Stai pensando di aggiornare la rete elettrica o estendere una linea elettrica aggiuntiva alla cucina per collegare una nuova stufa elettrica? Qui sono utili le conoscenze minime sulla sezione trasversale del conduttore e l'effetto di questo parametro su potenza e amperaggio.
Concordare che un calcolo errato della sezione del cavo porta a surriscaldamento e cortocircuito o a spese ingiustificate.
È molto importante eseguire calcoli in fase di progettazione, poiché il fallimento del cablaggio nascosto e la successiva sostituzione è gravoso di costi significativi. Ti aiuteremo a gestire le complessità dei calcoli al fine di evitare problemi con l'ulteriore funzionamento della rete elettrica.
Al fine di non gravarti di calcoli complessi, abbiamo selezionato formule comprensibili e opzioni di calcolo, fornito informazioni in una forma accessibile, fornendo spiegazioni alle formule. Inoltre, sono state aggiunte foto e video tematici all'articolo, che consentono di comprendere chiaramente l'essenza del problema in esame.
Calcolo della sezione trasversale in base alla capacità dei consumatori
Lo scopo principale dei conduttori è la fornitura di energia elettrica ai consumatori nella quantità richiesta. Poiché i superconduttori non sono disponibili in normali condizioni operative, è necessario tenere conto della resistenza del materiale del conduttore.
Il calcolo della sezione richiesta di conduttori e cavi in base alla potenza totale dei consumatori si basa sull'esperienza operativa a lungo termine.
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Diversi tipi di cavo per dispositivo di cablaggio
Diversi spessori per conduttori per uso domestico
Numero di core in varie marche di cavi
Opzioni di cavo incagliato
Iniziamo il processo di calcolo generale eseguendo prima i calcoli utilizzando la formula:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Dove:
- P - la potenza di tutti i consumatori collegati al ramo calcolato in Watt.
- P1, P2, PN - potenza del primo consumatore, il secondo, n-esimo, rispettivamente, in Watt.
Dopo aver ricevuto il risultato alla fine dei calcoli secondo la formula precedente, era tempo di passare ai dati della tabella.
Ora devi scegliere la sezione richiesta secondo la tabella 1.
Tabella 1. La sezione dei conduttori del filo deve sempre essere selezionata nel lato più grande più vicino (+)
Fase 1: calcolo della potenza reattiva e attiva
Le capacità dei consumatori sono indicate nei documenti relativi all'apparecchiatura. In genere, i certificati delle apparecchiature indicano la potenza attiva insieme alla potenza reattiva.
I dispositivi con un tipo di carico attivo trasformano tutta l'energia elettrica ricevuta, tenendo conto dell'efficienza, in un lavoro utile: meccanico, termico o di altra natura.
I dispositivi con un carico attivo includono lampade a incandescenza, riscaldatori, stufe elettriche.
Per tali dispositivi, il calcolo della potenza per corrente e tensione ha la forma:
P = U * I,
Dove:
- P - potenza in watt;
- U - tensione in V;
- io - forza attuale in A.
I dispositivi con un tipo di carico reattivo sono in grado di accumulare energia dalla sorgente e quindi restituirla. Tale scambio si verifica a causa dello spostamento della corrente sinusoidale e della tensione sinusoidale.
A zero sfasamenti, la potenza P = U * I ha sempre un valore positivo. Un tale grafico delle fasi di corrente e tensione sono dispositivi con un tipo di carico attivo (I, i - corrente, U, u - tensione, π - pi numero, pari a 3,14)
I dispositivi di potenza reattiva comprendono motori elettrici, dispositivi elettronici di tutte le dimensioni e scopi e trasformatori.
Quando c'è uno sfasamento tra la corrente sinusoidale e la tensione sinusoidale, la potenza P = U * I può essere negativa (I, i è la corrente, U, u è la tensione, π è il numero pi pari a 3,14). Il dispositivo di potenza reattiva restituisce l'energia immagazzinata alla fonte
Le reti elettriche sono costruite in modo tale da poter trasmettere energia elettrica in una direzione dalla sorgente al carico.
Pertanto, l'energia restituita dal consumatore con un carico reattivo è parassita e viene spesa per il riscaldamento di conduttori e altri componenti.
La potenza reattiva dipende dall'angolo di fase tra la tensione e la corrente sinusoidi. L'angolo di fase è espresso in termini di cosφ.
Per trovare la piena potenza, usa la formula:
P = Q / cosφ,
Dove Q - potenza reattiva in VA.
In genere, i dati del passaporto sul dispositivo indicano potenza reattiva e cosφ.
Esempio: nel passaporto il perforatore mostra una potenza reattiva di 1200 VAR e cosφ = 0,7. Pertanto, il consumo totale sarà pari a:
P = 1200 / 0,7 = 1714 O.
Se non è possibile trovare cosφ, per la stragrande maggioranza degli elettrodomestici, il cosφ può essere assunto pari a 0,7.
Fase 2: ricerca di simultaneità e rapporti di margine
K - coefficiente di simultaneità senza dimensioni, mostra quanti consumatori possono essere contemporaneamente inclusi nella rete. Accade raramente che tutti i dispositivi consumino contemporaneamente elettricità.
È improbabile il funzionamento simultaneo della TV e del centro musicale. Da pratica consolidata, K può essere preso pari a 0,8. Se prevedi di utilizzare tutti i consumatori contemporaneamente, K dovrebbe essere considerato uguale a 1.
J - fattore di sicurezza senza dimensioni. Caratterizza la creazione di una riserva di carica per i futuri consumatori.
I progressi non si fermano, ogni anno vengono inventati nuovi e sorprendenti apparecchi elettrici nuovi e utili. Entro il 2050, la crescita del consumo di elettricità dovrebbe raggiungere l'84%. In genere, si presume che J sia compreso tra 1,5 e 2,0.
Fase 3: esecuzione di un calcolo geometrico
In tutti i calcoli elettrici, viene presa l'area della sezione trasversale del conduttore - la sezione del nucleo. Misurato in mm2.
Spesso è necessario imparare a calcolare correttamente la sezione trasversale di un filo in base al diametro del filo del conduttore.
In questo caso, esiste una semplice formula geometrica per un filo tondo monolitico:
S = π * R2 = π * D2/4, o vice versa
D = √ (4 * S / π)
Per conduttori di sezione rettangolare:
S = h * m,
Dove:
- S - area del nucleo in mm2;
- R - raggio del nucleo in mm;
- D - diametro del nucleo in mm;
- h, m - larghezza e altezza, rispettivamente, in mm;
- π Il numero pi è uguale a 3,14.
Se acquisti un filo a trefoli, in cui un conduttore è costituito da molti fili intrecciati di sezione circolare, il calcolo viene eseguito secondo la formula:
S = N * D2/1,27,
Dove N - il numero di fili nella vena.
I fili che hanno attorcigliato da più fili, in generale, hanno una conduttività migliore rispetto al monolitico. Ciò è dovuto alle peculiarità della corrente che scorre attraverso un conduttore circolare.
La corrente elettrica è il movimento delle stesse cariche lungo il conduttore. Le cariche con lo stesso nome respingono, pertanto, la densità di distribuzione della carica viene spostata sulla superficie del conduttore.
Un altro vantaggio dei fili a trefoli è la loro flessibilità e resistenza meccanica. I fili monolitici sono più economici e vengono utilizzati principalmente per l'installazione fissa.
Fase 4: calcola la sezione di potenza in pratica
Compito: la potenza totale dei consumatori in cucina è di 5000 watt (il che significa che viene raccontata la potenza di tutti i consumatori reattivi). Tutti i consumatori sono collegati a una rete monofase a 220 V e hanno alimentazione da un ramo.
Tabella 2. Se si prevede di collegare altri consumatori in futuro, la tabella mostra le capacità richieste degli elettrodomestici comuni (+)
Decisione:
Si presume che il coefficiente di simultaneità K sia uguale a 0,8. La cucina è un luogo di costante innovazione, non importa, un fattore di sicurezza di J = 2.0. La capacità totale stimata sarà:
P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Usando il valore della potenza di progettazione, cerchiamo il valore più vicino nella tabella 1.
La sezione trasversale del conduttore adatta più vicina per una rete monofase è un conduttore in rame con una sezione trasversale di 4 mm2. Dimensioni del filo simili con anima in alluminio 6 mm2.
Per il cablaggio unipolare, il diametro minimo sarà rispettivamente di 2,3 mm e 2,8 mm. Nel caso di un'opzione multicore, viene aggiunta la sezione trasversale dei singoli core.
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Camera con il numero massimo di elettrodomestici
Attrezzature tecniche di bagni e bagni combinati
Collegamento dei consumatori di energia
Presa di blocco per apparecchiature a bassa potenza
Il piano cottura richiede una connessione adeguata
Linea elettrica per lavatrice
Separare i rami dell'alimentazione per i frigoriferi
Potenti consumatori di energia nei bagni e nei bagni
Calcolo della sezione trasversale corrente
I calcoli della sezione richiesta per corrente e potenza di cavi e fili presenteranno risultati più accurati. Tali calcoli consentono di valutare l'effetto generale di vari fattori sui conduttori, inclusi carico termico, grado del filo, tipo di guarnizione, condizioni operative, ecc.
L'intero calcolo viene eseguito durante le seguenti fasi:
- selezione della potenza di tutti i consumatori;
- calcolo delle correnti che attraversano il conduttore;
- selezione di una sezione adatta secondo le tabelle.
Per questa versione del calcolo, viene presa la potenza attuale dei consumatori con tensione senza tener conto dei fattori di correzione. Saranno presi in considerazione nel sommare la forza attuale.
Fase n. 1: calcolo della forza attuale mediante le formule
Per coloro che hanno dimenticato il corso di fisica della scuola, offriamo le formule di base sotto forma di diagramma grafico come cheat sheet visivo:
La "Ruota classica" dimostra l'interconnessione delle formule e l'interdipendenza delle caratteristiche della corrente elettrica (I - intensità di corrente, P - potenza, U - tensione, R - raggio centrale)
Scriviamo la dipendenza della forza corrente I dalla potenza P e dalla tensione di linea U:
I = P / Ul,
Dove:
- io - forza attuale, presa in ampere;
- P - potenza in watt;
- Ul - tensione di linea in volt.
La tensione lineare nel caso generale dipende dalla fonte di alimentazione; è monofase e trifase.
La relazione della tensione lineare e di fase:
- Ul = U * cosφ in caso di tensione monofase.
- Ul = U * √3 * cosφ in caso di tensione trifase.
Per i consumatori di elettrodomestici, viene utilizzato cosφ = 1, quindi la tensione lineare può essere riscritta:
- Ul = 220 V per tensione monofase.
- Ul = 380 V per tensione trifase.
Quindi, riassumiamo tutte le correnti consumate dalla formula:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Dove:
- io - forza corrente totale in ampere;
- I1..IN - forza attuale di ciascun consumatore in ampere;
- K - coefficiente di simultaneità;
- J - fattore sicurezza.
I coefficienti K e J hanno gli stessi valori utilizzati nel calcolo della potenza totale.
Può verificarsi un caso in cui in una rete trifase una corrente di forza disuguale scorre attraverso conduttori di fase diversi.
Ciò accade quando i consumatori monofase e i consumatori trifase sono collegati contemporaneamente a un cavo trifase. Ad esempio, una macchina trifase e l'illuminazione monofase sono alimentate.
Sorge una domanda naturale: come viene calcolata la sezione trasversale di un filo a trefoli in tali casi? La risposta è semplice: i calcoli vengono effettuati per il core più caricato.
Fase 2: scegliere una sezione adatta in base alle tabelle
Nelle regole per il funzionamento degli impianti elettrici (PES), vengono fornite alcune tabelle per la scelta della sezione del nucleo del cavo richiesta.
La conduttività del conduttore dipende dalla temperatura. Per i conduttori metallici, la resistenza aumenta all'aumentare della temperatura.
Se viene superata una determinata soglia, il processo diventa autosufficiente: maggiore è la resistenza, maggiore è la temperatura, maggiore è la resistenza, ecc. fino a quando il conduttore non si brucia o provoca un corto circuito.
Le seguenti due tabelle (3 e 4) mostrano la sezione dei conduttori in base alle correnti e al metodo di installazione.
Tabella 3. Innanzitutto, è necessario scegliere il metodo di posa dei fili, dipende da quanto efficacemente avviene il raffreddamento (+)
Il cavo differisce dal filo in quanto tutti i fili con il loro isolamento sul cavo sono attorcigliati in un fascio e racchiusi in una guaina isolante comune. Maggiori dettagli sulle differenze e i tipi di prodotti via cavo sono scritti in questo articolo.
Tabella 4Un metodo aperto è indicato per tutti i valori della sezione trasversale dei conduttori, tuttavia, in pratica, sezioni trasversali inferiori a 3 mm2 non sono poste apertamente per motivi di resistenza meccanica (+)
Quando si usano le tabelle, i seguenti fattori vengono applicati alla corrente continua consentita:
- 0,68 se vivevano 5-6;
- 0,63 se vivevano 7-9;
- 0,6 se vivevano 10-12 anni.
I coefficienti decrescenti vengono applicati ai valori correnti dalla colonna "aperta".
I conduttori di zero e di terra non sono inclusi nel numero di conduttori.
Secondo gli standard PES, la scelta della sezione trasversale del nucleo zero per la corrente continua consentita viene effettuata come almeno il 50% del nucleo di fase.
Le seguenti due tabelle (5 e 6) mostrano la dipendenza della corrente continua consentita quando la si posa nel terreno.
Tabella 5. Dipendenze di corrente continua consentite per cavi in rame durante la posa in aria o terra
Il carico corrente quando è aperto e quando si approfondisce nel terreno sono diversi. Sono considerati uguali se la posa nel terreno viene effettuata utilizzando vassoi.
Tabella 6. Dipendenze di corrente continua consentite per cavi in alluminio durante la posa in aria o terra
La seguente tabella (7) si applica alla disposizione delle linee di fornitura di elettricità temporanea (trasportare, se per uso privato).
Tabella 7. Corrente continua consentita quando si utilizzano cavi per tubi portatili, cavi per miniera e tubo portatili, proiettori, fili portatili flessibili. Sono stati utilizzati solo conduttori di rame
Quando si posano i cavi nel terreno, oltre alle proprietà di rimozione del calore, è necessario tenere conto della resistività, che si riflette nella seguente tabella (8):
Tabella 8. Fattore di correzione in base al tipo e alla resistività del terreno per la corrente continua consentita, nel calcolo della sezione del cavo (+)
Calcolo e selezione di conduttori in rame fino a 6 mm2 o alluminio fino a 10 mm2 condotto come per corrente continua.
In caso di grandi sezioni trasversali, è possibile applicare un fattore di riduzione:
0.875 * √Tpv
Dove Tpv - il rapporto tra la durata dell'inclusione e la durata del ciclo.
La durata dell'inclusione è presa dal calcolo di non più di 4 minuti. In questo caso, il ciclo non deve superare i 10 minuti.
Quando si sceglie un cavo per il cablaggio dell'elettricità in una casa di legno, viene prestata particolare attenzione alla sua resistenza al fuoco.
Fase # 3: calcolo della sezione trasversale del conduttore corrente usando un esempio
Compito: calcola la sezione richiesta del cavo di rame per il collegamento:
- Macchina per la lavorazione del legno trifase da 4000 W;
- Saldatrice trifase da 6000 W;
- elettrodomestici in casa con una capacità totale di 25.000 watt;
La connessione sarà effettuata da un cavo a cinque conduttori (conduttori trifase, uno zero e uno di terra) posati a terra.
L'isolamento dei prodotti via cavo viene calcolato su un valore specifico della tensione di esercizio. Va notato che la tensione operativa del produttore del suo prodotto deve essere superiore alla tensione nella rete
Decisione.
Passo 1. Calcoliamo la tensione lineare di una connessione trifase:
Ul = 220 * √3 = 380 V
Passo 2. Gli elettrodomestici, le macchine utensili e le saldatrici hanno una potenza reattiva, quindi la potenza di macchinari e attrezzature sarà:
Pquelli = 25000 / 0,7 = 35700 W.
Prev = 10000 / 0,7 = 14300 W.
Passaggio n. 3. Corrente richiesta per il collegamento di elettrodomestici:
ioquelli = 35700/220 = 162 A
Passaggio 4. Corrente richiesta per collegare l'apparecchiatura:
iorev = 14300/380 = 38 A
Passaggio n. 5. La corrente richiesta per il collegamento di elettrodomestici viene calcolata in base al calcolo di una fase. Dalla condizione del problema, ci sono tre fasi. Di conseguenza, la corrente può essere distribuita in fasi. Per semplicità, ipotizziamo una distribuzione uniforme:
ioquelli = 162/3 = 54 A
Passaggio n. 6. Corrente per fase:
iof = 38 + 54 = 92 A
Passaggio 7. Le apparecchiature e gli elettrodomestici non funzioneranno contemporaneamente, tranne per questo imposteremo un margine pari a 1,5. Dopo aver applicato i fattori di correzione:
iof = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Passaggio 8 Sebbene il cavo contenga 5 core, vengono presi in considerazione solo i core trifase.Secondo la tabella 8, in una colonna di un cavo a tre conduttori nel terreno, troviamo che una corrente di 115 A corrisponde a una sezione trasversale di un nucleo di 16 mm2.
Passaggio n. 9. Secondo la tabella 8, applichiamo il fattore di correzione in base alle caratteristiche della terra. Per un tipo di terreno normale, il coefficiente è 1.
Passaggio n. 10. Opzionale, calcola il diametro del nucleo:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm
Se il calcolo è stato effettuato esclusivamente dalla potenza, senza tenere conto delle caratteristiche del cavo, la sezione del nucleo sarà di 25 mm2. Il calcolo della forza attuale è più complicato, ma a volte consente di risparmiare denaro significativo, soprattutto quando si tratta di cavi di alimentazione multi-core.
La relazione tra tensione e corrente può essere trovata in modo più dettagliato qui.
Calcolo della caduta di tensione
Qualsiasi conduttore, tranne i superconduttori, ha una resistenza. Pertanto, con una lunghezza sufficiente di cavo o filo, si verifica una caduta di tensione.
Gli standard PES richiedono che la sezione del nucleo del cavo sia tale che la caduta di tensione non sia superiore al 5%.
Tabella 9. Resistività dei conduttori metallici comuni (+)
Ciò riguarda principalmente i cavi a bassa tensione di sezione ridotta.
Il calcolo della caduta di tensione è il seguente:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Utampone = I * R,
U% = (Utampone / Ulin) * 100,
Dove:
- 2 - coefficiente dovuto al fatto che la corrente scorre necessariamente in due nuclei;
- R - resistenza del conduttore, Ohm;
- ρ - resistenza specifica del conduttore, Ohm * mm2/ m;
- S - sezione del conduttore, mm2;
- Utampone - caduta di tensione, V;
- U% - caduta di tensione rispetto a Ulin,%.
Utilizzando le formule, è possibile eseguire autonomamente i calcoli necessari.
Porta esempio di calcolo
Compito: calcola la caduta di tensione per un filo di rame con una sezione trasversale di un nucleo di 1,5 mm2. È necessario un filo per collegare una saldatrice elettrica monofase con una potenza totale di 7 kW. Lunghezza del filo 20 m.
Se si desidera collegare una saldatrice domestica al ramo di rete, è necessario tenere conto della situazione per cui è progettato il cavo. È possibile che la potenza totale dei dispositivi operativi sia maggiore. L'opzione migliore è connettere i consumatori alle singole filiali
Decisione:
Passo 1. Calcoliamo la resistenza del filo di rame usando la tabella 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Passo 2. Corrente che scorre lungo il conduttore:
I = 7000/220 = 31,8 A
Passaggio n. 3. Caduta di tensione sul filo:
Utampone = 31,8 * 0,47 = 14,95 V
Passaggio 4. Calcoliamo la percentuale di caduta di tensione:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Conclusione: per collegare la saldatrice è necessario un conduttore con una grande sezione trasversale.
Il calcolo della sezione trasversale del conduttore secondo le formule:
Raccomandazioni di specialisti sulla selezione di prodotti per cavi e fili:
I calcoli sopra riportati sono validi per conduttori in rame e alluminio per uso industriale. Per altri tipi di conduttori, il trasferimento di calore totale è pre-calcolato.
Sulla base di questi dati, la corrente massima in grado di fluire attraverso il conduttore viene calcolata senza causare un riscaldamento eccessivo.
In caso di domande sulla metodologia per il calcolo della sezione del cavo o se si desidera condividere l'esperienza personale, si prega di lasciare commenti su questo articolo. La casella di feedback si trova sotto.