За дълга и надеждна кабелна услуга, тя трябва да бъде правилно избрана и изчислена. Електротехниците, когато инсталират окабеляване, най-вече избират напречното сечение на проводниците, въз основа главно на опит. Понякога това води до грешки. Изчисляването на напречното сечение на кабела е необходимо преди всичко от гледна точка на електрическата безопасност. Ще бъде погрешно, ако диаметърът на проводника е по-малък или по-голям от необходимия.
Кабелната секция е твърде ниска
Този случай е най-опасният, тъй като проводниците се прегряват от високата плътност на тока, докато изолацията се топи и се получава късо съединение. Това може също да унищожи електрическото оборудване, да причини пожар и работниците да бъдат под напрежение. Ако инсталирате прекъсвач за кабела, той ще работи твърде често, което ще създаде известен дискомфорт.
Кабелната секция е по-висока от необходимата
Тук основният фактор е икономическият. Колкото по-голямо е напречното сечение на проводника, толкова по-скъпо е. Ако направите окабеляването на целия апартамент с голям марж, това ще струва голяма сума. Понякога е препоръчително да направите основния вход с по-голямо напречно сечение, ако се очаква допълнително увеличаване на натоварването на домашната мрежа.
Ако зададете подходящия прекъсвач за кабела, следните линии ще бъдат претоварени, когато някой от тях не изключи своя прекъсвач.
Как да изчислим размера на кабела?
Преди монтаж е препоръчително да изчислите напречното сечение на кабела според натоварването. Всеки проводник има определена мощност, която не трябва да е по-малка от тази на свързаните електрически уреди.
Изчисляване на мощността
Най-лесният начин е да изчислите общото натоварване на входния проводник. Изчисляването на напречното сечение на кабела според натоварването се свежда до определяне на общата мощност на консуматорите. Всеки от тях има своя собствена деноминация, посочена върху кутията или в паспорта. Тогава общата мощност се умножава с коефициент 0,75. Това се дължи на факта, че всички устройства не могат да бъдат включени едновременно. За окончателното определяне на необходимия размер се използва таблицата за изчисляване на сечението на кабела.
Изчисляване на кабелната секция по ток
По-точен метод е изчисляването на текущото натоварване. Напречното сечение на кабела се изчислява чрез определяне на тока, преминаващ през него. За еднофазна мрежа се прилага формулата:
Icalc.=P/(Unom∙cosφ),
където P - мощност на натоварване, Uном. - мрежово напрежение (220 V).
Ако общата мощност на активните товари в къщата е 10kW, тогава номиналният ток Icalc.=10000/220 ≈ 46 A. Когато напречното сечение на кабела е изчислено по ток, се прави корекция за условията за полагане на кабела (посочени в някои специални таблици), както и до претоварване при включване на електрически уреди приблизително над 5 A. В резултат на това Icalc.=46 + 5=51 A.
Дебелината на сърцевината се определя от справочника. Изчисляването на напречното сечение на кабела с помощта на таблици улеснява намирането на правилния размер за продължителен ток. За трижилен кабел, положен в къщата през въздуха, трябва да изберете стойност в посока на по-голям стандартен участък. Той е 10 мм2. Правилността на самоизчислението може да се провери с помощта на онлайн калкулатор - изчисляване на сечение на кабела, който може да се намери в някои ресурси.
Загряване на кабела по време на токов поток
Когато натоварването работи, топлината се генерира в кабела:
Q=I2Rn w/cm, където I е токът, R е електрическото съпротивление, n е броят на ядрата.
От израза следва, че количеството освободена мощност е пропорционално на квадрата на тока, протичащ през проводника.
Изчисляване на допустимия ток според температурата на нагряване на проводника
Кабелът не може да се нагрява безкрайно много, тъй като топлината се разсейва в околната среда. В крайна сметка настъпва равновесие и се установява постоянна температура на проводниците.
За стабилен процес съотношението е вярно:
P=∆t/∑S=(tw - tav)/(∑S),
където ∆t=tw-tav - разликата между температурата на средата и ядрото, ∑S - устойчивост на температура.
Дългосрочно допустимият ток, преминаващ през кабела, се намира от израза:
Iadd=√((tadd - tav)/(Rn ∑S)),
където tдопълнителен - допустима температура на нагряване на сърцевината (в зависимост от типа кабел и метода на монтаж). Обикновено е 70 градуса в нормален режим и 80 в авариен.
Условия на разсейване на топлината при работещ кабел
Когато кабелът е положен в среда, разсейването на топлината се определя от неговия състав и влажност. Изчисленото съпротивление на почвата обикновено се приема за 120 Ohm∙°C/W (глина с пясък при съдържание на влага 12-14%). За да изясните, трябва да знаете състава на средата, след което можете да намерите устойчивостта на материала според таблиците. За да се увеличи топлопроводимостта, изкопът е покрит с глина. Не се допуска наличието на строителни отпадъци и камъни в него.
Преносът на топлина от кабела през въздуха е много нисък. Влошава се още повече при полагане в кабелен канал, където се появяват допълнителни въздушни слоеве. Тук текущото натоварване трябва да бъде намалено в сравнение с изчисленото. В техническите характеристики на кабелите и проводниците е дадена допустимата температура на късо съединение, която е 120 ° C за PVC изолация. Устойчивостта на почвата е 70% от общата и е основната при изчисленията. С течение на времето проводимостта на изолацията се увеличава, тъй като изсъхва. Това трябва да се вземе предвид при изчисленията.
Кабелен спад на напрежението
Поради факта, че проводниците имат електрическо съпротивление, част от напрежението се изразходва за тяхното нагряване и по-малко идва към консуматора, отколкото е било в началото на линията. В резултат на това потенциалът се губи по дължината на проводника поради топлинни загуби.
Кабелът трябва не само да бъде избран според напречното сечение, за да се гарантира неговата производителност, но и да се вземе предвид разстоянието, през което се предава енергията. Увеличаването на натоварването води до увеличаване на тока през проводника. В същото време загубите се увеличават.
На прожекторите се прилага малко напрежение. Ако леко намалее, веднага се забелязва. Ако изберете грешни проводници, крушките, разположени по-далеч от захранването, изглеждат тъмни. Напрежението се намалява значително във всяка следваща секция и това се отразява в яркостта на осветлението. Следователно е необходимо да се изчисли напречното сечение на кабела по дължината.
Най-важният участък от кабела е консуматорът, разположен най-отдалечено от останалите. Загубите се считат предимно за това натоварване.
В секция L на проводника спадът на напрежението ще бъде:
∆U=(Pr + Qx)L/Un,
където P и Q са активна и реактивна мощност, r и x са активното и реактивното съпротивление на секция L, и Un - номинално напрежение, при което товарът работи нормално.
Допустимото ∆U от източници на захранване до главни входове не надвишава ±5% за осветление на жилищни сгради и силови вериги. От входа до товара загубите не трябва да са повече от 4%. За дълги линии трябва да се вземе предвид индуктивното реактивно съпротивление на кабела, което зависи от разстоянието между съседните проводници.
Методи за свързване на потребителите
Натоварванията могат да бъдат свързани по различни начини. Най-често срещаните са следните начини:
- в края на мрежата;
- потребителите са равномерно разпределени по линията;
- линия с равномерно разпределени товари е свързана към разширена секция.
Пример 1
Мощността на уреда е 4 kW. Дължината на кабела е 20 m, съпротивление ρ=0,0175 Ohm∙mm2.
Токът се определя от връзката: I=P/Unom=4∙1000/220=18,2 A.
След това се взема таблицата за изчисляване на сечението на кабела и се избира подходящият размер. За меден проводник ще бъде S=1,5 mm2.
Формула за изчисляване на секцията на кабела: S=2ρl/R. Чрез него можете да определите електрическото съпротивление на кабела: R=2∙0,0175∙20/1, 5=0,46 Ohm.
От известната стойност на R можем да определим ∆U=IR/U∙100%=18,2100∙0,46/220∙100=3,8%.
Резултатът от изчислението не надвишава 5%, което означава, че загубите ще бъдат приемливи. При големи загуби би било необходимо да се увеличи напречното сечение на жилите на кабела, като се избере съседен, по-голям размер от стандартния диапазон - 2,5 mm2.
Пример 2
Три осветителни вериги са свързани паралелно една с друга на една фаза на трифазна линия с балансиран товар, състояща се от четирижилен кабел 70 mm2 50 m дълги и носещи ток от 150 А. За всекиосветителните линии с дължина 20 m носят ток от 20 A.
Загубите от фаза към фаза при действителното натоварване са: ∆Uphase=150∙0.05∙0.55=4.1 V. Сега трябва да определите загубата между неутралното и фаза, тъй като осветлението е свързано към напрежение 220 V: ∆Ufn=4, 1/√3=2, 36 V.
На една свързана осветителна верига спадът на напрежението ще бъде: ∆U=18∙20∙0, 02=7, 2 V. Общите загуби се определят от сумата на Uобщо=(2, 4+7, 2)/230∙100=4,2%. Изчислената стойност е под допустимата загуба, която е 6%.
Заключение
За предпазване на проводниците от прегряване по време на продължително натоварване, с помощта на таблици, напречното сечение на кабела се изчислява според дългосрочно допустимия ток. Освен това е необходимо правилно да се изчислят проводниците и кабелите, така че загубата на напрежение в тях да не е повече от нормалното. В същото време загубите в захранващата верига се сумират с тях.
