Номинал тока для кабеля
Расчет сечения кабеля
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info.
В предыдущей статье я подробно показывал, как рассчитать основную характеристику автоматического выключателя — его номинальный ток, в этой статье мы подробно рассмотрим, как выполнить расчет сечения кабеля.
Итак, нам необходимо знать расчетный ток в линии.
Рабочий ток электропроводки ограничен максимально допустимой температурой нагрева провода при протекании по нему тока. При превышении этой температуры изоляция начинает перегреваться и плавиться, что приводит к разрушению кабеля. Для скрытой электропроводки теплопроводность провода меньше, чем для открытой проводки, провод хуже охлаждается и соответственно, меньше допустимый рабочий ток.
При продолжительной работе кабеля с температурой, превышающей допустимую, изоляция быстро теряет свои изоляционные и механические свойства. Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией составляет 70°С. А при токах короткого замыкания максимально допустимая температура 160°С, причем продолжительность такого воздействия не должна превышать 4с. Сечение провода необходимо выбирать таким, чтобы он не нагревался выше допустимой для его нормальной работы температуры.
Номинальный ток автоматического выключателя выбирается больше или равным расчетному току линии, и не должен превышать максимально допустимую нагрузку в электрической цепи или кабеле:
Iрасч Выбирая сечение провода, необходимо учитывать требования к его механической прочности. Согласно ПУЭ табл.7.1.1, для внутренней электропроводки жилых зданий минимальное сечение проводников групповых линий должно быть 1,5 мм2. То есть, если в результате расчета получается, что необходим провод сечением 1 мм2, необходимо применять провод минимум 1,5 мм2.
Знакомясь с время-токовыми характеристиками автоматических выключателей, мы рассматривали, пороги срабатывания тепловых и электромагнитных расцепителей настраиваются на заводе по стандарту. Эти данные обычно приводятся в каталогах производителей.
Параметры срабатывания автоматических выключателей
Из таблицы (и из графика время-токовой характеристики) видно, что при токах до 1,13Iн автомат не сработает. При возникновении перегрузки цепи на 13% больше номинального тока (1,13Iн), автоматический выключатель отключиться не ранее, чем через час, а при перегрузке до 45% (1,45Iн), тепловой расцепитель автомата должен сработать в течение одного часа (т.е. может сработать и через час). Таким образом, в диапазоне токов 1,13-1,45 от номинального тока Iн тепловой расцепитель автомата сработает за время от нескольких минут, до нескольких часов.
Из всего этого видно, что номинальный ток выбранного автоматического выключателя, с учётом уставки теплового рацепителя, как минимум, не должен превышать допустимых токовых нагрузок электропроводки, находящейся в зоне действия автомата.
Для чего при выборе автоматического выключателя учитывать уставку теплового расцепителя? Для наглядности рассмотрим пример.
Возьмем автомат номиналом 16А, ток перегрузки при котором этот автомат сработает в течение часа будет равным не 16А, а 16·1,45= 23,2А (уставка теплового расцепителя — 1,45Iн). Соответственно, под этот ток необходимо подобрать сечение кабеля. Смотрим таблицу для меди: при скрытой электропроводке это минимум 2,5мм 2 (длительно выдерживает ток в 25А).
Соответственно, для автомата номиналом 10А, ток при котором этот автоматический выключатель сработает в течение часа будет равным не 10А, а 10·1,45= 14,5А (уставка теплового расцепителя). По таблице: при скрытой проводке это минимум 1,5мм 2 .
Довольно часто встречается, что для защиты группы, выполненной проводом 2,5 мм 2 устанавливают автомат защиты 25А (ведь по таблице мы видим, что он выдерживает длительный допустимый ток 25А). В этом случае получится, что ток при котором автомат отключится в течении часа составит не 25А, а 25·1,45=36,25А. За это время провод перегорит и возможен пожар.
В настоящее время с большой вероятностью можно приобрести кабель с уменьшенным фактическим сечением (например, вместо сечения 2,5 мм2 окажется только 2,0 мм2).
В связи с этим, чтобы увеличить безопасность, надежность и долговечность электропроводки, для использование в быту оптимальны такие соотношения сечения применяемого провода и номинала, устанавливаемого в эту цепь автоматического выключателя:
1,5 мм2 — 10 А — нагрузка до 2,2 кВт
2,5 мм2 — 16 А — нагрузка до 3,5 кВт
4,0 мм2 — 25 А — нагрузка до 5,5 кВт
6,0 мм2 — 32 А — нагрузка до 7 кВт
10 мм2 — 50 А — нагрузка до 11 кВт
На срабатывание автоматических выключателей, помимо величины тока, протекающего в защищаемой цепи, влияет также нагрев от установленных рядом автоматов и температура окружающей среды.
Летом, когда жарко, а внутри электрического щита температура еще выше, вдобавок установлено несколько автоматов в ряд, номинальный ток автоматического выключателя снизится. Если в линии включено много потребителей (т.е. нагрузка близка к максимальной), возможны срабатывания теплового расцепителя. Это необходимо учитывать при выборе автомата. Подробно влияние температуры на работу автоматического выключателя я уже рассматривал в статье Почему в жару срабатывает автоматический выключатель.
После того, как выбрали сечения провода, проводят проверку на допустимую потерю напряжения. При большой протяженности проводов напряжение к потребителям может доходить существенно ниже номинального.
Допустимая потеря напряжения в проводах не должна превышать 5% номинального напряжения. Если она окажется больше допустимой, то необходимо выбрать провод большего сечения. В рамках этой статьи мы проверку по потере напряжения рассматривать не будем.
Подробное видео Как рассчитать сечение кабеля:
Рекомендую материалы по теме:
Выбираем сечение кабеля по току с помощью таблиц ПУЭ и ГОСТ, особенности расчетов
Используя таблицу ПУЭ можно правильно выбрать сечение кабеля по току. Так, например если кабель будет меньшего сечения, то это может привести к преждевременному выходу из строя всей системы проводки или порче включённого оборудования. Так же неправильный выбор толщины кабеля может стать причиной пожара, который произойдёт из-за плавления изоляции провода при его перегреве из-за высокой мощности.
При обратном процессе, когда толщина кабеля будет взята со значительным запасом по мощности, может произойти лишняя трата денег для приобретения более дорогостоящего провода.
Как показывает практика, в большинстве случаев выбирать сечение кабеля по току следует исходя из показателя его плотности.
Таблицы ПУЭ и ГОСТ
Плотность тока
При проведении выбора сечения провода необходимо знать некоторые показатели. Так, например величина плотности тока в таком материале как медь составляет от 6 до 10 А/мм2. Такой показатель является результатом многолетних наработок специалистов и принимается исходя из основных правил регламентирующих устройство электрических установок.
В первом случае при плотности в шесть единиц предусмотрена работа электрической сети в длительном рабочем режиме. Если же показатель составляет десять единиц, то следует понимать, что работа сети возможна не длительное время во время периодических коротких включений.
Поэтому производить выбор толщины необходимо именно по данному допустимому показателю.
Приведенные выше данные соответствуют медному кабелю. Во многих электрических сетях до сих пор применяются и алюминиевые провода. При этом медный кабель в сравнении с последним типом провода имеет свои неоспоримые преимущества.
К таковым можно отнести следующее:
- Медный кабель обладает намного большей мягкостью и в тоже время показатель его прочности выше.
- Изделия, изготовленные из меди более длительное время не подвержены процессам окисления.
- Пожалуй, самым главным показателем медного кабеля есть его более высокая степень проводимости, а значит и лучший показатель по плотности тока и мощности.
К самому главному недостатку такого кабеля можно отнести более высокую цену на него.
Показатель плотности тока для алюминиевого провода находится в диапазоне от четырёх до шести А/мм2. Поэтому его можно применять в менее ответственных сооружениях. Так же данный тип проводки активно применялся в прошлом веке при строительстве жилых домов.
Проведение расчетов сечения по току
При расчете рабочего показателя толщины кабеля, необходимо знать какой ток будет протекать по сети данного помещения. Например, в самой обычной квартире необходимо суммировать мощность всех электрических приборов, которые подключаются к сети.
В качестве примера для расчета можно привести стандартную таблицу потребляемой мощности основными бытовыми приборами, использующимися в обычной квартире.
Исходя и суммарной мощности, производится расчет тока, который будет течь по кабелям сети.
В этой формуле Р означает общую мощность, измеряемую в Ваттах, К1 – коэффициент, который определяет одновременную работу всех бытовых приборов (его величина обычно равняется 0,75) и U – напряжение в домашней сети равное обычно 220 Вольтам.
Данный показатель расчета тока поможет сделать оценку нужного сечения для общей сети. При этом необходимо так же учитывать и рабочую плотность тока.
Такой расчет можно принимать как приблизительный выбор. При этом более точные показатели могут быть получены с использованием выбора из специальной таблицы ПУЭ. Такая таблица ПУЭ является элементом специальных правил устройства электрических установок.
Ниже приведен пример таблицы ПУЭ, по которой возможно производить выбор сечения.
Как видно такая таблица ПУЭ кроме зависимости сечений от показателя по току ещё предусматривает и учёт материала, из которого изготавливаются провода, а так же и его расположение. Кроме этого в таблице регламентируется количество жил и величина напряжения, которая может быть как 220, так и 380 Вольт.
Расчет по току с применением дополнительных параметров
При расчете сечения на основе тока с использованием таблицы ПУЭ можно пользоваться и дополнительными параметрами.
Например, есть возможность учитывать диаметр жилы. Поэтому при определении сечения жилы применяют специальное оборудование под названием микрометр. На основе его данных определяется толщина каждой жилы. Потом с использованием значений ранее полученных токов и специальной таблицы производится окончательный выбор величины сечения жилы провода.
Если же кабель состоит из нескольких жил, то следует произвести замер одной из них и посчитать её сечение. После этого для нахождения окончательного значения толщины, показатель, полученный для одной жилы, умножается на их количество в проводе.
Полученное таким образом с использованием расчетов и таблицы ПУЭ значение сечения кабеля позволит создать в доме или квартире проводку, которая будет служить хозяевам на протяжении довольно долгого периода времени без возникновения аварийных или внештатных ситуаций.
Как узнать какую мощность выдерживает кабель или провод
При подключении электроприборов к питающей сети одним их главных условий является подбор кабеля или провода подходящего сечения. Но иногда случается так, что у вас уже есть какой-то проводник, и вы не уверены подойдёт ли он для конкретной задачи.
Если подключить слишком большую нагрузку на кабель, то он будет греться, а может и вовсе перегреться. Из-за этого оплавится изоляция, что опасно коротким замыканием, поражением электрическим током и возгоранием. Отсюда возникает вопрос: «как узнать какую мощность выдерживает кабель или провод?». Давайте разбираться!
Что влияет на допустимую мощность?
Сразу стоит отметить что сечение и мощность кабеля в принципе не связаны между собой. Для проводника решающую роль играет допустимый длительный ток. Эти величины описаны в ПУЭ раздел 1, глава 1.3. Дело в том, что если он выдерживает ток 16А, то в сети 220В это 3.5 кВт, для 380В — это 10 кВт, а в сети 12В это всего 192Вт. Поэтому говорить о допустимой мощности для кабеля разумно говорить лишь в контексте заведомо известного напряжения.
Чтобы перевести киловатт в ватты нужно просто разделить кВт на 1000.
Чтобы перевести Ватты в Амперы нужно Ватты разделить на напряжение в вольтах.
А для трёхфазной сети то разделить ещё и на 1.73 (корень из 3) и на CosФ.
CosФ – коэффициент мощности, указывается на табличке расположенной на корпусе большинства электроприборов.
Таблица сечений провода и допустимый ток
Есть специальные таблицы, в которых описано соответствие сечения кабеля, тока, напряжения и мощности. Но информация в них не всегда справедлива для подбора кабелей.
Если для расчётов квартирной электропроводки, где длина линии редко превышает 15-20 метров между крайними точками, а температура окружающей среды обычно около 20-25 градусов, это ещё справедливо.
Но представим ситуацию, когда вы собрались ставить забор на участке частного дома, и придется использовать электроинструмент при его монтаже и сварочный аппарат, еще и бетономешалку, да к тому же на улице жара на солнце далеко за 30 градусов Цельсия. Тогда вам нужен хороший удлинитель, чтобы подключить его в гараже или в доме, а работать будете по всему периметру участка.
Я думаю, что это знакомая для вас ситуация.
Все вышесказанное включало в себя ряд факторов влияющих на то, какую мощность выдержат кабеля, а именно:
2. Температура окружающей среды и самого проводника.
Оба фактора влияют на сопротивление кабеля, а оно, в свою очередь, на потери мощности и нагрев проводника. Если выбрать проводник со слишком малым сечением для этой мощности, то под нагрузкой напряжение на его конце просядет. Нежелательно допускать потери более 3-5%. В цепях освещения допустимо 10% падения напряжения.
Сопротивление, длина, материал, температура как связаны?
Сопротивление проводника определяется по формуле
Где Ро — удельное сопротивление металла Ом*кв.мм/м, L — длина в метрах, S — площадь поперечного сечения в кв. мм.
Например, удельное сопротивление Ро у меди 0.018, а у алюминия 0.029. Поэтому, вы могли видеть в таблице выше, что при одинаковом сечении медный проводник выдержит больший ток, чем алюминиевый. Это связано с потерями, о них поговорим ниже.
Также в формуле фигурируют ещё две величины — длина и площадь поперечного сечения. Чем больше длина и чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше сопротивление. Соответственно с увеличением сечения при постоянной длине сопротивление падает, также и с уменьшением длины.
Есть интересная аналогия с автомобильной дорогой: чем больше полос для движения в одном направлении, тем быстрее едут автомобили, а если автомобилей много (большой ток) и есть всего по одной полосе в каждую сторону, то они будут толкаться в пробке.
У металлов с ростом температуры повышается и сопротивление, соответственно снижается проводимость, если объяснить простыми словами, то это связано с тем, что при нагреве частицы в металле и носители зарядов начинают хаотичное движение, из-за чего чаще сталкиваются.
Потери
Подведем небольшие итоги, от чего зависят потери:
1. Материал кабеля (алюминий или медь).
3. Площадь поперечного сечения.
4. Температура окружающей среды.
5. Прокладка нескольких кабелей в одной трубе. В таком случае нет условий для их охлаждения, к тому же температуры соседних кабелей влияют друг на друга худшим образом.
Подбирать кабель нужно так чтобы итоговые потери были как можно меньшими. В идеале до 3-5%. В крайнем случае, если других вариантов нет, то до 10%. Ведь, при напряжении в сети 220 вольт 10% — это уже 22В потерь и 192В на выходе, при условии что сеть и без того не просажена. А при токе хотя бы в 10А это 220Вт потерь только на проводах. Это описано в ГОСТ 721 и ГОСТ 21128.
Сечение
Перейдем к сути вопроса «Как узнать мощность, которую выдержит кабель?». Исходя из вышесказанного, следует определить сечение проводника. Для этого нужно измерить его диаметр. Удобнее и быстрее это сделать штангенциркулем. Этот способ подойдёт для любых сечений и проводов.
Если провод с однопроволочной (монолитной) жилой, то нужно просто измерить её диаметр. Если жила гибкая многопроволочная — меряют диаметр одной проволоки, находят её площадь и умножают её на общее количество жил в проводе. Так находят общее поперечное сечение кабелей и проводов.
Чтобы вычислить поперечное сечение по диаметру, нужно возвести его в квадрат, и умножить на 0.785.
Как измерить диаметр кабеля линейкой?
Для толстых кабелей особой проблемы нет, нужно просто приложить линейку к жиле, но с тонкими кабелями так сделать не получится. Поэтому воспользуйтесь следующим способом.
Нужно плотно намотать на отвёртку или другой продолговатый предмет витков 10 провода, а затем измерить линейкой длину получившейся спирали и разделить её на количество витков. Для определения сечения тоненькой жилки из многопроволочной жилы придётся намотать больше витков 30-50, чтобы было удобнее измерять.
Когда вы уже знаете площадь поперечного сечения жил кабеля, можно заглянуть в таблицу и узнать её допустимый ток. Если линия не длинная (до 10 метров) и ток больше тока предполагаемой нагрузки, то можно смело его использовать.
Как упростить расчёты?
Чтобы избежать расчётов потерь и сечений можно воспользоваться онлайн калькуляторами или приложениями для смартфонов, тем более они работают в оффлайн режиме и он всегда с вами. К примеру, для пользователей ОС Android есть приложение «Мобильный Электрик» в нем есть функции:
1. Расчёта сопротивления проводника при известном: материале, сечении, длине и температуре.
2. Расчёта длины проводника при известных: сопротивлении, температуры и сечении.
3. Расчёта сечения при известных: длине, напряжении, допустимых потерях, материале жилы токе и температуре.
4. Расчёта максимальной длины проводника при известных: напряжении, допустимых потерях, материале жилы, токе и температуре. И другие.
Они позволят оценить допустимую мощность и подобрать нужный провод для конкретной мощности.
Кроме этого приложения есть и другие я рассмотрел то, чем пользуюсь сам в работе.
Заключение
Подведем итоги. Чтобы узнать выдержит ли кабель или провод нагрузку нужно определить:
1. Материал, из которого изготовлены жилы.
После чего произвести расчёты или воспользоваться калькуляторами.
Ошибки электриков. 2. Номиналы, Уставки, УЗО
Ошибки электриков. 2. Номиналы, Уставки, УЗО
1. Как подобрать сечение кабеля?
С чего начать? Начну с того, что ПВС 2х1.5 на 80А автомате — это неправильно. И я такое встречал. Иногда кажется люди с отверткой не могут прочитать номинал на автомате, особенно Tmax и чем-то большем обычной модульки.
Я хотел начать с ПУЭ, но честно, там так мутно все написано, что даже не хочется копать. Я взял хорошую книжку, авторитетного издания. Вытащил самые нужные сведения — и вот они, на картинке ниже.
Выбор сечения проводника по способу прокладки. БЕЗ ПОНИЖАЮЩИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ!
Откуда вообще ограничения? Скорее всего из температурного режима работы кабелей. Если кабель будет нагрет больше положенного, изоляция начнет стареть, а это уже напрямую сокращение срока службы кабеля. Отсюда следует, что именно температура имеет большое значение в выборе сечения.
С таблицей все вроде бы просто — берем 2.5 мм2 — в стене, однофазный ток, получается 18.5 А для ПВХ изоляции. Ок. Но это не простая табличка. А профессиональная. Поэтому не спешите.
Ошибка №1 — воспользоваться не той таблицей подбора сечения кабеля. Я видел множество этих таблиц, и многие из них для резиновых кабелей, для земли, для алюминия. Нужно понимать откуда и для какой ситуации прокладки составлена таблица
2. Сечение кабеля — способ прокладки
Чем больше кабелей лежит рядом друг с другом, тем хуже теплоотвод из центра пучка. Или из-под нижних кабелей в лотке, когда наложено несколько слоев. А значит, нужно чем-то это ухудшение режима работы компенсировать. Чем? Конечно же снижением подводимой мощности или увеличением сечения.
Таблица понижающих коэффициентов для прокладки в пучках
Если мы хорошенько теплоизолируем кабель, например, ватой, то теплоотвод ухудшится. А если положим в сырую землю — теплоотвод улучшится. Из этого следует, что кабель в гофре в стене каркасного дома, теплоизолированного ватой, будет греться несколько больше, а охлаждаться меньше.
Ошибка №2 — не учет влияния соседних кабелей как понижающего коэффициента. Если взять 5 кабелей в пучок — уже теряем 40% от нагрузочной способности. Возможно европейская табличка преувеличивает наши проблемы, но не я её придумал.
3. Сечение кабеля — температура среды
Следующей ошибкой является не учитывание температуры среды в которой будет работать кабель. Летом в коттеджах на чердаке бывает достаточно жарко. В подвалах, рядом с трубами ГВС и теплоснабжения, особенно не теплоизолированными, тоже весьма жарко.
Учет температуры окружающей среды для поправки к току кабеля
В прохладе кабель имеет запас по допустимому току, а в жаре наоборот. Это следует учитывать при выборе автоматических выключателей, и нагрузке. В целом это работа проектировщиков, они знают больше и лучше. Но ситуации бывают разные, и монтажники, да и заказчики вполне несут ответственность за свою работу или объект. Поэтому, если вы вдруг столкнулись с выбором сечения кабеля — берите с запасом.
Ошибка №3 — не учет влияния температуры в месте прокладки как понижающего коэффициента. Если температура окружающей среды 35 градусов — следует снизить максимальный ток на 5%. Если 45 градусов — 12-15%.
4. Сечение кабеля — длина и общая удаленность потребителя
Помните, чем выше нагрузка, тем больше сказывается удаленность на падении напряжения. На рисунке ниже можно видеть, как примерно снижается допустимый ток кабеля, в зависимости от удаленности.
При однофазной системе электропроводки и номинальном напряжении 230 В максимальную длину кабеля делят на два — ЗЕЛЕНЫМ ЦВЕТОМ для 220В
Эта номограмма (рисунок выше) не учитывает все, что было написано в предыдущих главах, а показывает только зависимость падения напряжения от длины в пересчете на ток нагрузки, пригодный для недопущения падения напряжения ниже 95% от номинального.
Ошибка №4 — не учет падения напряжения на удаленных нагрузках. Для тонких кабелей, применяемых для обычных розеток и освещения — это влияние наиболее сильно. Очень легко набрать 50 метров длины кабеля 3х1.5 — и допустимый ток нагрузки уже следует снижать до 6 Ампер, чтобы избежать падения напряжения сверх норматива.
5. Данные производителя
Иногда, в минуты сомнений, я обращаюсь к данным производителя конкретного кабеля. Обычно они имеют сайт и там есть максимальные токи для конкретного кабеля.
Есть еще один нюанс — если сопротивление кабеля по пути фаза-КЗ-ноль, измеренном от щита, превысит сопротивление, ток в котором не выключает автомат, то кабель сгорит от КЗ. Но по моим расчетам это может произойти при достаточно больших длинах, либо явном превышении уставки автоматического выключателя. Следует учесть время-токовую характеристику автоматического выключателя, защищающего линию.
Сечение и длина медного кабеля, однофазное короткое замыкание которого даст ток, указанный в таблице
Заключение
Все изложенное выше, показывает, что на допустимый ток влияет множество параметров, и большинство из них снижает длительный допустимый ток кабеля. Поэтому при выборе автоматического выключателя ориентируйтесь на меньший ток, чем указано в вашей табличке. Это будет более безопасно, и более надежно.
