Расчет сопротивления кабеля постоянного тока

Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить

Самое уязвимое место в сфере обеспечения квартиры или дома электрической энергией – это электропроводка. Во многих домах продолжают использовать старую проводку, не рассчитанную на современные электроприборы. Нередко подрядчики и вовсе стремятся сэкономить на материалах и укладывают провода, не соответствующие проекту. В любом из этих случаев необходимо сначала сделать расчет сечения кабеля, иначе можно столкнуться с серьезными и даже трагичными последствиями.

Что влияет на сопротивление медного провода

Электрический импеданс медного кабеля зависит от нескольких факторов:

• Удельного сопротивления;
• Площади сечения проволоки;
• Длины провода;
• Внешней температуры.

Последним пунктом можно пренебречь в условиях бытового использования кабеля. Заметное изменение импеданса происходит при температурах более 100°C.

Зависимость сопротивления

Удельное сопротивление в системе СИ обозначается буквой ρ. Оно определяется, как величина сопротивления проводника, имеющего сечение 1 м2 и длину 1 м, измеряется в Ом ∙ м2. Такая размерность неудобна в электротехнических расчетах, поэтому часто используется единица измерения Ом ∙ мм2.

Важно! Данный параметр является характеристикой вещества — меди. Он не зависит от формы или площади сечения. Чистота меди, наличие примесей, метод изготовления проволоки, температура проводника — факторы, влияющие на удельное сопротивление.

Зависимость параметра от температуры описывается следующей формулой: ρt= ρ20[1+ α(t−20°C)]. Здесь ρ20— удельное сопротивление меди при 20°C, α— эмпирически найденный коэффициент, от 0°Cдо 100°C для меди имеет значение, равное 0,004 °C-1, t — температура проводника.

Ниже приведена таблица значений ρ для разных металлов при температуре 20°C.

Таблица удельного сопротивления

Согласно таблице, медь имеет низкое удельное сопротивление, ниже только у серебра. Это обуславливает хорошую проводимость металла.

Чем толще провод, тем меньше его резистентность. Зависимость R проводника от сечения называется «обратно пропорциональной».

Важно! При увеличении поперечной площади кабеля, электронам легче проходить сквозь кристаллическую решетку. Поэтому, при увеличении нагрузки и возрастании плотности тока, следует увеличить площадь сечения.

Увеличение длины медного кабеля влечет рост его резистентности. Импеданс прямо пропорционален протяженности провода. Чем длиннее проводник, тем больше атомов встречаются на пути свободных электронов.

Выводы

Последним элементом, влияющим на резистентность меди, является температура среды. Чем она выше, тем большую амплитуду движения имеют атомы кристаллической решетки. Тем самым, они создают дополнительное препятствие для электронов, участвующих в направленном движении.

Важно! Если понизить температуру до абсолютного нуля, имеющего значение 0° Kили -273°C, то будет наблюдаться обратный эффект — явление сверхпроводимости. В этом состоянии вещество имеет нулевое сопротивление.

Расчет сечения кабеля онлайн, калькулятор по диаметру

На сегодняшний день удобным способом подбора кабеля является калькулятор. С его помощью расчет и выбор силового кабеля производится в онлайн режиме.

Калькулятор сечения кабеля по диаметру позволяет выбрать все необходимые параметры, включая напряжение, ток, диаметр, а также многие другие важные детали.

Для того чтобы использовать калькулятор электроэнергии, достаточно воспользоваться интернет поиском. В открытом доступе доступны различные виды данной программы. В зависимости от потребностей, пользователь может выбрать:

• Калькулятор веса,
• Обыкновенный математический калькулятор для вычислений,
• Калькулятор мощности,
• Калькулятор величин и другие.

Также есть возможность скачать или купить калькулятор.

Расчет кабеля онлайн. Особенности и параметры.

Расчет кабеля при помощи калькулятора позволяет правильно произвести расчет потребляемой мощности и предусмотреть все необходимые детали и подобрать соответствующие параметры, включая следующие:

• Сечение провода по нагреву и потерям напряжения. Необходимо учитывать максимально возможный нагрев в нормальном и экстренном режимах. Важно помнить и о неравномерном распределении, возникающем вследствие различного нагрева отдельных линий и повышенного сопротивления. Чрезмерный нагрев может повредить как изоляцию, так и соединения, что в итоге может привести к возгоранию. Чтобы сделать правильный выбор, следует воспользоваться специальными таблицами допустимой нагрузки. Таким образом, правильно подобранный по нагреву кабель обеспечит надёжную изоляцию, контакт, а также предотвратит возникновение аварийной ситуации. Здесь требуется учитывать расчётный ток линии, материал, температуру среды и способ прокладки провода.
• Что касается второго параметра, наряду с нагревом, всегда стоит учитывать относительные линейные потери напряжения. Их можно рассчитать по формуле: . U – это напряжение источника электроэнергии, а Uном — напряжение в точке соединения приемника.
• Нагрузочная способность провода заданного сечения. Провода различных сечений обладают разной максимально допустимой нагрузкой. Именно поэтому этот параметр особенно важен, когда необходимо сделать выбор и расчёт сечения кабеля. Так, чем больше энергопотребление в помещении, тем большего сечения кабель будет необходим. Сечение жилы любого провода может быть вычислено по диаметру. Обычно величину диаметра умножают на саму себя и на 0,785. Полученную величину также округляют до целого числа. Калькулятор сечения кабеля по диаметру можно произвести онлайн. Что же касается многожильного провода, то сначала необходимо выполнить расчёт сечения одной проволочки, а затем умножить полученное число на их общее количество.
• Расчёт потерь и максимальных параметров линии. Потери определяются на активном сопротивлении проводов. Проводя расчет необходимого сечения кабеля, всегда необходим запас как самого сечения, так и длины для тока. Потери же рассчитываются по номинальному значению тока. При онлайн расчете сечения кабеля, можно самостоятельно устанавливать процент потерь.

При расчете сечения силового кабеля, важно обращать внимание на такой параметр как максимальная нагрузка на кабель, которую способен выдержать тот или иной провод. Для этого необходимо учитывать ваши требования, а также возможности вашей сети. В случае если в помещении или на линии установлен автомат, обеспечивающий безопасность электропроводки, следует помнить о его максимально допустимых значениях при выборе кабеля. В противном случае может произойти поломка автомата и возгорание. Полезным будет произвести расчет нагрузки кабеля онлайн.

Существуют различные типы кабелей, в числе которых:

• силовые,
• контрольные,
• специализированные и др.

В зависимости от типа, они служат для разнообразных целей. Например, силовой кабель отлично подходит для передачи значительного объема тока, тогда как контрольный обеспечит передачу небольшого. Помимо этого, кабели могут различаться по среде прокладки (земля, воздух) и по виду материала (алюминий, медь и т.п.). Алюминиевые провода обычно обладают меньшим весом, что является их главным преимуществом. Это позволяет успешно использовать такие кабели для прокладки линий электропередач. Кроме того, алюминий в разы дешевле меди и имеет стойкость к коррозии. Что касается медной проводки, она всё же является наиболее предпочтительной и безопасной. Во-первых, такой металл имеет меньшее сопротивление, то есть пропускает больше тока, чем алюминиевый аналог. Во-вторых, медные провода износостойки и служат в течение долгого времени. Во время окисления медь не теряет токопроводящих свойств.

Существует два основных вида сечений – одножильный и многожильный. Кроме того, выделяют круглый и плоский провод.

Сечение круглого типа при расчете кабеля в квартире или другом помещении производится при помощи подсчёта диаметра. Величину диаметра провода умножают на саму себя и на 0,785. Полученную величину часто округляют до целого числа. Калькулятор также часто используется для проведения подобных подсчётов. Многожильный круглый кабель считается по тому же принципу. Сначала необходимо найти диаметр одной жилы, а затем умножить его на общее количество.

Оболочка предотвращает кабели от пагубного воздействия влаги, солнца, механических повреждений и различных веществ.

Среди наиболее популярных материалов для оболочек встречаются:

• металл (чаще применяется для высоковольтных кабелей и прокладывается в земле),
• ПВХ пластикат (используется на общепромышленных проводниках, создан для неподвижного подключения и стоек к низким температурам),
• резина (подходит для проводников при создании подвижного соединения, так как обладает высокой пластичностью).

Таким образом, при выборе и расчете сечения кабеля по мощности и длине, а также другим параметрам, важно учитывать вид оболочки.

Примеры проводов и кабелей

Силовой с ПВХ и изоляцией из резиновой смеси:

• ВВГ, ВВГнг,
• ВВГнг-LS, АВВГ,
• ВВГнг-П,
• АВВГнг,
• ВБбШв и другие.

• ТПпП,
• ТПпПз,
• ТПпэПзБбШп,
• ТСВнг и др.

Кабель с изоляцией из бумаги:

• АСБ,
• АСБ2л,
• СБ,
• СБГ и др.

Разновидности кабеля АВВГ и ВВГ:

ВВГ провод относится к типу силовых. Он обладает изоляцией и оболочкой, выполненными из ПВХ, имеет медную жилу, а также не имеет внешней защиты. Среди его разновидностей существуют следующие:

ВВГнгд, нг-нд или нг-ls – не поддерживающий горение и не выделяет дым,

ВВГп: самый ходовой, отличается от ВВГ плоской формой,

ВВГз: наличие жгутов из ПВХ/резины между изоляцией и оболочкой (кембриком),

АВВГ: тот же самый ВВГ, но материал жилы алюминий. Бывает в нг и нгд исполнениях.

Провода подразделяются на одножильные и многожильные. Однако количество жил в них может быть различным. К примеру, ВВГ кабель может иметь до четырёх, пяти жил. Это медный круглый кабель для прокладки в земле. Обладающий двойной изоляцией. СИП, известный как самонесущий изолированный провод, может иметь от одной (СИП-3 1х50-20) до четырех жил (СИП-5 4х35). Обладающий одинарной изоляцией.

Рассмотрим показатели наиболее популярных проводов:

Выбор сечения кабеля по току

Суть выбора аналогичная, только теперь у нас есть ПУЭ, где прописаны токи, но сами токи нам неизвестны. Хотя, постойте… Ведь мы знаем мощности приборов и можем по формуле вычислить величины токов. Да и токи могут быть написаны в паспортах на изделия. Аналогично смотрим в таблицы ниже. Это уже таблицы из официальных документов, так что придраться не к чему.

Выбор сечения провода с резиновой или ПВХ изоляцией по допустимому току

Данные провода наиболее распространены, поэтому и приведена эта таблица. В ПУЭ же имеются другие таблицы на все случаи жизни для проводов, кабелей, шнуров с оболочкой и без при прокладке в воде, земле и воздухе. Но это уже частные случаи. Кстати, таблица что приведена при расчете по мощности полностью является частным случаем таблиц выбора по току, которые являются официальными и описаны в ПУЭ.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление (ρ) — это единица, показывающая способность проводника затруднять прохождение электрического тока.

С помощью него можно оценивать параметры электрических проводников из разных материалов. ρ проводника всегда увеличивается при увеличении длины и уменьшении сечения, в интернациональной системе длина проводника равна 1 метру, а сечение -1 мм2.

Похожее: Какой свет для аквариума лучше: выбираем освещение

3. Результаты анализа кабеля.

Таблица 8 представляет результаты вычисления геометрических характеристик кабеля по введенным исходным данным.

Внешний диаметр кабеля рассчитывается с учетом геометрических размеров проводников и изоляции, введенных в таблицах 1 и 2. Для расчета плотности и погонной массы используются вычисленные площади сечений и плотности материалов.

Таблица 8. Физические параметры кабеля.

Расчет электростатического поля выполняется для определения собственных и взаимных частичных емкостей проводников. Результаты вычислений сведены в таблицу «Емкость проводников» (см. ниже). Значения емкости вычисляются в ходе анализа решения электростатических задач с использованием следующего подхода:

Каждой строке таблицы соответствует решение одной задачи ELCUT. В каждой такой задаче одному из проводников сообщается единичный заряд. После решения на всех проводниках измеряется наведенный потенциал, и частичные емкости проводников вычисляются по формуле:

где Q_i – заданный заряд на проводнике (i – номер строки в таблице),
U_j – наведенный потенциал на этом и других проводниках.

Собственная емкость проводника вычисляется как отношение его заряда к наведенному на нем самом потенциалу.

Результаты расчета индуктивностей приведены в таблице 10. Мгновенные значения токов в фазных проводниках задаются в соответствии с фазовым углом, заданным в таблице 4. Значения в левой половине таблицы (колонки 2-5) вычислены для постоянного тока, а в правой половине (колонки 6-9) – для переменного тока заданной частоты (по умолчанию 50 Гц). Для вычисления взаимных и собственных индуктивностей использовался подход, основанный на потокосцеплениях: L_ij = F_j / I_i

Таблица 10. Индуктивности проводников на постоянном и переменном токе.

Импедансы отдельных проводников и соответствующие им активные сопротивления на постоянном токе сведены в таблицу 11.

На постоянном токе активное сопротивление проводника легко вычисляется через геометрические размеры сечения и электропроводность материала как:

R = ρ · l / S,

где ρ — удельное сопротивление проводника,
S – площадь поперечного сечения,
l – длина (= 1 м)

Мощность джоулевых потерь на постоянном токе вычисляется как:

где I_A действующее значение тока в проводнике и R — его активное сопротивление.

Импеданс проводника на переменном токе вычисляется на основе закона Ома как отношение комплексного значения напряжения, приложенного к концам проводника, к комплексному значению полного тока в нем. Действительная часть этого отношения представляет собой активное сопротивление проводника на переменном токе (с учетом эффекта вытеснения и эффекта близости), а мнимая часть – индуктивное сопротивление. Мощность джоулевых потерь в проводнике на переменном токе вычисляется внутри ELCUT по формуле:

P = ò j²ρ ds,

где j — плотность тока, а интегрирование выполняется по сечению проводника.

Распределение плотности тока по сечению проводников, вычисленное в задаче магнитного поля переменных токов, передается в качестве источника тепла в задачу расчета температурного поля.
Результаты теплового расчета приводятся в таблице 12. Это средняя температура на наружной поверхности кабеля и поток тепла с этой поверхности в окружающую среду, а также средние значения температуры по сечению каждого из проводников. Приведенные в таблице значения температур вычислены в предположении, что температура окружающей среды = 20°C.

Таблица 12. Тепловые параметры кабеля.

Анализ упруго-деформированного напряженного состояния элементов кабеля выполняется с учетом его теплового состояния, рассчитанного ранее. Также принимаются во внимание силы магнитного взаимодействия проводников друг с другом, которые рассчитаны при расчете магнитного поля переменных токов. Механические напряжения в элементах кабеля развиваются вследствие термических деформаций и магнитных сил. Результаты расчета приведены в таблице 13.

Таблица 13. Механические характеристики.

При анализе электрической прочности изоляционных систем кабеля, необходимо знать максимальное значение напряженности электрического поля.

Таблица 14. Напряженность электрического поля.

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

1.3.25. Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение S, мм 2 , определяется из соотношения ¶

где I — расчетный ток в час максимума энергосистемы, А; J_эк — нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.3.36. ¶

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается. ¶

1.3.26. Выбор сечений проводов линий электропередачи постоянного и переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов. ¶

1.3.27. Увеличение количества линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения экономической плотности тока производится на основе технико-экономического расчета. При этом во избежание увеличения количество линий или цепей допускается двукратное превышение нормированных значений, приведенных в табл. 1.3.36. ¶

Таблица 1.3.36. Экономическая плотность тока ¶

Экономическая плотность тока, А/мм, при числе часов использования максимума нагрузки в год

более 1000 до 3000

более 3000 до 5000

Неизолированные провода и шины:

Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:

Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:

В технико-экономических расчетах следует учитывать все вложения в дополнительную линию, включая оборудование и камеры распределительных устройств на обоих концах линий. Следует также проверять целесообразность повышения напряжения линии. ¶

Данными указаниями следует руководствоваться также при замене существующих проводов проводами большего сечения или при прокладке дополнительных линий для обеспечения экономической плотности тока при росте нагрузки. В этих случаях должна учитываться также полная стоимость всех работ по демонтажу и монтажу оборудования линии, включая стоимость аппаратов и материалов. ¶

1.3.28. Проверке по экономической плотности тока не подлежат: ¶

• сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000;
• ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;
• сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;
• проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т. п.;
• сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

1.3.29. При пользовании табл. 1.3.36 необходимо руководствоваться следующим (см. также 1.3.27): ¶

1. При максимуме нагрузки в ночное время экономическая плотность тока увеличивается на 40%. ¶

2. Для изолированных проводников сечением 16 мм 2 и менее экономическая плотность тока увеличивается на 40%. ¶

3. Для линий одинакового сечения с n ответвляющимися нагрузками экономическая плотность тока в начале линии может быть увеличена в k_y раз, причем k_y определяется из выражения ¶

4. При выборе сечений проводников для питания n однотипных, взаиморезервируемых электроприемников (например, насосов водоснабжения, преобразовательных агрегатов и т. д.), из которых m одновременно находятся в работе, экономическая плотность тока может быть увеличена против значений, приведенных в табл. 1.3.36, в k_n раз, где k_n равно: ¶

1.3.30. Сечение проводов ВЛ 35 кВ в сельской местности, питающих понижающие подстанции 35/6 — 10 кВ с трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой, должно выбираться по экономической плотности тока. Расчетную нагрузку при выборе сечений проводов рекомендуется принимать на перспективу в 5 лет, считая от года ввода ВЛ в эксплуатацию. Для ВЛ 35 кВ, предназначенных для резервирования в сетях 35 кВ в сельской местности, должны применяться минимальные по длительно допустимому току сечения проводов, исходя из обеспечения питания потребителей электроэнергии в послеаварийных и ремонтных режимах. ¶

1.3.31. Выбор экономических сечений проводов воздушных и жил кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует производить для каждого из участков, исходя из соответствующих расчетных токов участков. При этом для соседних участков допускается принимать одинаковое сечение провода, соответствующее экономическому для наиболее протяженного участка, если разница между значениями экономического сечения для этих участков находится в пределах одной ступени по шкале стандартных сечений. Сечения проводов на ответвлениях длиной до 1 км принимаются такими же, как на ВЛ, от которой производится ответвление. При большей длине ответвления экономическое сечение определяется по расчетной нагрузке этого ответвления. ¶

1.3.32. Для линий электропередачи напряжением 6-20 кВ приведенные в табл. 1.3.36 значения плотности тока допускается применять лишь тогда, когда они не вызывают отклонения напряжения у приемников электроэнергии сверх допустимых пределов с учетом применяемых средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. ¶

Оценка статьи:

Загрузка...