Выбор сечения провода (кабеля) — по току, мощности и длине: таблица
Перед вами встал вопрос выбора провода (кабеля). Не важно для чего вы его выбираете, для квартиры, дома, гаража, дачи или для подключения электродвигателя, нагревательного прибора, компрессора, электролампы или любого другого электрического прибора, все равно нужен расчет сечения проводника, который будет использоваться для подключения.
Для чего нужен расчет? Если сказать простыми словами, то у любого электрического прибора (оборудования) или помещения есть потребляемый ток, нагрузка. Чтобы этот провод (кабель) выдерживал потребляемую нагрузку потребителем электроэнергии и нужен расчет.
Естественно расчет проводят после сбора данных о потребителе, то есть надо подсчитать нагрузку для каждого потребителя электроэнергии в отдельности и общую, если это требуется.
Но для начала нужно знать, как определяется сечение провода. Расчет ведется по формуле:
S = πD² ⁄ 4 = 0,785D²
где: S – сечение провода; π – 3,14; D – диаметр провода.
Диаметр провода можно легко измерить с помощью штангенциркуля или микрометра. Если жила провода многопроволочная, то нужно измерить одну проволоку, произвести расчет и помножить на их количество. Получится сечение проводника.
Выбор сечения провода (кабеля) по мощности – таблица
Возьмем однокомнатную квартиру. Какими электроприборами мы пользуемся? Ниже вы увидите таблицу, в которой указаны электроприборы и инструменты, используемые в быту:
| Бытовой электроприбор | Мощность, Вт | Бытовой электроприбор | Мощность, Вт |
| Лампочка | 15 – 250 | Духовка | 1000 – 3000 |
| Принтер струйный | 30 – 50 | СВЧ печь | 1500 – 3000 |
| Весы | 40 – 300 | Пылесос | 400 – 2000 |
| Аудиосистема | 50 – 250 | Мясорубка | 1500 – 2200 |
| Компьютер | 300 – 800 | Тостер | 500 – 1500 |
| Принтер лазерный | 200 – 500 | Гриль | 1200 – 2000 |
| Копировальный аппарат | 300 – 1000 | Кофемолка | 500 – 1500 |
| Телевизор | 100 – 400 | Кофеварка | 500 – 1500 |
| Холодильник | 150 – 2000 | Посудомоечная машина | 1000 – 2000 |
| Стиральная машина | 1000 – 3000 | Утюг | 1000 – 2000 |
| Электрочайник | 1000 –2000 | Обогреватель | 500 – 3000 |
| Электроплита | 1000 – 6000 | Кондиционер | 1000 – 3000 |
Подсчитаем общую потребляемую мощность электроприборов, используемых в однокомнатной квартире. Возьмем по минимуму:
14 × 15 = 210 Вт (лампы энергосберегающие);
210 + 200 + 150 + 500 + 300 + 500 + 2000 + 1000 + 2000 + 1200 + 1000 + 2000 = 11 060 Вт = 11,06 кВт
Мы подсчитали общую нагрузку, которую может потреблять квартира, но этого не будет никогда. Почему? Представьте себе, что вы включили одновременно все электроприборы. Может такое быть с вами? Конечно нет. Зачем вам включать, например, одновременно телевизор, аудиосистему, пылесос и кондиционер зимой или другое сочетание бытовых приборов. Конечно вы делать этого не будите.
К чему я это все пишу, а к тому, что существует так называемый коэффициент одновременности, который равен̴̴̴
8,3 кВт. Такую максимальную нагрузку вы сможете подключить, имея электроприборы, перечисленные выше, короткое время. Это для информации.
Но для расчета сечения провода (кабеля), все-таки нужно брать общую нагрузку без коэффициента. Для данного примера 11, 06
Данный подсчет мы сделали для вводного провода (кабеля), который будет питать всю квартиру напряжением 220 В.
Таблица выбора сечения жил провода (кабеля) по мощности и току
Как пользоваться таблицей? Смотрим в таблицу и выбираем «Медные жилы проводов и кабелей» > «Напряжение 220 В» > «Мощность, кВт», так как у нас общая мощность 11 кВт, выбираем всегда с запасом и получаем 15,4 что соответствует сечение 10 мм². Смотрите ниже:
Советую всегда брать сечение жилы (мм²) кабеля с запасом, потому что жилы кабеля не будут нагреваться при большой нагрузки и в будущем возможно вы увеличите свой арсенал бытовых электроприборов и инструментов не только в количестве, но и по мощности.
Глядя на эту таблицу также можно определить сечение медного проводника для напряжения 380 В, а также алюминиевого на 220 и 380 В.
380 В (3 фазы и нуль) применяется для подключения коттеджей и там, где без трехфазной системы нельзя обойтись, например, подключение 3-х фазных электродвигателей, калориферов, холодильных установок и другое.
Давайте посмотрим какое сечение проводника нужно для каждого в отдельности электроприбора на 220 В зная его мощность по паспорту:
| Сечение медной жилы, мм² | Мощность электроприбора, Вт |
| 0,35 | 100 – 500 |
| 0,5 | 700 |
| 0,75 | 900 |
| 1,0 | 1200 |
| 1,2 | 1500 |
| 1,5 | 1800 – 2000 |
| 2,0 | 2500 |
| 2,5 | 3000 – 3500 |
| 3,0 | 4000 |
| 3,5 | 4500 – 5000 |
| 5,0 | 6000 |
Ниже представлена таблица применения медных проводов (кабелей) по сечению:
| Сечение медных жил, мм² | Предельно-допустимая нагрузка, А (ампер) | Номинальная сила тока автоматического выключателя, А | Максимальная нагрузка U = 220 В, кВт | Пример применения |
| 1,5 | 19 | 10 | 4,1 | Освещение |
| 2,5 | 27 | 16 | 5,9 | Розетки |
| 4 | 38 | 25 | 8,3 | Кондиционеры, водонагреватели |
| 6 | 46 | 32 | 10,1 | Электрические плиты, шкафы |
| 10 | 70 | 50 | 15,4 | Ввод в квартиру |
Выбор сечения провода по току
Как рассчитать сечение провода если известна только сила тока (I)? Такой расчет производится реже, но стоит обратить на это внимание тоже.
Необходимо узнать, какое взять сечение провода для электродвигателя подключаемый к напряжению (U) 220 В. Его мощность (P) не известна.
На короткое время подключаем электродвигатель к сети 220 В и замеряем ток (I) с помощью электрических клещей. К примеру ток равен 10 А.
Можно использовать формулу, по которой можно быстро все рассчитать:
Из этой формулы находим мощность (P):
P = 10 × 220 = 2200 Вт = 2,2 кВт
Итак, мощность электродвигателя равна 2,2 кВт и потребляемая мощность 10 А. По таблице 2 определяем сечение провода, «Медные жилы проводов и кабелей» > «Напряжение 220 В» > «Ток, А». Первая цифра начинается с 19, а у нас 10 А, напротив этой цифры сечение провода 1,5 мм². Для нашего примера 1,5 мм² более, чем достаточно.
В этой же таблице видим, что подойдет и алюминиевый провод (кабель) сечением 2,5 мм².
Мы с помощью не сложных вычислений узнали ток и сечение провода, а заодно и мощность электродвигателя для напряжения 220 В. Таким же способом вы можете узнать сечение проводов для других потребителей электроэнергии.
Выбор сечения провода по длине
Вы должны знать о том, что длина провода (кабеля) влияет на напряжение. Чем длиннее линия, тем больше потеря напряжения. Чтобы этого избежать нужно увеличивать сечение проводника. Как это все подсчитать?
У вас в быту есть некие потребители электроэнергии, в сумме они составляют 5000 Вт или 5 кВт. Длина до этих потребителей от автоматического выключателя равно 25 м. Так как электроэнергия поступает по одному проводу, а возвращается по другому проводу, то длина увеличивается вдвое и равна 50 м.
Дальше нам нужно найти силу тока (I). Как найти вы уже знаете. Нужно мощность разделить на напряжение:
I = 5000/220 = 22,72 А
С помощью силы тока (А) или мощности (Р) в таблице 2 определяем сечение провода. По таблице это 1,5 мм² медного провода.
Так как провод имеет свое сопротивление (R) мы производим расчет с учетом следующих данных по формуле:
R – сопротивление проводника, Ом;
p – удельное сопротивление, Ом · мм²/м;
L – длина провода, м;
S – площадь поперечного сечения, мм².
Из формулы: величина (р) это всегда постоянная величина. Для меди она равна 0,0175, а для алюминия – 0,0281.
R = 0,0175 × 50/1,5 = 0,583 Ом
Теперь нужно высчитать потери напряжения по формуле:
dU – потеря напряжения, В;
R– сопротивление проводника, ОМ.
dU = 22,72 × 0,583 = 13,24 В
После этого расчета нужно узнать процентное соотношение потерь напряжения. Если оно будет выше 5 %, то проводник следует выбрать на одну позицию выше ссылаясь на таблицу 2.
13,24 В / 220 В × 100% = 6,01%
Так как процентное соотношение потерь напряжения выше 5%, то сечение провода (кабеля) вместо 1.5 мм² выбираем 2.5 мм².
Как видите не так трудно все это сделать. Один раз стоит посчитать и все. После такого расчета вы будите полностью уверены, что подобранные вами провода или кабели не подведут вас и прослужат многие годы.
Последствия при падении напряжения по длине кабеля и расчет потерь
Линии электропередач транспортируют ток от распределительного устройства к конечному потребителю по токоведущим жилам различной протяженности. В точке входа и выхода напряжение будет неодинаковым из-за потерь, возникающих в результате большой длины проводника.
Падение напряжения по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, вызывающего увеличение сопротивления проводника.
На линиях значительной протяженности потери будут выше, чем при прохождении тока по коротким проводникам такого же сечения. Чтобы обеспечить подачу на конечный объект тока требуемого напряжения, нужно рассчитывать монтаж линий с учетом потерь в токоведущем кабеле, отталкиваясь от длины проводника.
Результат понижения напряжения
Согласно нормативным документам, потери на линии от трансформатора до наиболее удаленного энергонагруженного участка для жилых и общественных объектов должны составлять не более девяти процентов.
Допускаются потери 5 % до главного ввода, а 4 % — от ввода до конечного потребителя. Для трехфазных сетей на три или четыре провода номинальное значение должно составлять 400 В ± 10 % при нормальных условиях эксплуатации.
Отклонение параметра от нормированного значения может иметь следующие последствия:
В рабочем режиме наиболее приемлемым показателем потерь напряжения в кабеле считается 5 %. Это оптимальное расчетное значение, которое можно принимать допустимым для электросетей, поскольку в энергетической отрасли токи огромной мощности транспортируются на большие расстояния.
К характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования. Важно уделять особое внимание потерям напряжения не только на магистральных сетях, но и на линиях вторичного назначения.
Причины падения напряжения
Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников — на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку — диэлектрический корпус.
Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.
Падение напряжения происходит по следующей схеме:
Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия — вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.
Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения
На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB — гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.
Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.
Расчет с применением формулы
На практике при монтаже линий электропередач магистрального типа и отведения кабелей к конечному потребителю с дальнейшей разводкой на объекте используется медный или алюминиевый кабель.
Удельное сопротивление для проводников постоянное, составляет для меди р = 0,0175 Ом*мм2/м, для алюминиевых жил р = 0,028 Ом*мм2/м.
Зная сопротивление и силу тока, несложно вычислить напряжение по формуле U = RI и формуле R = р*l/S, где используются следующие величины:
Использование простых формул на несложном примере: запланировано установить несколько розеток в отдельно стоящей пристройке частного дома. Для монтажа выбран медный проводник сечением 1,5 кв. мм, хотя для алюминиевого кабеля суть расчетов не изменяется.
Поскольку ток по проводам проходит туда и обратно, нужно учесть, что расстояние длины кабеля придется умножать вдвое. Если предположить, что розетки будут установлены в сорока метрах от дома, а максимальная мощность устройств составляет 4 кВт при силе тока в 16 А, то по формуле несложно сделать расчет потерь напряжения:
Если сравнить полученное значение с номинальным для однофазной линии 220 В 50 Гц, получается, что потери напряжения составили: 220-14,93 = 205,07 В.
Такие потери в 14,93 В — это практически 6,8 % от входного (номинального) напряжения в сети. Значение, недопустимое для силовой группы розеток и осветительных приборов, потери будут заметны: розетки будут пропускать ток неполной мощности, а осветительные приборы — работать с меньшим накалом.
Мощность на нагрев проводника составит P = UI = 14,93*16 = 238,9 Вт. Это процент потерь в теории без учета падения напряжения на местах соединения проводов, контактах розеточной группы.
Проведение сложных расчетов
Для более детального и достоверного расчета потерь напряжения на линии нужно принимать во внимание реактивное и активное сопротивление, которое вместе образует комплексное сопротивление, и мощность.
Для проведения расчетов падения напряжения в кабеле используют формулу:
В этой формуле указаны следующие величины:
Чтобы обеспечить оптимальную нагрузку по трехфазных линиям передач, необходимо нагружать их равномерно. Для этого силовые электродвигатели целесообразно подключать к линейным проводам, а питание на осветительные приборы — между фазами и нейтральной линией.
Есть три варианта подключения нагрузки:
Пример расчета потерь напряжения: суммарная потребляемая мощность всех энергозависимых установок в доме, квартире составляет 3,5 кВт — среднее значение при небольшом количестве мощных электроприборов. Если все нагрузки активные (все приборы включены в сеть), cosφ = 1 (угол между вектором силы тока и вектором напряжения). Используя формулу I = P/(Ucosφ), получают силу тока I = 3,5*1000/220 = 15,9 А.
Дальнейшие расчеты: если использовать медный кабель сечением 1,5 кв. мм, удельное сопротивление 0,0175 Ом*мм2, а длина двухжильного кабеля для разводки равна 30 метров.
По формуле потери напряжения составляют:
∆U = I*R/U*100 %, где сила тока равна 15,9 А, сопротивление составляет 2 (две жилы)*0,0175*30/1,5 = 0,7 Ом. Тогда ∆U = 15,9*0,7/220*100% = 5,06 %.
Полученное значение незначительно превышает рекомендуемое нормативными документами падение в пять процентов. В принципе, можно оставить схему такого подключения, но если на основные величины формулы повлияет неучтенный фактор, потери будут превышать допустимое значение.
Что это значит для конечного потребителя? Оплата за использованную электроэнергию, поступающую к распределительному щиту с полной мощностью при фактическом потреблении электроэнергии более низкого напряжения.
Использование готовых таблиц
Как домашнему мастеру или специалисту упростить систему расчетов при определении потерь напряжения по длине кабеля? Можно пользоваться специальными таблицами, приведенными в узкоспециализированной литературе для инженеров ЛЭП. Таблицы рассчитаны по двум основным параметрам — длина кабеля в 1000 м и величина тока в 1 А.
В качестве примера представлена таблица с готовыми расчетами для однофазных и трехфазных электрических силовых и осветительных цепей из меди и алюминия с разным сечением от 1,5 до 70 кв. мм при подаче питания на электродвигатель.
Таблица 1. Определение потерь напряжения по длине кабеля
| Площадь сечения, мм2 | Линия с одной фазой | Линия с тремя фазами | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Питание | Освещение | Питание | Освещение | ||||
| Режим | Пуск | Режим | Пуск | ||||
| Медь | Алюминий | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 |
| 1,5 | 24,0 | 10,6 | 30,0 | 20,0 | 9,4 | 25,0 | |
| 2,5 | 14,4 | 6,4 | 18,0 | 12,0 | 5,7 | 15,0 | |
| 4,0 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8,0 | 3,6 | 9,5 | |
| 6,0 | 10,0 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
| 10,0 | 16,0 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
| 16,0 | 25,0 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1,0 | 2,4 |
| 25,0 | 35,0 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
| 35,0 | 50,0 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1,0 | 0,52 | 1,1 |
| 50,0 | 70,0 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
Таблицы удобно использовать для расчетов при проектировании линий электропередач. Пример расчетов: двигатель работает с номинальной силой тока 100 А, но при запуске требуется сила тока 500 А. При нормальном режиме работы cos ȹ составляет 0,8, а на момент пуска значение равно 0,35. Электрический щит распределяет ток 1000 А. Потери напряжения рассчитывают по формуле ∆U% = 100∆U/U номинальное.
Двигатель рассчитан на высокую мощность, поэтому рационально использовать для подключения провод с сечением 35 кв. мм, для трехфазной цепи в обычном режиме работы двигателя потери напряжения равны 1 вольт по длине провода 1 км. Если длина провода меньше (к примеру, 50 метров), сила тока равна 100 А, то потери напряжения достигнут:
∆U = 1 В*0,05 км*100А = 5 В
Потери на распределительном щите при запуске двигателя равны 10 В. Суммарное падение 5 + 10 = 15 В, что в процентном отношении от номинального значения составляет 100*15*/400 = 3,75 %. Полученное число не превышает допустимое значение, поэтому монтаж такой силовой линии вполне реальный.
На момент пуска двигателя сила тока должна составлять 500 А, а при рабочем режиме — 100 А, разница равна 400 А, на которые увеличивается ток в распределительном щите. 1000 + 400 = 1400 А. В таблице 1 указано, что при пуске двигателя потери по длине кабеля 1 км равны 0,52 В, тогда
∆U при запуске = 0,52*0,05*500 = 13 В
∆U щита = 10*1400/100 = 14 В
∆U суммарные = 13+14 = 27 В, в процентном отношении ∆U = 27/400*100 = 6,75 % — допустимое значение, не превышает максимальную величину 8 %. С учетом всех параметров монтаж силовой линии приемлем.
Применение сервис-калькулятора
Расчеты, таблицы, графики, диаграммы — точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.
Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.
Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.
Как сократить потери
Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.
Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:
Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.
Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.
