Как рассчитать сечение кабеля по мощности и току: формулы и таблицы

Неправильно выполненные электромонтажные работы при строительстве или ремонте дома часто сопровождаются авариями, пожаром или получением электрических травм. Поэтому сразу на стадии их планирования необходимо использовать проводку, отвечающую требованиям безопасности.

Важность выбора сечения кабеля

Одинаково заряженные частички пытаются оттолкнуться друг от друга. Но площадь сечения кабеля ограничена. Места для всех электронов катастрофически не хватает, что провоцирует их масштабные метание «туда-сюда». В физике такие процессы описаны законом Джуля-Ленца и определяют количественный анализ термического проявления электрического тока (выделения избыточного тепла). Если сделать неправильный выбор сечения кабеля при расчете электропроводки слишком тонкий проводник будет разогреваться изнутри, постепенно плавить изоляцию, быстрей изнашиваться. Как результат:

  • утечка опасного для жизни тока;
  • короткое замыкание;
  • возникновение пожара;
  • сгоревшая техника и оборудование;
  • увеличение расходов на повторные демонтажные и монтажные работы.

Также экономически нецелесообразно использовать слишком толстую электропроводку с большим запасом удельной проводимости. Оптимальный выход из ситуации корректный подбор сечения кабеля по мощности и току с применением опробованных на практике и закрепленных в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) таблиц, формул, методик.

Важно!Медный кабель превышает по запасу допустимой нагрузки алюминиевый аналог такого же типоразмера на 57% (60 МСм/м против 38 МСм/м).

Значение протяжённости и факторы нагрева

Обстоятельства, влияющие на подсчёт сеч. кабеля по киловаттам и токовой нагрузке, можно условно разделить на 2 группы: факторы, касающиеся нагрева проводников, и показатели, относящиеся к протяжённости электросети. От правильности подбора характеристик кабелей и проводов зависит безопасность жилых и производственных помещений, здоровье и жизнь людей, в них находящихся.

Причины роста температуры провода

Движение электронов по проводнику вызывает его нагревание. Считается, что допустимый ток не должен поднимать температуру жил кабельного шланга больше, чем на 60ºС. Когда провод горячий, нужно немедленно принимать меры к устранению нарушений. Причиной нагрева могут быть следующие факторы:

  1. Площадь сечения проводника не соответствует приложенной нагрузке: сила тока превышает допустимый ампераж. Необходимо пересчитать подключённую мощность потребителей и заменить проводку новой.
  2. Материал проводника — в квартире должны быть проложены электросети из медных кабельных жил, они имеют меньшее сопротивление по сравнению с алюминием. Участки, не соответствующие требованиям правил, следует заменить.
  3. Тип проводника — одиночная проволока или свивка из нескольких нитей. Многожильная конструкция более гибкая, но при одинаковом диаметре токовая пропускная способность монопроводника выше, нагревается он меньше.

Способ прокладки кабеля также влияет на температурный режим: плотно уложенные в трубу силовые магистрали греются сильнее, чем рассредоточенные на открытом пространстве. Поэтому скрытая в стене проводка принимается несколько большего сечения против расчетной величины. Изоляционное покрытие — ещё один параметр: низкое качество диэлектрика приводит к скорому его разрушению от нагрева.

Зависимость потерь от протяжённости линии

На подсчёт сеч. кабеля воздействует удалённость источника тока от потребителя. Если напряжение на токоприёмнике меньше исходного на 5% и больше, длина магистрали учитывается при определении размера проводника. Существуют таблицы сечения проводов по току и мощности, учитывающие потери от сопротивления движению электронов на дальние расстояния. Вот пример: значения длин указаны в десятках метров, а сеч. жил кабельного рукава (верхняя строка) — в мм2.

Читайте также:  Баня бочка своими руками: инструкция по строительству
Передаваемая мощность, кВт Сила тока, А 4 10 16 25 35 50 70 95
1 4,6 13,5 33,5 53          
5 23 3 7 10,5 17 23,5 31,5 46,0 63
10 45   3,4 5,4 8,4 12 15,5 23,0 32
16 73       5,3 7,4 9,9 14,5 20
18 82       4,7 6,5 8,8 12,5 17,5
20 91         5,9 7,9 11,5 16

Чтобы правильно выбрать сечение проводника, нужно учесть весь комплекс факторов, обозначенных в п. 1.3 ПУЭ. Некоторые поправки к расчётам вводятся через коэффициенты. Обязательно обращают внимание на такие характеристики:

  • температура окружающей среды, в какой будет эксплуатироваться кабель; обычно это +25ºС, при отклонении пользуются таблицами ПУЭ;
  • комплектация электрощита: не стоит все провода подключать к одному автомату, иначе клеммы будут перегружены и сработает защита;
  • количество токоприёмников, находящихся в помещении, их мощность суммируется.

Основным фактором для выбора кабеля и его сечения остаётся нагрузка на электросеть или ток. Все иные обстоятельства также учитываются в расчётах, а результат увеличивается на 20-30% для создания резерва пропускной способности проводника.

Выбор сечения кабеля по мощности и току: таблица справочных данных

Этот способ вобрал в себя две вышеприведенные методики расчета. Они просто сведены в общую таблицу.

Ей удобно пользоваться, имея любую информацию: по току нагрузки или потребляемой мощности, что позволяет не заниматься переводом одной величины в другую.

Однако во всех этих таблицах скрыт один параметр, а именно: очень длинная электрическая цепь. Она косвенно влияет на результаты расчета. Но об этом читайте в следующем подразделе.

Почему необходимо учитывать длину протяженной электрической магистрали в частном доме

Во всех приведенных таблицах учитывается итоговое действие электрического тока на нагрев металлической жилы. Его величина практически не меняется внутри пределов квартиры, где от вводного щитка до конечного потребителя расстояние редко превышает 15 метров.

Выбор сечения кабеля по мощности и току: таблица справочных данных

Однако мы знаем, что электрическое сопротивление провода влияет на ток, а оно с увеличением расстояния всегда возрастает прямо пропорционально отношению удельного сопротивления к площади поперечного сечения.

На длинных участках дополнительно возникают потери напряжения, а все это необходимо учитывать в точных расчетах, что и применяется на практике в онлайн калькуляторе, приведенном в следующем разделе.

В качестве пояснения приведу пример такого влияния, применённого при монтаже точных измерительных цепей напряжения ТН на своей подстанции 330 кВ, где потери должны быть минимальными. С ними борются всеми доступными способами.

Эти ТН расположены на ОРУ-330 кВ. Они удалены от релейных панелей на дистанцию порядка 300-400 метров.

Сборка вторичных цепей выполнена в шкафу. Они к нему подаются от выводной коробки, расположенной внизу основания фарфорового изолятора коротким контрольным кабелем с жилами 1,5 мм кв.

Его длину можете оценить визуально по фотографии. Она не превышает несколько метров. Выходные кабели цепей напряжения, проложенные к панелям релейного зала, имеют повышенное сечение жил и превышают 16 мм квадратных.

Это хорошо видно на обратной стороне ввода релейной панели.

Выбор сечения кабеля по мощности и току: таблица справочных данных

Сделано это для того, чтобы минимизировать потери напряжения на такой большой дистанции. Они не должны вносить погрешность большую 0,5%.

По самим же панелям разводка опять выполняется жилами 1,5 квадрата. Короткие расстояния от ТН к его шкафу и в релейном зале не оказывают существенного влияния на потери.

Читайте также:  Можно ли к одному дымоходу подключить два отопительных устройства

Приведенным примером я постарался показать, как длина протяженной магистрали может повлиять на выбор и расчет кабеля. Все это учтено в онлайн калькуляторе.

Плотность тока можно выбрать по таблице

Конструкция трансформатора Плотность тока (а/мм2) при мощности трансформатора (Вт)
5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
Однокаркасная 3,0-4,0 2,5-3,0 2,0-2,5 1,7-2,0 1,4-1,7
Двухкаркасная 3,5-4,0 2,7-3,5 2,4-2,7 2,0-2,5 1,7-2,3
Кольцевая 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,5 3,0-3,5 2,5-3,0

Пример:

Плотность тока можно выбрать по таблице

Ток, протекающий через катушки «III» и «IV» – 1,2 Ампера.

А плотность тока я выбрал – 2,5 А/ мм².

1,13√ (1,2 / 2,5) = 0,78 мм

У меня нет провода диаметром 0,78 мм, но зато есть провод диаметром 1,0мм. Поэтому, я на всякий случай посчитаю, хватит ли мне места для этих катушек.

Плотность тока можно выбрать по таблице

На картинке два варианта конструкции каркаса: А – обычная, В– секционная.

  1. Количество витков в одном слое.
  2. Количество слоёв.

Ширина моего не секционированного каркаса 40мм.

Мне нужно намотать 124 витка проводом 1,0 мм, у которого диаметр с изоляцией равен 1,08 мм. Таких обмоток требуется две.

Плотность тока можно выбрать по таблице

124 * 1,08 * 1,1 : 40 ≈ 3,68 слоя

1,1 – коэффициент. На практике, при расчёте заполнения нужно прибавить 10 – 20% к полученному результату. Я буду мотать аккуратно, виток к витку, поэтому добавил 10%.

Получилось 4 слоя провода диаметром 1,08мм. Хотя, последний, четвёртый слой заполнен только на несколько процентов.

Определяем толщину обмотки:

Плотность тока можно выбрать по таблице

1,08 * 4 ≈ 4,5 мм

У меня в распоряжении 9мм глубины каркаса, а значит, обмотка влезет и ещё останется свободное место.

Ток катушки «II» вряд ли будет больше чем – 100мА.

1,13√ (0,1 / 2,5) = 0,23 мм

Плотность тока можно выбрать по таблице

Диметр провода катушки «II» – 0,23мм.

Это малюсенькая по заполнению окна обмоточка и её можно даже не принимать в расчёт, когда остаётся так много свободного места.

Конечно, на практике у радиолюбителя выбор проводов невелик. Если нет провода подходящего сечения, то можно намотать обмотку сразу несколькими проводами меньшего диаметра. Только, чтобы не возникло перетоков, мотать нужно одновременно двумя, тремя или даже четырьмя проводами. Перетоки, возникают тогда, когда есть даже незначительные отклонения в длине обмоток соединённых параллельно. При этом, из-за разности напряжений, возникает ток, который греет обмотки и создаёт лишние потери.

Перед намоткой в несколько проводов, сначала нужно посчитать длину провода обмотки, а затем разрезать провод на требуемые куски.

Плотность тока можно выбрать по таблице

Длина проводов будет равна:

L – длина провода,

p – периметр каркаса в середине намотки,

ω – количество витков,

Плотность тока можно выбрать по таблице

1,2* – коэффициент.

Толстый провод необходимо мотать виток к витку, а более тонкие провода можно намотать и в навал. Главное, чтобы обмотка поместилась в окно магнитопровода.

Если намотка производится аккуратно без повреждения изоляции, то никаких прокладок между слоями можно не применять, так как, при постройке УНЧ средней мощности, большие напряжения не используются. Изоляция же обмоточного провода рассчитана на напряжение в сотни вольт. Чем толще провод, тем выше пробивное напряжение изоляции провода. У тонкого провода пробивное напряжение изоляции около 400 Вольт, а у толстого может достигать 2000 Вольт.

Закрепить конец провода можно обычными нитками.

Плотность тока можно выбрать по таблице

Если при удалении вторичной обмотки повредилась межобмоточная изоляция, защищающая первичную обмотку, то её нужно обязательно восстановить. Тут можно применить плотную бумагу или тонкий картон. Не рекомендуется использовать всякие синтетические материалы вроде скотча, изоленты и им подобные.

Читайте также:  Варианты и технология обкладки печи в бане

Если катушка разделена на секции для первичных и вторичных обмоток трансформатора, то тогда и вовсе можно обойтись без изоляционных прокладок.

Видео: Расчет сечения провода в силовом трансформаторе. Excel

Пример использования Excel в качестве универсального калькулятора для расчета диаметра провода в импульсном трансформаторе. Произведен расчет зависимости максимального тока от сечения проводника.

Плотность тока можно выбрать по таблице

Расчет допустимой силы тока по температуре разогрева проводника

Кабель не может бесконечно нагреваться, так как тепло рассеивается в окружающую среду. В конце концов наступает равновесие и устанавливается постоянная температура проводников.

Для установившегося процесса справедливо соотношение:

где ∆t = tж -tср — разница между температурой среды и жилы, ∑S — температурное сопротивление.

Длительно допустимый ток, проходящий по кабелю, находится из выражения:

где tдоп — допустимая температура разогрева жил (зависит от типа кабеля и способа прокладки). Обычно она составляет 70 градусов в обычном режиме и 80 — в аварийном.

Этапы расчёта сечения

Бытовые потребители

Допустим, в квартире будут находиться следующие потребители:

  • освещение (5 ламп накаливания по 100 ватт каждая, 5 ламп накаливания по 75 ватт каждая, 2 лампы накаливания по 65 ватт каждая, одна люминесцентная лампа мощностью 80 ватт);
  • телевизор мощностью 100 ватт;
  • бойлер мощностью 2 киловатта;
  • электрический камин мощностью 1,5 киловатта;
  • персональный компьютер мощностью 450 ватт;
  • холодильник мощностью 100 ватт;
  • электрический чайник мощностью 1,5 киловатта.

Переводим значения мощностей всех потребителей в киловатты и суммируем:

5*0,1кВт + 5*0,075кВт + 2*0,065кВт + 0,080кВт + 0,1кВт + 2кВт + 1,5кВт + 0,45кВт + 0,1кВт + 1,5кВт = 6,735кВт.

Получается, что суммарная установленная мощность потребителей в квартире равна почти 7кВт. Если смотреть таблицу сечений и мощностей для медных проводов в однофазной сети 220В, то для значения 6,735кВт можно выбрать стандартное сечение вводного общего провода или кабеля 4мм 2 или 2,5мм 2 . Сечение 4мм 2 в однофазной сети – это 8,3кВт. Т.е. при использовании данного сечения будет запас по мощности.

Что касается сечения 2,5мм 2 , то данному сечению соответствует мощность 5,9кВт. Т.е. даже меньше чем установленная мощность. Однако сечение 2,5мм 2 можно выбрать в том случае, если в дальнейшем мощность одновременно работающих электрических потребителей не будет превышать 5,9кВт.

Промышленные потребители

Допустим, в производственном помещении находятся следующие трёхфазные потребители:

  • трёхфазный электродвигатель мощностью 5кВт;
  • трёхфазный силовой трансформатор мощностью 100кВт (хотя обычно мощность силового трансформатора указывается в кВА);
  • рабочее освещение с тремя группами общей мощностью 3кВт.

Рассчитываем суммарную мощность путём сложения мощности электродвигателя, силового трансформатора и мощности рабочего освещения. Получаем 5кВт + 100кВт + 3кВт = 108кВт. По таблице для нагрузки в 108кВт подходит электрический кабель с сечением жил 70мм 2 . Для этого сечения максимальная трёхфазная нагрузка 118,8кВт. Т.е. и в этом случае сечение 70мм 2 имеет запас по мощности.

Выше были указаны расчёты для общего электрического кабеля. Что касается отходящих проводов и кабелей, то расчёты проводятся аналогично. Только следует учитывать, что отходящих проводников обычно бывает несколько и на каждом может быть своя отдельная нагрузка.

Иногда для выбора сечения не прибегают к детальным расчётам и подбору сечения по таблице. На практике в бытовой электрической сети (проводке) для розеточных цепей выбирают медный провод сечением 2,5мм 2 , а для цепей освещения медный провод сечением 1,5мм 2 . Что касается производства, то расчёты сечения проводов и электрических кабелей необходимы в обязательном порядке.