חישוב חתך כבל לפי כוח וזרם: כיצד לחשב נכון את החיווט

האם אתה מתכנן לעשות מודרניזציה של רשת החשמל או להרחיב בנוסף את קו החשמל למטבח כדי לחבר תנור חשמלי חדש? כאן, ידע מינימלי על החתך של המוליך והשפעת פרמטר זה על הספק והזרם יהיה שימושי.

מסכים שחישוב שגוי של חתך הכבל מוביל להתחממות יתר וקצר חשמלי או לעלויות לא מוצדקות.

חשוב מאוד לבצע חישובים בשלב התכנון, מאז כישלון חיווט נסתר והחלפה לאחר מכן כרוכה בעלויות משמעותיות. אנו נעזור לך להבין את המורכבות של חישובים על מנת למנוע בעיות בהפעלה נוספת של רשתות חשמל.

כדי לא להעמיס עליכם חישובים מורכבים, בחרנו נוסחאות ברורות ואפשרויות חישוב, הצגנו את המידע בצורה נגישה וסיפקנו לנוסחאות הסברים. למאמר נוספו גם תמונות נושאיות וחומרי וידאו המאפשרים לך להבין בבירור את מהות הנושא הנדון.

חישוב חתך לכוח הצרכן

המטרה העיקרית של מוליכים היא לספק אנרגיה חשמלית לצרכנים בכמות הנדרשת. מכיוון שמוליכי-על אינם זמינים בתנאי הפעלה רגילים, יש לקחת בחשבון את ההתנגדות של חומר המוליך.

חישוב הקטע הנדרש מוליכים וכבלים בהתאם לכוח הכולל של הצרכנים מבוסס על ניסיון תפעולי ארוך טווח.

הבה נתחיל את המהלך הכללי של חישובים על ידי ביצוע תחילה חישובים באמצעות הנוסחה:

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

איפה:

• פ – הספק של כל הצרכנים המחוברים לסניף המחושב בוואט.
• P1, P2, PN – הספק של הצרכן הראשון, השני, ה-n, בהתאמה, בוואט.

לאחר קבלת התוצאה בתום החישובים באמצעות הנוסחה לעיל, הגיע הזמן לפנות לנתונים הטבלאיים.

כעת עליך לבחור את הסעיף הנדרש לפי טבלה 1.

טבלה 1. יש לבחור תמיד את חתך החוט לצד הגדול הקרוב ביותר (+)

שלב מס' 1 - חישוב הספק תגובתי ופעיל

יכולות הצרכן מצוינות במסמכי הציוד. בדרך כלל, דפי נתונים של ציוד מציינים הספק פעיל יחד עם הספק תגובתי.

מכשירים עם סוג פעיל של עומס ממירים את כל האנרגיה החשמלית שהתקבלה, תוך התחשבות ביעילות, לעבודה שימושית: מכנית, תרמית או סוג אחר.

מכשירים עם עומסים פעילים כוללים מנורות ליבון, תנורי חימום ותנורים חשמליים.

עבור מכשירים כאלה, לחישוב הכוח לפי זרם ומתח יש את הצורה:

P=U*I,

איפה:

• פ - כוח ב-W;
• U - מתח ב-V;
• אני – חוזק נוכחי ב-A.

מכשירים עם סוג עומס תגובתי מסוגלים לצבור אנרגיה המגיעה ממקור ואז להחזיר אותה. החלפה זו מתרחשת עקב תזוזה של הסינוסואיד הנוכחי והסינוסואיד המתח.

בתזוזת פאזה אפסית, להספק P=U*I תמיד יש ערך חיובי. למכשירים עם סוג עומס פעיל יש גרף כזה של שלבי הזרם והמתח (I, i - זרם, U, u - מתח, π - pi שווה ל-3.14)

מכשירים בעלי כוח תגובתי כוללים מנועים חשמליים, מכשירים אלקטרוניים מכל הגדלים והמטרות, ושנאים.

כאשר יש שינוי פאזה בין הסינוסואיד הנוכחי לסינוסואיד המתח, ההספק P=U*I יכול להיות שלילי (I, i - זרם, U, u - מתח, π - pi שווה ל-3.14). התקן כוח תגובתי מחזיר אנרגיה מאוחסנת בחזרה למקור

רשתות חשמל בנויות בצורה כזו שהן יכולות להעביר אנרגיה חשמלית בכיוון אחד ממקור לעומס.

לכן, האנרגיה המוחזרת מצרכן בעל עומס תגובתי היא טפילית ומתבזבזת על חימום המוליכים ושאר הרכיבים.

כוח תגובתי תלוי בזווית הפאזה בין הסינוסואידים של המתח והזרם. זווית הסטת הפאזה באה לידי ביטוי באמצעות cosφ.

כדי למצוא את ההספק הכולל, השתמש בנוסחה:

P = Q / cosφ,

איפה ש – כוח תגובתי ב-VAR.

בדרך כלל, גיליון הנתונים של המכשיר מציין הספק תגובתי ומחיר φ.

דוגמא: הדרכון של מקדחה הפטיש מציין כוח תגובתי של 1200 VAr ו-cosφ = 0.7.לכן, צריכת החשמל הכוללת תהיה שווה ל:

P = 1200/0.7 = 1714 W

אם לא ניתן היה למצוא את cosφ, עבור הרוב המכריע של מכשירי החשמל הביתיים ניתן לקחת את cosφ שווה ל-0.7.

שלב מס' 2 - חיפוש מקדמי סימולטניות ושוליים

ק - מקדם סימולטניות חסר מימד, מראה כמה צרכנים יכולים להיות מחוברים לרשת בו זמנית. לעתים רחוקות קורה שכל המכשירים צורכים חשמל בו זמנית.

הפעלה בו-זמנית של מרכז הטלוויזיה והמוזיקה לא סביר. מפרקטיקה מבוססת, ניתן לקחת K שווה ל-0.8. אם אתה מתכנן להשתמש בכל הצרכנים בו זמנית, K צריך להיות מוגדר ל-1.

י – מקדם בטיחות חסר מימדים. מאפיין יצירת עתודת כוח עבור צרכנים עתידיים.

ההתקדמות לא עומדת במקום, מדי שנה מומצאים מכשירים חשמליים מדהימים ושימושיים חדשים. צריכת החשמל צפויה לגדול ב-84% עד 2050. בדרך כלל J נחשב בין 1.5 ל-2.0.

שלב מס' 3 - ביצוע חישובים בשיטה הגיאומטרית

בכל חישובי החשמל נלקח שטח החתך של המוליך - חתך הליבה. נמדד במ"מ².

לעתים קרובות יש צורך ללמוד כיצד לחשב נכון קוטר חוט חוטי מוליכים.

במקרה זה, יש נוסחה גיאומטרית פשוטה עבור חוט עגול מונוליטי:

S = π*R² = π*D²/4, או להפך

D = √(4*S / π)

עבור מוליכים מלבניים:

S = h * מ',

איפה:

• ס – שטח ליבה במ"מ²;
• ר - רדיוס הליבה במ"מ;
• ד - קוטר הליבה במ"מ;
• ח, מ - רוחב וגובה, בהתאמה, במ"מ;
• π - pi שווה 3.14.

אם אתה רוכש חוט תקוע, שבו מוליך אחד מורכב מחוטים מעוותים רבים בחתך עגול, החישוב מתבצע על פי הנוסחה:

S = N*D²/1,27,

איפה נ - מספר החוטים בליבה.

לחוטים עם ליבות מפותלות ממספר חוטים יש בדרך כלל מוליכות טובה יותר מאלו המונוליטיים. זה נובע מהמוזרויות של זרימת זרם דרך מוליך עם חתך עגול.

זרם חשמלי הוא תנועה של מטענים דומים לאורך מוליך. כמו מטענים דוחים זה את זה, כך צפיפות חלוקת המטען מוזזת לעבר פני השטח של המוליך.

יתרון נוסף של חוטים תקועים הוא הגמישות וההתנגדות המכנית שלהם. חוטים מונוליטיים זולים יותר ומשמשים בעיקר להתקנה נייחת.

שלב מס' 4 - חשב את חתך ההספק בפועל

מְשִׁימָה: ההספק הכולל של הצרכנים במטבח הוא 5000 W (כלומר, ההספק של כל הצרכנים הריאקטיביים חושב מחדש). כל הצרכנים מחוברים לרשת חד פאזית 220V ומופעלים מסניף אחד.

טבלה 2. אם אתה מתכנן לחבר צרכנים נוספים בעתיד, הטבלה מציגה את ההספק הנדרש של מכשירי חשמל ביתיים נפוצים (+)

פִּתָרוֹן:

ניקח את מקדם הסימולטניות K שווה ל-0.8. המטבח הוא מקום של חדשנות מתמדת, אי אפשר לדעת, מקדם הבטיחות הוא J=2.0. סך ההספק המשוער יהיה:

P = 5000*0.8*2 = 8000 W = 8 קילוואט

באמצעות ערך ההספק המחושב, אנו מחפשים את הערך הקרוב ביותר בטבלה 1.

חתך הליבה המתאים הקרוב ביותר לרשת חד פאזית הוא מוליך נחושת עם חתך רוחב של 4 מ"מ². גודל חוט דומה עם ליבת אלומיניום 6 מ"מ².

עבור חיווט ליבה אחת, הקוטר המינימלי יהיה 2.3 מ"מ ו-2.8 מ"מ, בהתאמה.במקרה של שימוש באפשרות מרובת ליבות, החתך של הליבות הבודדות מסוכם.

חישוב חתך הנוכחי

חישובים של חתך הזרם והכוח הנדרש של כבלים וחוטים יספקו תוצאות מדויקות יותר.חישובים כאלה מאפשרים להעריך את ההשפעה הכוללת של גורמים שונים על מוליכים, כולל עומס תרמי, מותג החוטים, סוג הנחת, תנאי הפעלה וכו'.

החישוב כולו מתבצע בשלבים הבאים:

• בחירת כוח של כל הצרכנים;
• חישוב זרמים העוברים דרך מוליך;
• בחירת חתך מתאים באמצעות טבלאות.

עבור אפשרות חישוב זו נלקח כוח הצרכנים במונחים של זרם ומתח מבלי לקחת בחשבון גורמי תיקון. הם יילקחו בחשבון בעת ​​סיכום החוזק הנוכחי.

שלב מס' 1 - חישוב חוזק הזרם באמצעות נוסחאות

למי ששכח את קורס הפיזיקה של בית הספר, אנו מציעים את הנוסחאות הבסיסיות בצורה של דיאגרמה גרפית כדף רמאות ויזואלי:

"הגלגל הקלאסי" מדגים בבירור את הקשר בין נוסחאות והתלות ההדדית של מאפייני הזרם החשמלי (I - חוזק זרם, P - כוח, U - מתח, R - רדיוס ליבה)

הבה נכתוב את התלות של הזרם I בהספק P ובמתח הקו U:

I = P/U_ל,

איפה:

• אני - חוזק הנוכחי, נלקח באמפר;
• פ - הספק בוואטים;
• U_ל - מתח קו בוולט.

מתח הקו תלוי בדרך כלל במקור אספקת החשמל; הוא יכול להיות חד או תלת פאזי.

הקשר בין מתח ליניארי לפאזה:

1. U_ל = U*cosφ במקרה של מתח חד פאזי.
2. U_ל = U*√3*cosφ במקרה של מתח תלת פאזי.

עבור צרכני חשמל ביתיים, cosφ=1 מקובל, כך שניתן לשכתב את המתח הליניארי:

1. U_ל = 220 וולט עבור מתח חד פאזי.
2. U_ל = 380 וולט עבור מתח תלת פאזי.

לאחר מכן, אנו מסכמים את כל הזרמים הנצרכים באמצעות הנוסחה:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

איפה:

• אני - זרם כולל באמפר;
• I1..IN - חוזק זרם של כל צרכן באמפר;
• ק - מקדם סימולטניות;
• י - גורם בטיחות.

למקדמי K ו-J יש אותם ערכים לאלו המשמשים בעת חישוב ההספק הכולל.

יכול להיות מקרה שבו ברשת תלת פאזית זורם זרם בעל חוזק לא שווה דרך מוליכים פאזה שונים.

זה קורה כאשר צרכנים חד פאזיים ותלת פאזיים מחוברים לכבל תלת פאזי בו זמנית. לדוגמה, מכונה תלת פאזית ותאורה חד פאזית מופעלת.

מתעוררת שאלה טבעית: כיצד מחושב החתך של חוט תקוע במקרים כאלה? התשובה פשוטה - חישובים נעשים על סמך הליבה הטעונה ביותר.

שלב מס' 2 - בחירת קטע מתאים באמצעות טבלאות

כללי ההפעלה למתקנים חשמליים (PEU) מכילים מספר טבלאות לבחירת החתך הנדרש של ליבת הכבל.

המוליכות של המוליך תלויה בטמפרטורה. עבור מוליכים מתכת, ההתנגדות עולה עם עליית הטמפרטורה.

כאשר עוברים סף מסוים, התהליך הופך להיות מקיים את עצמו: ככל שההתנגדות גבוהה יותר, הטמפרטורה גבוהה יותר, ההתנגדות גבוהה יותר וכו'. עד שהמוליך נשרף או גורם לקצר חשמלי.

שתי הטבלאות הבאות (3 ו-4) מציגות את חתך המוליכים בהתאם לזרמים ולשיטת ההתקנה.

טבלה 3. ראשית, אתה צריך לבחור את שיטת הנחת החוטים, זה קובע עד כמה יעיל הקירור (+)

כבל שונה מחוט בכך שכל ליבות הכבלים, המצוידות בבידוד משלהן, מעוותות לצרור וסגורות במעטפת בידוד משותפת. פרטים נוספים על ההבדלים והסוגים של מוצרי כבלים כתובים בזה מאמר.

טבלה 4. השיטה הפתוחה מצוינת עבור כל ערכי חתך המוליכים, אולם בפועל, חתכים מתחת ל-3 מ"מ אינם מונחים בגלוי מסיבות של חוזק מכני (+)

בעת שימוש בטבלאות, המקדמים הבאים מוחלים על הזרם הרציף המותר:

• 0.68 אם 5-6 ליבות;
• 0.63 אם 7-9 ליבות;
• 0.6 אם 10-12 ליבות.

גורמי הפחתה מוחלים על ערכים נוכחיים מהעמודה "פתוח".

המוליכים הנייטרליים וההארקה אינם כלולים במספר המוליכים.

על פי תקני PES, בחירת החתך של המוליך הנייטרלי לפי הזרם הרציף המותר נעשית כ-50% לפחות ממוליך הפאזה.

שתי הטבלאות הבאות (5 ו-6) מציגות את התלות של הזרם המותר לטווח ארוך בעת הנחתו באדמה.

טבלה 5. תלות של זרם מותר לטווח ארוך עבור כבלי נחושת כשהם מונחים באוויר או באדמה

העומס הנוכחי כשהוא מונח בגלוי וכשהוא מונח עמוק באדמה שונה. הם מתקבלים כשווים אם ההנחה באדמה מתבצעת באמצעות מגשים.

טבלה 6. תלות של זרם רציף מותר עבור כבלי אלומיניום כשהם מונחים באוויר או באדמה

עבור התקנת קווי אספקת חשמל זמניים (נושאים, אם לשימוש פרטי), חלה הטבלה הבאה (7).

טבלה 7. זרם רציף מותר בעת שימוש בחוטי צינור ניידים, כבלי צינור ופיר ניידים, כבלי זרקור, חוטים ניידים גמישים. משתמשים רק במוליכי נחושת

בעת הנחת כבלים באדמה, בנוסף לתכונות פיזור החום, יש צורך לקחת בחשבון את ההתנגדות, אשר באה לידי ביטוי בטבלה הבאה (8):

טבלה 8. מקדם תיקון בהתאם לסוג והתנגדות הקרקע לזרם המותר לטווח ארוך, בעת חישוב חתך הכבל (+)

חישוב ובחירת ליבות נחושת עד 6 מ"מ² או אלומיניום עד 10 מ"מ² מתבצע כמו עבור זרם רציף.

במקרה של חתכים גדולים, ניתן להחיל מקדם הפחתה:

0.875 * √T_pv

איפה ט_pv - היחס בין משך המעבר למשך המחזור.

משך ההדלקה אינו עולה על 4 דקות. במקרה זה, המחזור לא יעלה על 10 דקות.

בעת בחירת כבל לחלוקת חשמל פנימה בית עץ תשומת לב מיוחדת מוקדשת לעמידות האש שלו.

שלב מס' 3 - חישוב החתך הנוכחי של המוליך באמצעות דוגמה

מְשִׁימָה: לחשב את הקטע הנדרש כבל נחושת לחיבור:

• מכונת עיבוד עץ תלת פאזי בהספק של 4000 W;
• מכונת ריתוך תלת פאזי בהספק של 6000 W;
• מכשירי חשמל ביתיים בבית בהספק כולל של 25,000 W;

החיבור יתבצע באמצעות כבל חמש ליבות (שלושה מוליכים, אחד ניטרלי ואחד הארקה), המונח באדמה.

הבידוד של מוצרי כבלים וחוטים מחושב עבור מתח הפעלה ספציפי. יש לקחת בחשבון שמתח ההפעלה של המוצר שלו שצוין על ידי היצרן חייב להיות גבוה ממתח הרשת

פִּתָרוֹן.

שלב 1. אנו מחשבים את המתח הליניארי של חיבור תלת פאזי:

U_ל = 220 * √3 = 380 V

שלב 2. למכשירי חשמל ביתיים, למכונה ולמכונת ריתוך יש כוח תגובתי, כך שהכוח של המכונות והציוד יהיה:

פ_הָהֵן = 25000 / 0.7 = 35700 W

פ_אובור = 10000 / 0.7 = 14300 W

שלב 3. זרם נדרש לחיבור מכשירי חשמל ביתיים:

אני_הָהֵן = 35700 / 220 = 162 א'

שלב 4. זרם נדרש לחיבור ציוד:

אני_אובור = 14300 / 380 = 38 א'

שלב מס' 5. הזרם הנדרש לחיבור מכשירי חשמל ביתיים מחושב על סמך שלב אחד. לפי הבעיה, ישנם שלושה שלבים. לכן, ניתן לחלק את הזרם בין השלבים. לשם הפשטות, אנו מניחים התפלגות אחידה:

אני_הָהֵן = 162 / 3 = 54 א'

שלב מס' 6. זרם לכל שלב:

אני_ו = 38 + 54 = 92 א

שלב מס' 7. ציוד ומכשירי חשמל ביתיים לא יפעלו בו זמנית, בנוסף, נפריש רזרבה של 1.5. לאחר החלת גורמי תיקון:

אני_ו = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 א'

שלב מס' 8. למרות שהכבל מכיל 5 ליבות, רק ליבות תלת פאזיות נלקחות בחשבון. לפי טבלה 8 בעמודה כבל תלת ליבות באדמה, נמצא שזרם של 115 A מתאים לחתך ליבה של 16 מ"מ².

שלב מס' 9. לפי טבלה 8, אנו מיישמים מקדם תיקון בהתאם למאפייני הקרקע. עבור סוג אדמה רגיל, המקדם הוא 1.

שלב מס' 10. אופציונלי, חשב את קוטר הליבה:

D = √(4*16 / 3.14) = 4.5 מ"מ

אם החישוב נעשה רק על סמך כוח, מבלי לקחת בחשבון את המוזרויות של הנחת כבלים, אז חתך הרוחב של הליבה יהיה 25 מ"מ². חישוב עוצמת הזרם מסובך יותר, אך לעיתים מאפשר לחסוך כסף משמעותי, במיוחד כשמדובר בכבלי חשמל מרובי ליבות.

אתה יכול לקרוא עוד על הקשר בין ערכי מתח וזרם כאן.

חישוב נפילת מתח

לכל מוליך, למעט מוליכים, יש התנגדות. לכן, אם הכבל או החוט ארוך מספיק, מתרחשת נפילת מתח.

תקני PES דורשים שהחתך של ליבת הכבל יהיה כזה שמפל המתח לא יעלה על 5%.

טבלה 9. התנגדות של מוליכים מתכתיים נפוצים (+)

זה נוגע בעיקר לכבלים במתח נמוך בחתך קטן.

חישוב מפל המתח הוא כדלקמן:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_{כָּרִית} = אני * ר,

U_% = (U_{כָּרִית} /u_לין) * 100,

איפה:

• 2 - מקדם בשל העובדה כי הזרם זורם בהכרח דרך שני חוטים;
• ר - התנגדות מוליכים, אוהם;
• ρ — התנגדות מוליכים, אוהם*ממ²/M;
• ס – חתך מוליך, מ"מ²;
• U_{כָּרִית} - נפילת מתח, V;
• U_% - נפילת מתח ביחס ל-U_לין,%.

באמצעות נוסחאות, אתה יכול לבצע באופן עצמאי את החישובים הדרושים.

דוגמא לחישוב נשיאה

מְשִׁימָה: חשב את מפל המתח עבור חוט נחושת עם חתך של ליבה אחת של 1.5 מ"מ². החוט נדרש לחיבור מכונת ריתוך חשמלי חד פאזי בהספק כולל של 7 קילוואט. אורך חוט 20 מ'.

המעוניינים לחבר מכונת ריתוך ביתית לסניף רשת חשמל צריכים לקחת בחשבון את המסננת הנוכחית שעבורה מיועד הכבל המשמש. ייתכן שההספק הכולל של התקנים ההפעלה עשוי להיות גבוה יותר. האפשרות הטובה ביותר היא לחבר צרכנים לסניפים נפרדים

פִּתָרוֹן:

שלב 1. אנו מחשבים את ההתנגדות של חוט הנחושת באמצעות טבלה 9:

R = 2*(0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47 אוהם

שלב 2. זרם זורם דרך המוליך:

I = 7000 / 220 = 31.8 A

שלב 3. נפילת מתח על החוט:

U_{כָּרִית} = 31.8 * 0.47 = 14.95 וולט

שלב 4. אנו מחשבים את אחוז נפילת המתח:

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

מסקנה: כדי לחבר את מכונת הריתוך, נדרש מוליך עם חתך גדול.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

חישוב חתך המוליך באמצעות הנוסחאות:

המלצות של מומחים לבחירת מוצרי כבלים וחוטים:

החישובים לעיל תקפים עבור מוליכים נחושת ואלומיניום לשימוש תעשייתי. עבור סוגים אחרים של מוליכים, העברת החום הכוללת מחושבת מראש.

על סמך נתונים אלה מחושב הזרם המרבי שיכול לזרום דרך המוליך מבלי לגרום לחימום יתר.

אם יש לך שאלות כלשהן לגבי השיטה לחישוב חתך הכבלים או שתרצה לשתף את החוויה האישית שלך, אנא השאר הערות למאמר זה.מדור הסקירה נמצא למטה.