Расчет тока по сечению провода: Расчет сечения кабеля по току

Расчёт сечения кабеля по мощности и току: формулы и примеры

Вы планируете заняться или дополнительно протянуть силовую линию на кухню для подключения новой электроплиты? Здесь пригодятся минимальные знания о сечении проводника и влиянии этого параметра на мощность и силу тока.

Согласитесь, что неправильный расчёт сечения кабеля приводит к перегреву и короткому замыканию или к неоправданным расходам.

Очень важно провести вычисления на стадии проектирования, так как выход из строя скрытой проводки и последующая замена сопряжена со значительными издержками. Мы поможем вам разобраться с тонкостями проведения расчетов, чтобы избежать проблем при дальнейшей эксплуатации электросетей.

Чтобы не нагружать вас сложными расчетами, мы подобрали понятные формулы и варианты вычислений, привели информацию в доступном виде, снабдив формулы пояснениями. Также в статью добавили тематические фото и видеоматериалы, позволяющие наглядно понять суть рассматриваемого вопроса.

Содержание статьи:

Расчет сечения по мощности потребителей

Основное назначение проводников – доставка электрической энергии к потребителям в необходимом количестве. Поскольку в обычных условиях эксплуатации сверхпроводники не доступны, приходится принимать в расчет сопротивление материала проводника.

Расчет необходимого сечения в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации.

Галерея изображений

Фото из

Различные виды кабеля для устройства проводки

Разная толщина у проводников для бытовой эксплуатации

Число жил в различных марках кабеля

Варианты многожильного кабеля

Общий ход вычислений начнем с того, что сначала проводим расчеты, используя формулу:

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

Где:

  • P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.
  • P1, P2, PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.

Получив результат по окончанию вычислений по вышеприведенной формуле, настал черед обратиться к табличным данным.

Теперь предстоит выбор необходимого сечения по таблице 1.

Таблица мощностиТаблица мощности

Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)

Этап #1 — расчет реактивной и активной мощности

Мощности потребителей указаны в документах на оборудование. Обычно в паспортах оборудования указана активная мощность вместе с  реактивной мощностью.

Устройства с активным видом нагрузки превращают всю полученную электрическую энергию, с учетом КПД,  в полезную работу: механическую, тепловую или в другой ее вид.

К устройствам с активной нагрузкой относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты.

Для таких устройств расчет мощности по току и напряжению имеет вид:

P = U * I,

Где:

  • P – мощность в Вт;
  • U – напряжение в В;
  • I – сила тока в А.

Устройства с реактивным видом нагрузки способны накапливать энергию поступающую от источника, а затем возвращать. Происходит такой обмен за счет смещения синусоиды силы тока и синусоиды напряжения.

График нулевого смещения фазГрафик нулевого смещения фаз

При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14)

К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.

График смещения фаз тока и напряженияГрафик смещения фаз тока и напряжения

Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i – сила тока, U, u – напряжение, π – число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику

Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.

Поэтому возвращенная энергия потребителя с реактивной нагрузкой является паразитной и тратится на нагрев проводников и других компонентов.

Реактивная мощность имеет зависимость от угла смещения фаз между синусоидами напряжения и тока. Угол смещения фаз выражают через cosφ.

Для нахождения полной мощности применяют формулу:

P = Q / cosφ,

Где Q – реактивная мощность в ВАрах.

Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.

Пример: в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200 ВАр и cosφ = 0,7. Следовательно, общая потребляемая мощность будет равна:

P = 1200/0,7 = 1714 Вт

Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.

Этап #2 — поиск коэффициентов одновременности и запаса

K – безразмерный коэффициент одновременности, показывает сколько потребителей одновременно может быть включено в сеть. Редко случается, чтобы все устройства одновременно потребляли электроэнергию.

Маловероятна одновременная работа телевизора и музыкального центра. Из устоявшейся практики K можно принять равным 0,8. Если Вы планируете использовать все потребители одновременно, K следует принять равным 1.

J – безразмерный коэффициент запаса. Характеризует создание запаса по мощности для будущих потребителей.

Прогресс не стоит на месте, с каждым годом изобретаются все новые удивительные и полезные электрические приборы. Ожидается, что к 2050 году рост потребления электроэнергии составит 84%. Обычно J принимается равным от 1,5 до 2,0.

Этап #3 — выполнение расчета геометрическим методом

Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм2.

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать проволоки проводника.

В этом случае есть простая геометрическая формула для монолитного провода круглого сечения:

S = π*R2 = π*D2/4, или наоборот

D = √(4*S / π)

Для проводников прямоугольного сечения:

S = h * m,

Где:

  • S – площадь жилы в мм2;
  • R – радиус жилы в мм;
  • D – диаметр жилы в мм;
  • h, m – ширина и высота соответственно в мм;
  • π – число пи, равное 3,14.

Если Вы приобретаете многожильный провод, у которого один проводник состоит из множества свитых проволочек круглого сечения, то расчет ведут по формуле:

S = N*D2/1,27,

Где N – число проволочек в жиле.

Провода, имеющие свитые из нескольких проволочек жилы , в общем случае имеют лучшую проводимость, чем монолитные. Это обусловлено особенностями протекания тока по проводнику круглого сечения.

Электрический ток представляет собой движение одноименных зарядов по проводнику. Одноименные заряды отталкиваются, поэтому плотность распределения зарядов смещена к поверхности проводника.

Другим достоинством многожильных проводов является их гибкость и механическая стойкость. Монолитные провода дешевле и применяют их в основном для стационарного монтажа.

Этап #4 —рассчитываем сечение по мощности на практике

Задача: общая мощность потребителей на кухне составляет 5000 Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220 В и имеют запитку от одной ветки.

Таблица потребителейТаблица потребителей

Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)

Решение:

Коэффициент одновременности K примем равным 0,8. Кухня место постоянных инноваций, мало ли что, коэффициент запаса J=2,0. Общая расчетная мощность составит:

P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт

Используя значение расчетной мощности, ищем ближайшее значение в таблице 1.

Ближайшим подходящим значением сечения жилы для однофазной сети является медный проводник с сечением 4 мм2. Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм2.

Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3 мм и 2,8 мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.

Галерея изображений

Фото из

Помещение с максимальным числом бытовой техники

Техническое оснащение ванных комнат и совмещенных санузлов

Подключение мощных энергопотребителей

Блок-розетка для маломощного оборудования

Варочная поверхность требует правильного подключения

Силовая электролиния для стиральной машины

Отдельные силовые ветки для холодильников

Мощные потребители энергии в санузлах и ванных

Расчет сечения по току

Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.

Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:

  • выбор мощности всех потребителей;
  • расчет токов, проходящих по проводнику;
  • выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.

Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.

Этап #1 — расчет силы тока по формулам

Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:

График связи характеристик электрического токаГрафик связи характеристик электрического тока

«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I — сила тока, P — мощность, U — напряжение, R — радиус жилы)

Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:

I = P/Uл,

Где:

  • I — cила тока, принимается в амперах;
  • P — мощность в ваттах;
  • Uл — линейное напряжение в вольтах.

Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.

Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:

  1. Uл = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
  2. Uл = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.

Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:

  1. Uл = 220 В для однофазного напряжения.
  2. Uл = 380 В для трехфазного напряжения.

Далее суммируем все потребляемые токи по формуле:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Где:

  • I – суммарная сила тока в амперах;
  • I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
  • K – коэффициент одновременности;
  • J – коэффициент запаса.

Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.

Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.

Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.

Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост — вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.

Этап #2 — выбор подходящего сечения по таблицам

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.

Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.

При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.

Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.

ТаблицаТаблица

Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)

Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой .

ТаблицаТаблица

Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)

При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:

  • 0,68 если 5-6 жил;
  • 0,63 если 7-9 жил;
  • 0,6 если 10-12 жил.

Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».

Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.

По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.

Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.

Таблица подбора сечения проводов и кабелейТаблица подбора сечения проводов и кабелей

Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле

Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.

Таблица для алюминиевых проводовТаблица для алюминиевых проводов

Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле

Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).

ТаблицаТаблица

Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников

Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):

ТаблицаТаблица

Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)

Расчет и выбор медных жил до 6 мм2 или алюминиевых до 10 мм2 ведется как для длительного тока.

В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:

0,875 * √Тпв

где Tпв — отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.

Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.

При выборе кабеля для разводки электричества в особое внимание уделяют его огнестойкости.

Этап #3 — расчет сечения проводника по току на примере

Задача: медного кабеля для подключения:

  • трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000 Вт;
  • трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000 Вт;
  • бытовой техники в доме общей мощностью 25000 Вт;

Подключение будет произведено пятижильным кабелем (три жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), проложенным в земле.

Как правильно подобрать кабельКак правильно подобрать кабель

Изоляция кабельно-проводниковой продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учитывать, что указанное производителем рабочее напряжение его изделия должно быть выше напряжения в сети

Решение.

Шаг # 1. Рассчитываем линейное напряжение трехфазного подключения:

Uл = 220 * √3 = 380 В

Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат имеют реактивную мощность, поэтому мощность техники и оборудования составит:

Pтех = 25000 / 0,7 = 35700 Вт

Pобор = 10000 / 0,7 = 14300 Вт

Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:

Iтех = 35700 / 220 = 162 А

Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:

Iобор = 14300 / 380 = 38 А

Шаг # 5. Необходимый ток для подключения бытовой техники посчитан из расчета одной фазы. По условию задачи имеется три фазы. Следовательно, ток можно распределить по фазам. Для простоты предположим равномерное распределение:

Iтех = 162 / 3 = 54 А

Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:

Iф = 38 + 54 = 92 А

Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника работать одновременно не будут, кроме этого заложим запас равный 1,5. После применения поправочных коэффициентов:

Iф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А

Шаг # 8. Хотя в составе кабеля имеется 5 жил, в расчет берется только три фазные жилы. По таблице 8 в столбце трехжильный кабель в земле находим, что току в 115 А соответствует сечение жилы 16 мм2.

Шаг # 9. По таблице 8 применяем поправочный коэффициент в зависимости от характеристики земли. Для нормального типа земли коэффициент равен 1.

Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Если бы расчет производился только по мощности, без учета особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составит 25 мм2. Расчет по силе тока сложнее, но иногда позволяет экономить значительные денежные средства, особенно когда речь идет о многожильных силовых кабелях.

О взаимосвязях значений напряжения и силы тока подробнее можно прочесть .

Расчет падения напряжения

Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.

Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.

Удельное сопротивлениеУдельное сопротивление

Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)

В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.

Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:

R = 2*(ρ * L) / S,

Uпад = I * R,

U% = (Uпад / Uлин) * 100,

Где:

  • 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
  • R – сопротивление проводника, Ом;
  • ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм2/м;
  • S – сечение проводника, мм2;
  • Uпад – напряжение падения, В;
  • U% – падение напряжения по отношению к Uлин,%.

Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.

Пример расчета переноски

Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5 мм2. Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.

Схема подключения сварочного аппаратаСхема подключения сварочного аппарата

Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант — подключение потребителей к отдельным веткам

Решение:

Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом

Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:

I = 7000 / 220 = 31.8 А

Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:

Uпад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:

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

Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет сечения проводника по формулам:

Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:

Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.

На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.

Если остались какие-либо вопросы по методике расчета сечения кабеля или есть желание поделиться личным опытом, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для отзывов расположен ниже.

Сечение провода – как выбрать по току или мощности

Стандартная квартирная электропроводка рассчитывается на максимальный ток потребления при длительной нагрузке 25 ампер (на такую силу тока выбирается и автоматический выключатель, который устанавливается на вводе проводов в квартиру) выполняется медным проводом сечением 4,0 мм2, что соответствует диаметру провода 2,26 мм и мощности нагрузки до 6 кВт.

Фотография кабеля одножильного провода

Согласно требований п 7.1.35 ПУЭ сечение медной жилы для квартирной электропроводки должно быть не менее 2,5 мм2, что соответствует диаметру проводника 1,8 мм и силе тока нагрузки 16 А. К такой электропроводке можно подключать электроприборы суммарной мощностью до 3,5 кВт.

Что такое сечение провода и как его определить

Чтобы увидеть сечение провода достаточно его перерезать поперек и посмотреть на срез с торца. Площадь среза и есть сечение провода. Чем оно больше, тем большую силу тока может передать провод.

Формула площади круга

Как видно из формулы, сечение провода легко вычислить по его диаметру. Достаточно величину диаметра жилы провода умножить саму на себя и на 0,785. Для вычисления сечения многожильного провода нужно вычислить сечение одной жилы и умножить на их количество.

Диаметр проводника можно определить с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм или микрометра с точностью до 0,01 мм. Если нет под рукой приборов, то в таком случае выручит обыкновенная линейка.

Выбор сечения
медного провода электропроводки по силе тока

Величина электрического тока обозначается буквой «А» и измеряется в Амперах. При выборе действует простое правило, чем сечение провода больше, тем лучше, по этому округляют результат в большую сторону.

Приведенные мною данные в таблице основаны на личном опыте и гарантируют надежную работу электропроводки при самых неблагоприятных условиях ее прокладки и эксплуатации. При выборе сечения провода по величине тока не имеет значение, переменный это ток или постоянный. Не имеют значения также величина и частота напряжения в электропроводке, это может быть бортовая сеть автомобиля постоянного тока на 12 В или 24 В, летательного аппарата на 115 В частотой 400 Гц, электропроводка 220 В или 380 В частотой 50 Гц, высоковольтная линия электропередачи на 10000 В.

Если неизвестен ток потребления электроприбором, но известны напряжение питания и мощность, то рассчитать ток можно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора.

Следует отметить, что на частотах более 100 Гц в проводах при протекании электрического тока начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что с увеличением частоты ток начинает «прижиматься» к внешней поверхности провода и фактическое сечение провода уменьшается. Поэтому выбор сечения провода для высокочастотных цепей выполняется по другим законам.

Определение нагрузочной способности электропроводки 220 В
выполненной из алюминиевого провода

В давно построенных домах электропроводка, как правило, выполнена из алюминиевых проводов. Если соединения в распределительных коробках выполнены правильно, срок службы алюминиевой проводки может составлять и сто лет. Ведь алюминий практически не окисляется, и срок службы электропроводки будет определяться только сроком службы пластмассовой изоляции и надежностью контактов в местах присоединения.

В случае подключения дополнительных энергоемких электроприборов в квартире с алюминиевой электропроводкой необходимо определить по сечению или диаметру жил проводов способность ее выдержать дополнительную мощность. По приведенной ниже таблице это легко сделать.

Если у Вас проводка в квартире выполнена из алюминиевых проводов и возникла необходимость подключить вновь установленную розетку в распределительной коробке медными проводами, то такое соединение выполняется в соответствии с рекомендациями статьи Соединение алюминиевых проводов.

Расчет сечения провода электропроводки
по мощности подключаемых электроприборов

Для выбора сечения жил провода кабеля при прокладке электропроводки в квартире или доме нужно проанализировать парк имеющихся электробытовых приборов с точки зрения одновременного их использования. В таблице представлен перечень популярных бытовых электроприборов с указанием потребляемого тока в зависимости от мощности. Вы можете узнать потребляемую мощность своих моделей самостоятельно из этикеток на самих изделиях или паспортам, часто параметры указывают на упаковке.

В случае если сила потребляемого тока электроприбором неизвестна, то ее можно измерять с помощью амперметра.

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами
при напряжении питания 220 В

Обычно мощность потребления электроприборов указывается на корпусе в ваттах (Вт или VA) или киловаттах (кВт или кVA). 1 кВт=1000 Вт.

Ток потребляют еще холодильник, осветительные приборы, радиотелефон, зарядные устройства, телевизор в дежурном состоянии. Но в сумме эта мощность составляет не более 100 Вт и при расчетах ее можно не учитывать.

Если Вы включите все имеющиеся в доме электроприборы одновременно, то необходимо будет выбрать сечение провода, способное пропустить ток 160 А. Провод понадобится толщиной в палец! Но такой случай маловероятен. Трудно представить, что кто-то способен одновременно молоть мясо, гладить утюгом, пылесосить и сушить волосы.

Пример расчета. Вы встали утром, включили электрочайник, микроволновую печь, тостер и кофеварку. Потребляемый ток соответственно составит 7 А + 8 А + 3 А + 4 А = 22 А. С учетом включенного освещения, холодильника и в дополнение, например, телевизора, потребляемый ток может достигнуть 25 А.

Расчет сечения кабеля. По мощности, току, длине

Как рассчитать кабель по току, напряжению и длине. Кабели, как известно, бывают разного сечения, материала и с разным количеством жил. Какой из них надо выбрать, чтобы не переплачивать, и одновременно обеспечить безопасную стабильную работу всех электроприборов в доме. Для этого необходимо произвести расчет кабеля. Расчет сечения проводят, зная мощность приборов, питающихся от сети, и ток, который будет проходить по кабелю. Необходимо также знать несколько других параметров проводки.

Основные правила

При прокладке электросетей в жилых домах, гаражах, квартирах чаще всего используют кабель с резиновой или ПВХ изоляцией, рассчитанный на напряжение не более 1 кВ. Существуют марки, которые можно применять на открытом воздухе, в помещениях, в стенах (штробах) и трубах. Обычно это кабель ВВГ или АВВГ с разной площадью сечения и количеством жил.
Применяют также провода ПВС и шнуры ШВВП для подсоединения электрических приборов.

После расчета выбирается максимально допустимое значение сечения из ряда марок кабеля.

Основные рекомендации по выбору сечения находятся в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Выпущено 6-е и 7-е издания, в которых подробно описывается, как прокладывать кабели и провода, устанавливать защиту, распределяющие устройства и другие важные моменты.

За нарушение правил предусмотрены административные штрафы. Но самое главное состоит в том, что нарушение правил может привести к выходу из строя электроприборов, возгоранию проводки и серьезным пожарам. Ущерб от пожара измеряется порой не денежной суммой, а человеческими жертвами.

Важность правильного выбора сечения

Почему расчет сечения кабеля так важен? Чтобы ответить, надо вспомнить школьные уроки физики.

Ток протекает по проводам и нагревает их. Чем сильнее мощность, тем больше нагрев. Активная мощность тока вычисляют по формуле:
P=U*I* cos φ=I²*R

R – активное сопротивление.

Как видно, мощность зависит от силы тока и сопротивления. Чем больше сопротивление, тем больше выделяется тепла, то есть тем сильнее провода нагреваются. Аналогично для тока. Чем он больше, тем больше греется проводник.

Сопротивление в свою очередь зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения.

R=ρ*l/S

ρ – удельное сопротивление;

l – длина проводника;

S– площадь поперечного сечения.

Видно, что чем меньше площадь, тем больше сопротивление. А чем больше сопротивление, тем проводник сильнее нагревается.

Площадь рассчитывается по формуле:
S=π*d²/4

d – диаметр.

Не стоит также забывать удельное сопротивление. Оно зависит от материала, из которого сделаны провода. Удельное сопротивление алюминия больше, чем меди. Значит, при одинаковой площади сильнее нагреваться будет алюминий. Сразу становится понятно, почему алюминиевые провода рекомендуют брать большего сечения, чем медные.

Чтобы каждый раз не вдаваться в длинный расчет сечения кабеля, были разработаны нормы выбора сечения проводов в таблицах.

Расчет сечения провода по мощности и току

Расчет сечения провода зависит от суммарной мощности, потребляемой электрическими приборами в квартире. Ее можно рассчитать индивидуально, или воспользоваться средними характеристиками.

Для точности расчетов составляют структурную схему, на которой изображены приборы. Узнать мощность каждого можно из инструкции или прочитать на этикетке. Наибольшая мощность у электрических печек, бойлеров, кондиционеров. Суммарная цифра должна получиться в диапазоне приблизительно 5-15 кВт.

Зная мощность, по формуле определяют номинальную силу тока:
I=(P*K)/(U*cos φ)

P – мощность в ваттах

U=220 Вольт

K=0,75 – коэффициент одновременного включения;

cos φ=1 для бытовых электроприборов;

Если сеть трехфазная, то применяют другую формулу:
I=P/(U*√3*cos φ)

U=380 Вольт

Рассчитав ток, надо воспользоваться таблицами, которые представлены в ПУЭ, и определить сечение провода. В таблицах указан допустимый длительный ток для медных и алюминиевых проводов с изоляцией различного типа. Округление всегда производят в большую сторону, чтобы был запас.

Можно также обратиться к таблицам, в которых сечение рекомендуют определять только по мощности.

Разработаны специальные калькуляторы, по которым определяют сечение, зная потребляемую мощность, фазность сети и протяженность кабельной линии. Следует обращать внимание на условия прокладки (в трубе или на открытом воздухе).

Влияние длины проводки на выбор кабеля

Если кабель очень длинный, то возникают дополнительные ограничения по выбору сечения, так как на протяженном участке происходят потери напряжения, которые в свою очередь приводят к дополнительному нагреву. Для расчета потерь напряжения используют понятие «момент нагрузки». Его определяют как произведение мощности в киловаттах на длину в метрах. Далее смотрят значение потерь в таблицах. Например, если потребляемая мощность составляет 2 кВт, а длина кабеля 40 м, то момент равняется 80 кВт*м. Для медного кабеля сечением 2,5 мм². это означает, что потери напряжения составляют 2-3%.

Если потери будут превышать 5%, то необходимо брать сечение с запасом, больше рекомендованного к использованию при заданном токе.

Расчетные таблицы предусмотрены отдельно для однофазной и трехфазной сети. Для трехфазной момент нагрузки увеличивается, так как мощность нагрузки распределяется по трем фазам. Следовательно, потери уменьшаются, и влияние длины уменьшается.

Потери напряжения важны для низковольтных приборов, в частности, газоразрядных ламп. Если напряжение питания составляет 12 В, то при потерях 3% для сети 220 В падение будет мало заметно, а для низковольтной лампы оно уменьшится почти вдвое. Поэтому важно размещать пускорегулирующие устройства максимально близко к таким лампам.

Расчет потерь напряжения выполняется следующим образом:
∆U = (P∙r0+Q∙x0)∙L/ Uн

P — активная мощность, Вт.

Q — реактивная мощность, Вт.

r0 — активное сопротивление линии, Ом/м.

x0 — реактивное сопротивление линии, Ом/м.

– номинальное напряжение, В. (оно указывается в характеристиках электроприборов).

L — длинна линии, м.

Ну а если попроще для бытовых условий:
ΔU=I*R

R – сопротивление кабеля, рассчитывается по известной формуле R=ρ*l/S;

I – сила тока, находят из закона Ома;

Допустим, у нас получилось, что I=4000 Вт/220 В=18,2 А.

Сопротивление одной жилы медного провода длиной 20 м и площадью 1,5 мм кв. составило R=0,23 Ом. Суммарное сопротивление двух жил равняется 0,46 Ом.

Тогда ΔU=18,2*0,46=8,37 В

В процентном соотношении

8,37*100/220=3,8%

На длинных линиях от перегрузок и коротких замыканий устанавливают автоматические выключатели с тепловыми и электромагнитными расцепителями.

Похожие темы:
Таблица выбора сечения кабеля. Расчет сечения проводов и кабелей по току, мощности.

В таблице приведены данные мощности, тока и сечения кабелей и проводов, для расчетов и выбора кабеля и провода, кабельных материалов и электрооборудования.

В расчете применялись данные таблиц ПУЭ, формулы активной мощности для однофазной и трехфазной симметричной нагрузки.

Ниже представлены таблицы для кабелей и проводов с медными и алюминивыми жилами проводов.

Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности с медными жилами
Сечение токопро водящей жилы, мм2 Медные жилы проводов и кабелей
Напряжение, 220 В Напряжение, 380 В
ток, А мощность, кВт ток, А мощность, кВт
1,5 19 4,1 16 10,5
2,5 27 5,9 25 16,5
4 38 8,3 30 19,8
6 46 10,1 40 26,4
10 70 15,4 50 33,0
16 85 18,7 75 49,5
25 115 25,3 90 59,4
35 135 29,7 115 75,9
50 175 38,5 145 95,7
70 215 47,3 180 118,8
95 260 57,2 220 145,2
120 300 66,0 260 171,6
Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности с алюминивыми жилами
Сечение токопро водящей жилы, мм2 Алюминивые жилы проводов и кабелей
Напряжение, 220 В Напряжение, 380 В
ток, А мощность, кВт ток, А мощность, кВт
2,5 20 4,4 19 12,5
4 28 6,1 23 15,1
6 36 7,9 30 19,8
10 50 11,0 39 25,7
16 60 13,2 55 36,3
25 85 18,7 70 46,2
35 100 22,0 85 56,1
50 135 29,7 110 72,6
70 165 36,3 140 92,4
95 200 44,0 170 112,2
120 230 50,6 200 132,0

Пример расчета сечения кабеля

Задача: запитать ТЭН мощностью W=4,75 кВт медным проводом в кабель-канале.
Расчет тока: I = W/U. Напряжение нам известно: 220 вольт. Согласно формуле протекающий ток I = 4750/220 = 21,6 ампера.

Ориентируемся на медный провод, потому берем значение диаметра медной жилы из таблицы. В колонке 220В — медные жилы находим значение тока, превышающего 21,6 ампера, это строка со значением 27 ампера. Из этой же строки берем Сечение токопроводящей жилы, равное 2,5 квадрата.

Расчет необходимого сечения кабеля по марке кабеля, провода

Число жил,
сечение мм.
Кабеля (провода)
Наружный диаметр мм.Диаметр трубы мм.Допустимый длительный
ток (А) для проводов и кабелей при прокладке:
Допустимый длительный ток
 для медных шин прямоугольного
 сечения (А) ПУЭ
ВВГВВГнгКВВГКВВГЭNYMПВ1ПВ3ПВХ (ПНД)Мет.тр. Дув воздухев землеСечение, шины ммКол-во шин на фазу
11х0,75      2,716201515123
21х1      2,81620171715х3210  
31х1,55,45,4   33,21620233320х3275  
41х2,55,45,7   3,53,61620304425х3340  
51х466   441620415530х4475  
61х66,56,5   55,51620507040х4625  
71х107,87,8   5,56,220208010540х5700  
81х169,99,9   78,2202010013550х5860  
91х2511,511,5   910,5323214017550х6955  
101х3512,612,6   1011323217021060х6112517402240
111х5014,414,4   12,513,2323221526580х6148021102720
121х7016,416,4   1414,84040270320100х6181024703170
131х9518,818,7   1617404032538560х8132021602790
141х12020,420,4     505038544580х8169026203370
151х15021,121,1     5050440505100х8208030603930
161х18524,724,7     5050510570120х8240034004340
171х24027,427,4     6365605 60х10147525603300
183х1,59,69,2  9  2020192780х10190031003990
193х2,510,510,2  10,2  20202538100х10231036104650
203х411,211,2  11,9  25253549120х10265041005200
213х611,811,8  13  25254260Допустимый длительный ток для
медных шин прямоугольного сечения
(А) Schneider Electric IP30
223х1014,614,6     25255590
233х1616,516,5     323275115
243х2520,520,5     323295150
253х3522,422,4     4040120180Сечение, шины ммКол-во шин на фазу
264х1  89,5   16201414123
274х1,59,89,89,210,1   2020192750х56501150 
284х2,511,511,511,111,1   2020253863х575013501750
294х503031,3     636514522580х5100016502150
304х7031,636,4     8080180275100х5120019002550
314х9535,241,5     8080220330125х5135021503200
324х12038,845,6     100100260385Допустимый длительный ток для
медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP31
334х15042,251,1     100100305435
344х18546,454,7     100100350500
355х1  9,510,3   16201414
365х1,510101010,910,3  20201927Сечение, шины ммКол-во шин на фазу
375х2,5111111,111,512  20202538123
385х412,812,8  14,9  2525354950х56001000 
395х614,214,2  16,3  3232426063х570011501600
405х1017,517,5  19,6  4040559080х590014501900
415х162222  24,4  505075115100х5105016002200
425х2526,826,8  29,4  636595150125х5120019502800
435х3528,529,8     6365120180    
445х5032,635     8080145225    
455х9542,8      100100220330    
465х12047,7      100100260385    
475х15055,8      100100305435    
485х18561,9      100100350500    
497х1  1011   16201414    
507х1,5  11,311,8   20201927    
517х2,5  11,912,4   20202538    
5210х1  12,913,6   25251414    
5310х1,5  14,114,5   32321927    
5410х2,5  15,617,1   32322538    
5514х1  14,114,6   32321414    
5614х1,5  15,215,7   32321927    
5714х2,5  16,918,7   40402538    
5819х1  15,216,9   40401414    
5919х1,5  16,918,5   40401927    
6019х2,5  19,220,5   50502538    
6127х1  1819,9   50501414    
6227х1,5  19,321,5   50501927    
6327х2,5  21,724,3   50502538    
6437х1  19,721,9   50501414    
6537х1,5  21,524,1   50501927    
6637х2,5  24,728,5   63652538    
Расчет минимальных уровней тока короткого замыкания

Если защитное устройство в цепи предназначено только для защиты от коротких замыканий, важно, чтобы оно работало с уверенностью при минимально возможном уровне тока короткого замыкания, который может возникнуть в цепи

Как правило, в цепях низкого напряжения одно защитное устройство защищает от всех уровней тока, от порога перегрузки до максимальной номинальной отключающей способности тока короткого замыкания устройства.Защитное устройство должно работать в течение максимального времени, чтобы обеспечить безопасность людей и цепей, на весь ток короткого замыкания или ток повреждения, которые могут возникнуть. Чтобы проверить это поведение, расчет минимального тока короткого замыкания или тока повреждения является обязательным.

Кроме того, в некоторых случаях используются защитные устройства от перегрузки и отдельные защитные устройства от короткого замыкания.

Примеры таких договоренностей

Рисунок G43 — Рисунок G45 показывает некоторые общие схемы, в которых защита от перегрузки и короткого замыкания достигается отдельными устройствами.

Рис. G43 — Цепь, защищенная предохранителями aM

Рис. G44 — Цепь, защищенная автоматическим выключателем без теплового реле перегрузки

Рис. G45 — Автоматический выключатель D обеспечивает защиту от коротких замыканий вплоть до нагрузки

Как показано в Рисунок G43 и Рисунок G44, наиболее распространенные схемы с использованием отдельных устройств управления и защиты двигателей.

Рисунок G45 представляет собой отступление от основных правил защиты и обычно используется в цепях шинопроводов (шинопроводных системах), световых шинах и т. Д.

Переменная скорость привода

На рисунке G46 показаны функции, предоставляемые приводом с регулируемой скоростью, и при необходимости некоторые дополнительные функции, предоставляемые такими устройствами, как автоматический выключатель, тепловое реле, УЗО.

Рис. G46 — Обеспечение защиты для применений с изменяемой скоростью

Предусмотренная защита Защита обычно обеспечивается приводом с регулируемой скоростью Дополнительная защита, если не обеспечивается приводом с регулируемой скоростью
Кабельная перегрузка Да CB / Тепловое реле
Перегрузка двигателя Да CB / Тепловое реле
Короткое замыкание вниз по течению Да
Перегрузка привода с переменной скоростью Да
перенапряжения Да
Пониженное напряжение Да
Потеря фазы Да
Восходящее короткое замыкание выключатель

(отключение при коротком замыкании)

Внутренняя ошибка выключатель

(отключение при коротком замыкании и перегрузке)

замыкание на землю в нисходящем направлении (косвенный контакт) (самозащита) УЗО ≥ 300 мА или CB в системе заземления TN
Ошибка прямого контакта УЗО ≤ 30 мА

Условия, которые должны быть выполнены

Защитное устройство должно выполнять:

  • Установка мгновенного отключения Im мин. для выключателя
  • Ток плавления Ia мин. для плавкого предохранителя

Защитное устройство должно поэтому удовлетворять двум следующим условиям:

  • Его отключающая способность должна быть больше, чем Isc, 3-фазный ток короткого замыкания в точке установки
  • Устранение минимального тока короткого замыкания, возможного в цепи, за время tc, совместимое с тепловыми ограничениями проводников цепи:
T с ≤ К 2 S 2 я s с м я N 2 {\ displaystyle tc \ leq {\ frac {k ^ {2} S ^ {2}} {Isc_ {min} \, ^ {2}}}} (действует в течение tc <5 секунд)

, где S — площадь поперечного сечения кабеля, k — коэффициент, зависящий от материала проводника кабеля, изоляционного материала и начальной температуры.

Пример: для медного сшитого полиэтилена, начальная температура 90 ° C, k = 143 (см. IEC60364-4-43 § 434.3.2 в таблице 43A и Рисунок G52).

Сравнение кривой характеристик срабатывания или плавления защитных устройств с предельными кривыми теплового ограничения для проводника показывает, что это условие выполняется, если:

  • Isc (мин)> Im (уровень тока уставки срабатывания выключателя с мгновенной или кратковременной задержкой), (см. Рис. G47)
  • Isc (мин)> Ia для защиты плавкими предохранителями.Значение тока Ia соответствует точке пересечения кривой плавкого предохранителя и кривой термического сопротивления кабеля (см. Рис. G48 и Рис. G49)
{\displaystyle tc\leq {\frac {k^{2}S^{2}}{Isc_{min}\,^{2}}}}

Рис. G47 — Защита автоматическим выключателем

{\displaystyle tc\leq {\frac {k^{2}S^{2}}{Isc_{min}\,^{2}}}}

Рис. G48 — Защита предохранителями типа М

{\displaystyle tc\leq {\frac {k^{2}S^{2}}{Isc_{min}\,^{2}}}}

Рис. G49 — Защита плавкими предохранителями типа gG

Практический метод расчета Lmax

На практике это означает, что длина цепи ниже по потоку от защитного устройства не должна превышать расчетную максимальную длину: L м Икс знак равно 0.8 U S п час 2 ρ я м {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {0.8 \ U \ S_ {ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Необходимо проверить ограничивающее влияние полного сопротивления проводников с длинной цепью на величину токов короткого замыкания и соответственно ограничить длину цепи.

Для защиты людей (защита от неисправностей или косвенные контакты) методы расчета максимальной длины цепи представлены в главе F для систем TN и IT (вторая неисправность).

Два других случая рассматриваются ниже для межфазных и межфазных коротких замыканий.

1 — Расчет L max для 3-фазной 3-проводной цепи

Минимальный ток короткого замыкания будет происходить, когда двухфазные провода замкнуты на удаленном конце цепи (см. Рис. G50).

{\displaystyle L_{max}={\frac {0.8\ U\ S_{ph}}{2\rho I_{m}}}}

Рис. G50 — Определение L для 3-фазной 3-проводной цепи

Используя «традиционный метод», напряжение в точке защиты P принимается равным 80% от номинального напряжения во время короткого замыкания, так что 0,8 U = Isc Zd, где:

Zd = сопротивление контура замыкания
Isc = ток короткого замыкания (ph / ph)
U = номинальное напряжение между фазами

Для кабелей ≤ 120 мм 2 реактивным сопротивлением можно пренебречь, так что Z d знак равно ρ 2 L S п час {\ displaystyle Zd = \ rho {\ frac {2L} {Sph}}} [1]

где:

ρ = удельное сопротивление материала проводника при средней температуре во время короткого замыкания,
Sph = c.Южная Австралия фазового проводника в мм 2
L = длина в метрах

Условием защиты кабеля является Im ≤ Isc с Im = ток отключения, который гарантирует мгновенную работу выключателя.

Это приводит к я м ≤ 0.8 U Z d {\ displaystyle Im \ leq {\ frac {0.8U} {Zd}}} который дает L ≤ 0.8 U S п час 2 ρ я м {\ displaystyle L \ leq {\ frac {0.8 \ U \ S_ {ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Для проводников аналогичной природы U и ρ являются постоянными (U = 400 В для межфазного замыкания, ρ = 0,023 Ом · мм² / м [2] для медных проводников), поэтому можно написать верхнюю формулу так как:

L м Икс знак равно К S п час я м {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {k \ S_ {ph}} {I_ {m}}}}

с Lmax = максимальная длина цепи в метрах

Для промышленных автоматических выключателей (IEC 60947-2) значение Im дано с допуском ± 20%, поэтому Lmax следует рассчитать для Im + 20% (наихудший случай).

Значения коэффициента

k приведены в следующей таблице для медных кабелей с учетом этих 20% и как функция поперечного сечения для Sph> 120 мм² [1]

Сечение (мм 2 ) ≤ 120 150 185 240 300
к (для 400 В) 5800 5040 4830 4640 4460

2 — Расчет L max для 3-фазной 4-проводной цепи 230/400 В

Минимальное значение Isc возникает, когда короткое замыкание происходит между фазным проводником и нейтралью в конце цепи.

Требуется расчет, аналогичный приведенному выше в примере 1, но для однофазного повреждения (230 В).

  • If Sn (нейтральное сечение) = Sph

Lmax = k Sph / Im с k, рассчитанным для 230 В, как показано в таблице ниже

Сечение (мм 2 ) ≤ 120 150 185 240 300
к (для 230 В) 3333 2898 2777 2668 2565
  • Если Sn (нейтральное сечение) 2 )

L м Икс знак равно 6666 S п час я м 1 1 + м {\ displaystyle L_ {max} = 6666 {\ frac {Sph} {Im}} {\ frac {1} {1 + m}}}

м знак равно S п час S N {\ displaystyle m = {\ frac {Sph} {Sn}}}

Табличные значения для Lmax

На основе практического метода расчета, подробно описанного в предыдущем абзаце, можно подготовить предварительно рассчитанные таблицы.

На практике таблицы Рис. F25 — Рис. F28, уже использованные в главе Защита от поражения электрическим током и поражения электрическим током для расчета замыкания на землю, также могут использоваться здесь, но с применением поправочных коэффициентов в Рис. G51 ниже, чтобы получить значение Lmax, относящееся к межфазным или межфазным коротким замыканиям.

Примечание : для алюминиевых проводников полученные длины необходимо снова умножить на 0,62.

Рис.G51 — поправочный коэффициент, применяемый к длинам, полученным из Рис. F25 — Рис. F28, для получения Lmax с учетом межфазных или межфазных коротких замыканий

Деталь схемы
3-фазная 3-проводная цепь 400 В или 1-фазная 2-проводная цепь 400 В (без нейтрали) 1,73
1-фазная 2-проводная (фаза и нейтраль) цепь 230 В 1
3-фазная 4-проводная цепь 230/400 В или 2-фазная 3-проводная цепь 230/400 В (i.е с нейтральным) Sph / S нейтральный = 1 1
Sph / S нейтральный = 2 0,67

Примеры

Пример 1

В 3-фазной 3-проводной установке 400 В защита от короткого замыкания двигателя 22 кВт (50 А) обеспечивается магнитным выключателем типа GV4L, мгновенное отключение по току короткого замыкания установлено на 700 А (точность ± 20%), т. е. в худшем случае для отключения потребуется 700 x 1,2 = 840 А.

Кабель с.с.а. = 10 мм², а материал проводника — медь.

В Рис. F25 столбец Im = 700 A пересекает строку c.s.a. = 10 мм² при значении для Lmax 48 м. Рис. G51 дает коэффициент 1,73 для применения к этому значению для 3-фазной 3-проводной цепи (без нейтрали). Таким образом, автоматический выключатель защищает кабель от коротких замыканий при условии, что его длина не превышает 48 x 1,73 = 83 метра.

Пример 2

В цепи 3L + N 400 В защита обеспечивается автоматическим выключателем 220 A типа NSX250N с микрологическим 2-х расцепителем с мгновенной защитой от короткого замыкания, установленной на 3000 А (± 20%), т.е.е. наихудший случай 3600 А, чтобы быть уверенным в отключении.

Кабель с.с.а. = 120 мм², а материал проводника — алюминий.

В Рис. F25 столбец Im = 3200 A (первое значение> 3000 A, так как в таблице уже учитывается + 20% для Im при расчете) пересекает строку c.s.a. = 120 мм² при значении Lmax 125 м Будучи 3-фазным 4-проводным контуром 400 В (с нейтралью), поправочный коэффициент из Рис. G51, который следует применить, равен 1. В дополнение, поскольку проводник выполнен из алюминия, коэффициент 0. 1 2 Для к.с.а. > 120 мм 2 , сопротивление, рассчитанное для проводников, должно быть увеличено, чтобы учесть неоднородную плотность тока в проводнике (из-за эффектов «скина» и «близости»). Подходящие значения следующие:

  • 150 мм 2 : R + 15%
  • 185 мм 2 : R + 20%
  • 240 мм 2 : R + 25%
  • 300 мм 2 : R + 30%
  • ^ Удельное сопротивление для медных кабелей EPR / XLPE при пропускании тока короткого замыкания, например, для максимальной температуры, которую они могут выдержать = 90 ° C (см. Рисунок G37).
  • ,
    Исследование сопротивления провода — Курс физики GCSE

    Введение

    В этой статье я буду исследовать, что влияет на сопротивление провода.

    Электричество течет в металлах. Металлическая проволока состоит из миллионов крошечных металлических кристаллов, и атомы каждого кристалла расположены в правильном порядке. Металл полон «свободных» электронов, которые не прилипают к какому-либо конкретному атому; скорее они заполняют пространство между атомами. Когда эти электроны движутся, они создают электрический ток.

    Проводники имеют сопротивление, но некоторые хуже, чем другие. Свободные электроны продолжают сталкиваться с атомами. Сопротивление провода зависит от четырех основных факторов:

    • Удельное сопротивление
    • Длина провода
    • Площадь поперечного сечения
    • Температура проволоки

    Я буду исследовать, как длина провода влияет на сопротивление. Я провел предварительный эксперимент, чтобы помочь мне выбрать лучший способ провести расследование. Результаты также помогут мне сделать прогнозы.

    Предварительное расследование

    Ниже приведены мои результаты предварительного эксперимента (см. Таблицу 1). Чтобы гарантировать точность, я взял три показания каждого из вольт и тока.

    Эти результаты показывают, что с увеличением длины провода увеличивается и сопротивление. Кроме того, если вы удвоите длину провода, сопротивление примерно удвоится. Например, когда длина провода составляет 20 см, сопротивление составляет 3,14 Ом; при длине провода 40 см сопротивление равно 6.18 Ом, что примерно вдвое больше. В моем основном исследовании я посмотрю, относится ли это наблюдение к моим результатам.

    Я обнаружил, что устройство, которое я использовал, было подходящим, но я думаю, что я мог бы увеличить количество точек данных для получения более надежных результатов, возможно, увеличивая длину провода на 5 см каждый раз вместо 10 см.

    Исследование сопротивления провода

    Цель

    Я буду исследовать сопротивление провода по отношению к его длине.

    Прогноз

    Я предсказываю, что чем длиннее провод, тем больше сопротивление. Это связано с тем, что свободные электроны в проводе сталкиваются с большим количеством атомов, что затрудняет прохождение электричества. Точно так же, чем короче провод, тем меньше сопротивление, потому что электроны будут сталкиваться с меньшим количеством атомов, тем самым ослабляя поток электричества. Кроме того, сопротивление провода прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади, поэтому удвоение длины провода должно увеличить сопротивление в два раза.Это связано с тем, что если удвоить длину провода, электроны столкнутся с вдвое большим числом атомов, поэтому сопротивление будет в два раза больше. Если это правильно, график должен показать положительную корреляцию.

    Аппарат

    Аппарат, который я буду использовать в этом эксперименте, выглядит следующим образом:

    • 1 амперметр (для измерения тока)
    • 1 вольтметр (для измерения напряжения)
    • 5 х проводов
    • 2 крокодиловых зажима
    • Блок питания
    • 100см нихромовой проволоки

    Метод

    Сначала я соберу необходимое устройство и настрою его, как показано на рисунке 1 ниже.Затем я установлю блок питания на минимально возможное напряжение, чтобы ток, проходящий через цепь, не был слишком высоким (что может потенциально повлиять на результаты, потому что провод перегрелся).

    Я положу один зажим крокодила на 0см на провод, а другой на 5см, чтобы завершить схему. Затем я включу блок питания и запишу показания вольтметра и амперметра. Я выключу блок питания, переместу зажим крокодила, который был на 5 см до 10 см, и включу блок питания.Я снова запишу показания вольтметра и амперметра и выключу блок питания. Я буду повторять этот метод каждые 5 см до тех пор, пока не достигну 100 см, каждый раз беря три показания с вольтметра и амперметра для обеспечения точности. Кроме того, после каждого чтения я выключаю блок питания, чтобы провод не нагревался и не влиял на мои результаты.

    Обеспечение точности

    Для обеспечения точности я буду записывать напряжение и ток три раза каждые 5 см и принимать среднее значение.Это уменьшит вероятность ложных показаний и отменит любые аномальные результаты. Я также позабочусь о том, чтобы провод не нагревался слишком сильно, подтверждая, что я не устанавливаю слишком высокое напряжение на блоке питания, и поддерживая одинаковое напряжение для каждого показания. Кроме того, я буду следить за тем, чтобы выключать блок питания после каждого чтения. Я постараюсь сделать это расследование максимально точным.

    Переменные

    В этом эксперименте можно изменить различные переменные; это независимая переменная.Тем не менее, из-за моей линии расследования, я буду менять только длину провода. Переменными, которые я буду контролировать, будут тип провода (удельное сопротивление) и площадь поперечного сечения провода. Я также буду контролировать, используя блок питания, сколько вольт проходит через провод. Ниже приведена таблица, иллюстрирующая эффект изменения переменных (см. Таблицу 2):

    Безопасность

    Я обеспечу безопасность эксперимента, убедившись, что все провода подключены правильно и что ни одна из изоляции на проводах не изношена.Я также гарантирую, что есть четкое указание на то, что питание отключено с помощью переключателя и L.E.D. Я встану во время расследования, чтобы не пораниться, если что-то сломается.

    Результаты

    Ниже приведена таблица с моими результатами (Таблица 3). Я взял три чтения и вывел среднее значение, показанное красным цветом.

    Таблица 3 показывает, что с увеличением длины провода также увеличивается и сопротивление. Это подтверждает первую часть моего прогноза: чем длиннее провод, тем больше сопротивление.

    Кроме того, мой прогноз о том, что удвоение длины провода увеличивает сопротивление в два раза, является правильным (см. Таблицу 4).

    График

    График этих результатов показывает почти прямую линию, иллюстрирующую сильную положительную корреляцию между длиной и сопротивлением, что согласуется с моим прогнозом.

    Обсуждение

    В целом, мои результаты очень соответствуют моим прогнозам. Большинство точек данных были на линии наилучшего соответствия или очень близко к ней.Существует несколько точек данных, которые находятся дальше от линии наилучшего соответствия, чем другие, но они по-прежнему соответствуют общей тенденции. Там нет аномальных результатов, которые я бы посчитал далеко от линии наилучшего соответствия.

    Существуют возможные источники ошибок, которые могли привести к противоречивым результатам, таким как перегиб в проводе. Это предотвратило бы постоянство площади провода и повлияло бы на мои результаты. Однако я позаботился о том, чтобы провод оставался прямым на протяжении всего эксперимента.

    Я думаю, что диапазон моих результатов был достаточным для того, чтобы я мог сделать правильный вывод о том, как длина провода влияла на сопротивление. Это потому, что я мог построить график и показать общую тенденцию.

    Я думаю, что паттерн / общая тенденция продолжится за пределами диапазона значений, которые я использовал. Тем не менее, я думаю, что если бы у меня не было специального оборудования, результаты были бы искажены, потому что провод в конечном итоге сильно нагрелся. Кроме того, аппарат, которым я пользовался в школе, не подходил бы, если бы я продолжал увеличивать длину провода; е.Например, в классной комнате я не мог увеличить длину более 150 см из-за проблем безопасности, а также из-за нехватки места.

    Я думаю, что мой метод мог бы быть улучшен для получения результатов, которые были бы еще более последовательными. Я мог бы подумать об использовании нового куска проволоки каждый раз, чтобы регулировать температуру более строго. Использование одного и того же куска проволоки на протяжении всего эксперимента означало, что его температура немного повышалась с течением времени, что могло повлиять на мои результаты. Однако использование новых кусков проволоки каждый раз было бы слишком непрактичным и занимало много времени в контексте этого урока.В целом, я думаю, что мой метод был достаточным для получения надежных результатов.

    Чтобы поддержать мой прогноз и заключение, я мог бы провести дальнейшие эксперименты. Например, я мог бы использовать различные типы проводов вместо использования только нихрома. Я мог бы также рассмотреть возможность использования различных площадей поперечного сечения проводов или даже сознательно изменить температуру проводов и посмотреть, как манипулирование этими переменными влияет на сопротивление провода.

    ,

    Расчет токов короткого замыкания

    Защита

    Электрические установки почти всегда требуют защиты от коротких замыканий везде, где есть электрические разрывы. Чаще всего это соответствует точкам, в которых происходит изменение сечения проводника. Ток короткого замыкания должен рассчитываться на каждом уровне установки с целью определения характеристик оборудования, необходимого для того, чтобы выдержать или отключить ток повреждения.

    Блок-схема на рисунке 1 показывает процедуру определения различных токов короткого замыкания и результирующих параметров для различных защитных устройств низковольтной установки.

    Для правильного выбора и настройки защитных устройств используются графики на рисунках 2, 3 и 4. Необходимо оценить два значения тока короткого замыкания:

    Максимальный ток короткого замыкания, используемый для определения

    • Отключающая способность автоматических выключателей
    • Производительная мощность выключателей
    • Выдерживаемая электродинамическая емкость системы электропроводки и распределительного устройства

    Максимальный ток короткого замыкания соответствует короткому замыканию в непосредственной близости от выходных клемм защитного устройства.Он должен быть точно рассчитан и использован с запасом прочности.

    Минимальный ток короткого замыкания, существенный

    при выборе кривой время-ток для автоматических выключателей и предохранителей, в частности, когда:

    • Кабели длинные и / или сопротивление источника относительно высокое (генераторы, ИБП)
    • Защита жизни зависит от автоматического выключателя или срабатывания предохранителя, в основном это касается электрических систем TN и IT

    Обратите внимание, что минимальный ток короткого замыкания соответствует короткому замыканию на конце защищаемой линии, как правило, между фазой и землей для низкого напряжения и между фазой для ВН (нейтраль не распределена) при работе в условиях наименьшей нагрузки условия (неисправность в конце фидера, а не только после защитного устройства, один трансформатор в работе, когда два могут быть подключены, и т. д.).

    АВТОР: Эксперты Schneider Electric | Бенуа де Мец-Ноблат, Фредерик Дюма, Кристоф Пулин

    Calculation of short-circuit currents

    ,

    Исчисление I — Объемы тел вращения / Метод колец

    Пол Заметки Онлайн

    Ноты Быстрая навигация Скачать

    • Перейти к
    • Ноты
    • Проблемы с практикой
    • Проблемы с назначением
    • Показать / Скрыть
    • Показать все решения / шаги / и т. Д.
    • Скрыть все решения / шаги / и т. Д.
    • Разделы
    • Площадь между кривыми
    • томов твердого тела вращения / метод цилиндров
    • глав
    • Интегралы
    • Дополнительно
    • Классы
    • Алгебра
    • Исчисление I
    • Исчисление II
    • Исчисление III
    • Дифференциальные уравнения
    • Дополнительно
    • Обзор алгебры и триггеров
    • Распространенные математические ошибки
    • Комплексное число праймер
    • Как изучать математику
    • Шпаргалки и таблицы
    • Разное
    • Свяжитесь со мной
    • Справка и настройка MathJax
    • Мои ученики
    • Примечания Загрузки
    • Полная книга
    • Текущий Глава
    • Текущий раздел
    • Практика Проблемы Загрузки
    • Complete Book — Проблемы только
    • Complete Book — Решения
    • Текущая глава — только проблемы
    • Текущая глава — Решения
    • Текущий раздел — только проблемы
    • Текущий раздел — Решения
    • Проблемы с назначением Загрузки
    • Полная книга
    • Текущий Глава
    • Текущий раздел
    • Другие предметы
    • Получить URL для загрузки элементов
    • Распечатать страницу в текущей форме (по умолчанию)
    • Показать все решения / шаги и распечатать страницу
    • Скрыть все решения / шаги и распечатать страницу
    • Дом
    • Классы
    • алгебра
      • Предварительные
        • Целочисленные экспоненты
        • Рациональные экспоненты
        • Радикалы
        • полиномов
        • Факторинг Полиномы
        • Rational Expressions
        • Комплексные числа
      • Решение уравнений и неравенств
        • Решения и комплекты решений
        • линейных уравнений
        • приложений линейных уравнений
        • уравнений с более чем одной переменной
        • Квадратичные уравнения — Часть I
        • Квадратичные уравнения — Часть II
        • Квадратичные уравнения: краткое изложение
        • Приложения квадратичных уравнений
        • Уравнения
        • , приводимые к квадратичной форме
        • Уравнения с радикалами
        • линейных неравенств
        • Полиномиальное неравенство
        • Рациональное неравенство
        • Уравнения абсолютной стоимости
        • Абсолютное неравенство в значениях
      • Графика и функции
        • График
        • Линии
        • Круги
        • Определение функции
        • Графические функции
        • Объединение функций
        • Обратные функции
      • общих графиков
        • Линии, окружности и кусочные функции
        • Параболы
        • Эллипсы
    .
    Опубликовано в категории: Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *