Вибір перетину кабелю - дроти для підключення - У прикладах

1. Основні етапи при визначенні перерізівпровідників
2. Визначення розрахункових значень (потужностей) і струмових навантажень електрообладнання
3. Визначення розрахункового струму для трифазного електрообладнання 380 В
4. Визначення розрахункового струму для однофазного електрообладнання 220 В
5. Визначення поперечного перерізу проводів або кабелів за умовою допустимої втрати напруги
6. Активне і індуктивне опір лінії
7. Формули розрахунку перетину провідників при заданій величині втрати напруги
8. Приклад розрахунку мінімального перетину по допустимій втраті напруги (без урахування індуктивного опору)
9. Визначення поперечного перерізу кабелів і проводів за умовою допустимого нагрівання (допустимий тривалий...
10. висновок

Досить часто перед електриками постає питання вибору перетину кабелю або проводу для підключення будь-якого електроустаткування або цілого об'єкта. Як правило, людина знаходить в інтернеті таблицю «перетин дроту - допустимий струм» і вибирає виходячи з неї.

До чого може призвести такий вибір проводу:

1. У такого роду таблицях не враховується довжина кабелю, а точніше, його опір, що може викликати знижений значення напруги на кінці лінії, недостатнє для нормальної роботи підключеного електрообладнання.
2. У випадку з обладнанням зі значними значеннями пускового струму (наприклад, асинхронні електродвигуни), обладнання не зможе увійти в свій робочий режим, так само, буде здійснено вплив на інших споживачів підключених від даної лінії.
3. Економічна необґрунтованість при виборі перерізу провідника більшого значення «із запасом».
4. Порушення правил улаштування електроустановок (ПУЕ) і Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів (ПТЕЕС).
5. Немає можливості перевірити правильність складання таблиці.

Основні етапи при визначенні перерізівпровідників

( завантажити блок-схему)

При виборі перетину кабелів і проводів необхідно виходити з умов:

1. Визначення розрахункового струму (потужностей) для підключається електрообладнання.
2. Допустимої втрати напруги (падіння напруги на підключається електрообладнанні). На даному етапі розраховується поперечний переріз провідників виходячи з струмового навантаження і протяжності лінії. Наприклад, для електродвигунів в момент подачі напруги, допускається таке падіння напруги, яке забезпечує необхідний пусковий момент, також не повинна порушуватися робота інших споживачів електроенергії. Це визначено нормами якості електричної енергії ГОСТ 13109-97, ПУЕ, а також в технічній документації на конкретний тип обладнання.
3. Нагрівання провідників певного типу (допустимому тривалого струму). Вибір перетинів провідників по нагріванню (Однойменний параграф в ПУЕ). Величина струму в провіднику певного перерізу повинна бути не більше певного значення. Даний параметр залежить від обраного типу ізоляції кабелю і місця його прокладки.
4. Механічної міцності жив провідників для різних типів електроустановок.
   Встановлюється мінімально допустимий переріз провідника навіть в тому випадку, коли провідник проходить за всіма іншими параметрами (безумовно в правилах улаштування електроустановок).
5. Визначення перетину провідників по економічній щільності струму (Однойменний параграф в ПУЕ). Економічно обгрунтоване перетин провідника. (На практиці застосовується в основному для розрахунку великих об'єктів)
6. Перевірка надійності дії струмового захисту при короткому замиканні для вибраного перерізу і довжини провідників (проводиться на етапі розрахунку апаратів захисту).

(Всі ГОСТи, згадані в тексті на момент написання статті 28.05.2018г - діючі)

Визначення розрахункових значень (потужностей) і струмових навантажень електрообладнання

Завдання розрахунку потужностей навантажень, не така проста задача, як може здатися спочатку. Наприклад, визначення потужності таких навантажень як лампи розжарювання, електроплити не представляє будь-яких ускладнень, так як даний вид навантаження споживає певну номінальну потужність, і дане значення може бути взято за розрахункове.

Складніша справа з електродвигунами, у яких значення споживаної з мережі потужності, безпосередньо залежить від механічного моменту обертання, з'єднаного з механізмом - металообробний верстат, вентилятор вентиляційної установки, циркуляційний насос і т. П.

Фактична потужність, споживана в певний момент часу електродвигуном, може значно відрізнятися від зазначеної в паспортних даних номінальної потужності. Наприклад, фактична споживана потужність електродвигуна насоса може змінюватися в залежності від: зміни складу середовища, що перекачується, тиску в трубопроводі і т. П. Двигун може виявитися як перевантаженим, так і недовантаженим.

Тим самим, розрахунок потужності для певної групи споживачів, ще більш ускладнюється.

Розрахункове навантаження для струмоведучих жил необхідно прийняти найбільшу можливу навантаження, як найбільш важку для проводів і кабелів лінії.

Під найбільшим навантаженням слід розуміти не короткочасний її сплеск (стрибок), а найбільше усереднене значення за півгодинний період часу.

Розрахункове навантаження групи електрообладнання визначається за формулою:

Kс - коефіцієнт попиту для режиму найбільшого навантаження (потужності), що враховує найбільшу можливу кількість підключеного електрообладнання групи. Для електродвигунів коефіцієнт попиту повинен враховувати також значення параметра їх завантаження;

Pу - номінальна електрична потужність підключається групи електрообладнання, що дорівнює сумі всіх номінальних потужностей підключається електрообладнання (кВт).

Значення розрахункової потужності повинно бути не менше номінальної споживаної потужності, найбільшого з підключається електроприймача.

Коефіцієнт попиту для одного електроприймача (одиночна навантаження), слід приймати рівним одиниці.

Коефіцієнти попиту для кожного типу електрообладнання свої, для їх визначення слід керуватися СП 31-110-2003.

Визначення розрахункового струму для трифазного електрообладнання 380 В

Для подальших розрахунків перерізу провідників за умовою нагрівання, а так само за умовою допустимої втрати напруги, необхідно розрахувати величину розрахункового струму лінії. Для трифазного електрообладнання величина розрахункового струму (Ампер) визначається за формулою:

P - Розрахункова потужність всього підключається електрообладнання, кВт;
Uн - номінальна напруга живлення, рівне міжфазни- значенням (лінійному) Вольт;
cos ф-коефіцієнт потужності одиночного електрообладнання або середнє значення всього, що підключається.

Визначення розрахункового струму для однофазного електрообладнання 220 В

Величина розрахункового струму (Ампер) для однофазного електроприймача або для групи приймачів, підключених до однієї фазі мережі трифазного струму, визначається по формулі:

Приклад №1.

Необхідно визначити розрахунковий струм для столярної майстерні, живиться від чьотирьох лінії номінальною напругою 380/220 В.
У майстерні планується встановити:

• 10 асинхронних електродвигунів, сумарною номінальною потужністю Py1 = 18 кВт.
• Освітлення складаються з ламп розжарювання сумарною потужністю Py2 = 1,3 кВт.
• Шість побутових штепсельних розеток (для підключення різної оргтехніки); Pу3 = 0,06 кВт

Згідно СП 31-110-2003 коефіцієнт попиту (Kс) для металообробних і деревообробних верстатів у майстернях, приймається при кількості працюючих електроприймачів до 3 Kс = 0,5.

Коефіцієнт попиту для розрахунку групової мережі робочого освітлення, розподільних і групових мереж евакуаційного та аварійного освітлення будівель слід приймати Kс = 1

Встановлена ​​потужність штепсельної розетки, приймаємо за 0,06 кВт коефіцієнт Kс = 1.

При змішаному підключенні загального робочого освітлення і розеточной мережі, розрахункове навантаження слід скласти.

Визначаємо розрахункове навантаження електродвигунів:

Освітлення і розеток:

Визначаємо розрахункове навантаження розеток:

Сумарна розрахункове навантаження:

Розрахунковий струм визначаємо за формулою (2):

Визначення поперечного перерізу проводів або кабелів за умовою допустимої втрати напруги

Вибір поперечного перерізу провідників в кабельній мережі повинен здійснюватися за допустимої втрати напруги, яка встановлюється з таким розрахунком, щоб відхилення напруги для всього приєднаного до цієї мережі електрообладнання не виходили за межі допустимого.

Номінальні напруги на виході систем електропостачання (за ГОСТом 21128-83):

Відповідно до Держстандарту 13109-97:

• Нормально допустиме значення усталеного відхилення напруги - ± 5.
• Гранично допустиме значення усталеного відхилення напруги - ± 10.

Активне і індуктивне опір лінії

Активний опір лінії (Ом / км) одно:

При розрахунку електромереж по втраті напруги активний опір проводів завжди має враховуватися. Навпаки, індуктивним опором лінії в ряді випадків, можна знехтувати.

Значення індуктивного опору провідників
Розрахунок мережі по втраті напруги без урахування індуктивного опору проводів допустимо в наступних випадках:

• для мережі постійного струму;
• змінного струму при cosφ = 1
• для мереж, виконаних кабелем або ізольованими проводами, прокладеними в трубах на роликах або ізоляторах, якщо їх перетині не перевищують величин, зазначених в таблиці нижче.

Формули розрахунку перетину провідників при заданій величині втрати напруги

Трифазна лінія змінного струму:

Двухпроводная лінія змінного або постійного струму:

Де γ - питома провідність матеріалу проводів, м / (Ом × мм 2);

Uн - номінальна напруга мережі, кВ (для трифазної мережі Uн - міжфазова напруга);

ΔUдоп - допустима втрата напруги в лінії, перетин якої визначається,%.

F - перетин провідників, мм2;

ΣP ∙ L = P1 ∙ L1 + P2 ∙ L2 + ... - сума творів навантажень, що протікають по ділянках лінії, на довжину цих ділянок; навантаження повинні виражатися в кіловатах, довжини в метрах;

ΣIа ∙ L = Iа1 ∙ L1 + Iа2 ∙ L2 + ... - сума творів проходять по ділянках активних складових струмів на довжини ділянок;

Токи повинні виражатися в амперах, довжини - в метрах.

Активні складові струму (А) визначаються множенням величин струмів на величини коефіцієнтів потужності Іа = I ∙ cos ɸ.

Приклад розрахунку мінімального перетину по допустимій втраті напруги (без урахування індуктивного опору)

Важливо! Необхідно пам'ятати, що в даному розрахунку ми знаходимо значення мінімального перетину, по допустимій втраті напруги на навантаженні, також в обов'язковому порядку необхідно проводити перевірку за допустимим тривалого струму (нагрівання кабелю).
Таблиця в ПУЕ (глава 1.3)

Приклад №2.

Визначити необхідний перетин двухпроводной лінії для прожекторів (на кінці лінії), з використанням ламп розжарювання потужність по 900 Вт 3 штуки, загальна довжина лінії 250 м, номінальну напругу лінії 220 В, допустима втрата напруги Uдоп = 5%, дроти лінії алюмінієві.

Визначаємо сумарне навантаження:

Сума творів навантаження на довжину лінії: ΣP ∙ L = 2,7 ∙ 250 = 675 кВт ∙ м.
Підставляємо значення в формулу (7) і визначаємо перетину проводів лінії:

Округляючи до найближчого (в більшу сторону) стандартного перетину (випускається промисловістю), вибираємо перетин проводів лінії.

Приклад №3.

Визначити перетин кабелю для підключення насоса (на кінці лінії), з використанням трифазного асинхронного двигуна механічної потужністю на валу 5.5 кВт АІР100.

Пам'ятайте! Що на «шільдеке» двигуна вказується не електрична потужність (споживана з мережі) а механічна потужність на валу (ГОСТ Р 52776-2007).

cos ɸ = 0.89, ККД = 0.848, довжина кабелю 130 м, номінальну напругу лінії 380 Вольт, допустима втрата напруги Uдоп = 5%, дроти лінії мідні.

Таким чином, для подальших розрахунків нам необхідно визначити активну складову електричної потужності:

P2 = 5.5 / 0.848 = 6.485 кВт.

Визначаємо розрахункове навантаження електродвигуна (коефіцієнт попиту для одиночної навантаження Kс = 1):

Розрахунковий струм визначаємо за формулою (2):

Сума творів струму на довжину лінії: ΣI ∙ L = 11 ∙ 130 = 1430 A ∙ м.
Підставляємо значення в формулу (6) і визначаємо перетину проводів лінії:

Округляючи до найближчого (в більшу сторону) стандартного перетину (випускається промисловістю), визначаємо перетин проводів лінії 2.5 мм 2.

І ще іноді необхідно дізнатися точне значення втрати напруги в Вольтах, для цього служить формула:

Давайте підставимо значення з прикладу №3:

І навпаки, якщо необхідно дізнатися відсоток відхилення (наприклад при практичних вимірах):

Визначення поперечного перерізу кабелів і проводів за умовою допустимого нагрівання (допустимий тривалий струм)

Протікає електричний струм в провіднику неодмінно викликає його нагрівання. Одночасно з цим, відбувається охолодження провідників шляхом віддачі тепла в навколишнє середовище. З плином часу, температура провідників досягає певного значення, яке в подальшому залишається незмінним.

Максимальна допустима температура для проводів і кабелів визначається умовами застосовуваних матеріалів для ізоляції провідників і перетином струмоведучих жил.

Величина тривалого впливу струму в провідниках, повинна бути обмежена для того щоб температура провідників не виходила за межі встановлених в правилах улаштування електроустановок (ПУЕ. Глава 1.3). В іншому випадку, підвищена температура кабелів і проводів може викликати швидкий знос ізоляції провідників, що в свою чергу, призведе до аварійних ситуацій.

Приклад №4.

Визначити допустиму тривалу струмовий навантаження для трьохжильного кабелю з мідними жилами з гумовою ізоляцією поперечним перерізом 2,5 мм 2 при прокладці в землі і в повітрі.

За значенням ( Таблиця 1.3.6. ПУЕ), знаходимо для трьохжильного кабелю зазначеного перетину і застосовуваних ізоляційних матеріалів, допустимі навантаження при прокладці в землі - 25 Ампер і в повітрі-38 Ампер

Як ми бачимо, значення допустимого струмового навантаження на один і той же тип кабелю, змінюється в залежності від умов прокладки (умов охолодження провідників: найкраще охолодження кабелю відбувається при прокладці в землі, гірше - при прокладанні в повітрі).

На даному етапі ми перевіряли перетин кабелю обраного нами (в прикладі № 3) по допустимій втраті напруги на відповідність умовам нагрівання.

Так само, обраний нами перетин, відповідає вимогам механічної міцності (ПУЕ 3.4.4. ГОСТ Р 50571.5.52-2011).

Також необхідно пам'ятати, що завжди потрібна перевірка надійності дії струмового захисту при короткому замиканні в віддалених точках мережі, при обраному перетині і довжині провідників (буде розглянуто в наступних публікаціях).

висновок

В даному матеріалі були описані основні види розрахунків застосовуються при виборі поперечних перерізів провідників для кабелів і проводів за умовою впливу тривалих струмів (нагрівання), по допустимій втраті напруги. Що є основними критеріями в практичних розрахунках для більшості випадків.

Перетин проводів і кабелів для будь-якої ділянки мережі повинно відповідати всім цим вимогам. Але в багатьох випадках вирішальне значення при виборі перетину має одне зі згаданих умов.

Так само хотілося відзначити, що для деяких умов (як правило, для великих об'єктів), також необхідно враховувати наступні параметри:

• Поправку на температуру навколишнього середовища.
• Поправка на число кабелів, прокладених спільно.
• Поправку на повторно-короткочасний і короткочасний режим роботи.
• Вибір перетину провідників по економічній щільності струму.

Як правило, перетин провідників в кабельної лінії великою протяжністю і повітряні лінії електропередач різного призначення, в першу чергу проводиться розрахунок по допустимому падінню напруги. Розрахунок, але з умовами впливу тривалого струму (нагрівання) має в даному випадку перевірочний характер, так як поперечні перерізи проводів, обрані по допустимій втраті напруги, задовольняють умовам нагрівання.

У зв'язку з цим, поперечні перерізи кабелів та ізольованих проводів силових мереж промислових об'єктів з великою щільністю навантаження при відносно малій протяжністю ліній, визначається, перш за все, за умовами нагрівання (допустимим значенням струму для певного типу провідника). Перетини ж протяжних і слабонавантажених ліній, визначаються припустимим значенням втрати напруги і умовою механічної міцності. В даному випадку розрахунок допустимої втрати напруги носить перевірочний характер.