pomohl. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Tajemství elektrikáře
Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity
Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata
Sdílejte tento článek se svými přáteli:
Výrobní materiál a průřez vodičů jsou možná hlavní kritéria, která je třeba dodržovat při výběru vodičů a silových kabelů.
Připomeňme, že plocha průřezu (S) kabelu se vypočítá podle vzorce S = (Pi * D2)/4, kde Pi je pi rovno 3,14 a D je průměr.
Proč je správný výběr průřezu vodiče tak důležitý? Za prvé proto, že použité dráty a kabely jsou hlavními prvky elektrického vedení vašeho domu nebo bytu. A musí splňovat všechny normy a požadavky na spolehlivost a elektrickou bezpečnost.
Hlavním regulačním dokumentem upravujícím průřezovou plochu elektrických vodičů a kabelů jsou Pravidla pro výstavbu elektrických instalací (PUE).
Hlavní indikátory, které určují průřez drátu:
— Kov, ze kterého jsou vyrobeny vodiče s proudem.
— Provozní napětí, V.
— Příkon, kW a proudové zatížení, A.
Nesprávně zvolené vodiče, které neodpovídají zátěži spotřeby, se tak mohou zahřát nebo dokonce spálit jednoduše proto, že nevydrží aktuální zátěž, která nemůže ovlivnit elektrickou a požární bezpečnost vašeho domova. Velmi častý je případ, kdy je z důvodu hospodárnosti nebo z jiných důvodů použit drát menšího průřezu, než je nutné.
Při výběru průřezu drátu byste se také neměli řídit rčením „kaši nezkazíte máslem“. Použití vodičů s větším průřezem, než jaký je skutečně zapotřebí, povede pouze k vyšším nákladům na materiál (koneckonců ze zřejmých důvodů bude jejich cena vyšší) a způsobí další potíže při instalaci.
Takže pokud jde o elektrické vedení domu nebo bytu, optimální aplikace by byla: pro „zásuvku“ – výkonové skupiny měděného kabelu nebo drátu s průřezem jádra 2,5 mm² a pro skupiny osvětlení – s průřezem jádra průřez 1,5 mm². Pokud jsou v domě například spotřebiče s vysokým výkonem. e-mailem sporáky, trouby, elektrické varné desky, pak k jejich napájení byste měli použít kabely a vodiče o průřezu 4-6 mm2.
Navrhovaná možnost výběru průřezů pro vodiče a kabely je pravděpodobně nejběžnější a nejoblíbenější při instalaci elektrického vedení v bytech a domech. Což je obecně pochopitelné: měděné dráty o průřezu 1,5 mm² jsou schopny „udržet“ zátěž 4,1 kW (proud – 19 A), 2,5 mm² – 5,9 kW (27 A), 4 a 6 mm² – nad 8 a 10 kW. To stačí k napájení zásuvek, osvětlovacích zařízení nebo elektrických sporáků. Navíc takový výběr průřezů vodičů poskytne určitou „rezervu“ v případě zvýšení výkonu zátěže, například při přidávání nových „elektrických bodů“.
Při použití hliníkových drátů je třeba mít na paměti, že hodnoty dlouhodobého přípustného proudového zatížení na nich jsou mnohem menší než při použití měděných drátů a kabelů podobného průřezu. Takže pro vodiče z hliníkových drátů o průřezu 2 mm² je maximální zatížení o něco více než 4 kW (proud je 22 A), pro vodiče s průřezem 4 mm² – ne více než 6 kW.
Ne posledním faktorem při výpočtu průřezu vodičů a kabelů je provozní napětí. Při stejném příkonu elektrických spotřebičů bude tedy proudové zatížení žil napájecích kabelů nebo vodičů elektrických spotřebičů určených pro jednofázové napětí 220 V vyšší než u zařízení pracujících na napětí 380 V.
Kabely a vodiče z naší výroby plně vyhovují deklarovanému průřezu!