Меню

Что такое допустимый ток нагрузки

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации.

  1. Причины нагрева кабеля
  2. Расчет допустимой силы тока по нагреву жил
  3. Условия теплоотдачи
  4. Таблица нагрузок по сечению кабеля
  5. Таблица для определения допустимого тока

Причины нагрева кабеля

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Причины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла.

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму.

Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:

  • Основной причиной часто становится неправильно выбранное сечение кабеля. Каждый проводник обладает собственной максимальной пропускной способностью тока, измеряемого в амперах. Прежде чем подключать тот или иной прибор, необходимо установить его мощность и только потом выбирать сечение. Выбор следует делать с запасом мощности от 30 до 40%.
  • Другой, не менее распространенной причиной, считаются слабые контакты в местах соединений – в распределительных коробках, щитках, автоматических выключателях и т.д. При плохом контакте провода будут нагреваться, вплоть до их полного перегорания. Во многих случаях достаточно проверить и подтянуть контакты, и чрезмерный нагрев исчезнет.
  • Довольно часто контакт нарушается из-за неправильного соединения медных и алюминиевых проводов. Чтобы избежать окисления в местах соединений этих металлов, необходимо использовать клеммники.

Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Правильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов.

Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами.

Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9.

Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил.

Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур.

В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С.

Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях.

Условия теплоотдачи

Наиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем.

Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор.

Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С.

Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды.

Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу.

Таблица нагрузок по сечению кабеля

Передача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами.

Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования.

Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий.

Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д.

Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки.

Читайте также:  Тока ворлд дизайн комнаты

Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках.

Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:

  • Для 5-6 проводов, нагруженных одновременно, считается как при открытой прокладке с коэффициентом поправки 0,68.
  • Для 7-9 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,63.
  • Для 10-12 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,6.

Таблица для определения допустимого тока

Расчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации.

Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями.

Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду.

Источник

Допустимые токовые нагрузки кабелей

Что такое длительно-допустимый ток кабеля

Если взять стандартный кабель с хорошей проводимостью и подключить его в сеть, он не проведет высокий ток, поскольку есть связь с характеристиками. Так к большим агрегатам подключаются толстые провода, а для игрушечного моторчика хватит тоненькой жилы. Электроустановка может быть запитана при учете следующих параметров:

  • величина тока;
  • показатель сопротивления.


Допустимый параметр при подключении проводки
Проводник во время эксплуатации сталкивается с одной проблемой — это нагрев. Допустимый ток — это величина, при которой кабель способен выдерживать нагрузку длительное время. Когда правило не соблюдается, следуют последствия:

  • искрение;
  • нарушение изоляции;

Важно! Также не стоит забывать про вероятность короткого замыкания.

Выбор сечения СИП

Выбор и расчет сечения проводов СИП для подключения различных объектов потребления производится по классической методике. Складываются максимальные потребляемые мощности электроустановок, расчет токовой нагрузки осуществляется по формуле:

– P – суммарная потребляемая мощность;

– I – максимальный потребляемый ток;

– U – напряжение в сети.

Руководствуясь значением максимального тока, по заранее просчитанным таблицам следует выбрать необходимое сечение СИП проводов.

Параметры наиболее используемых кабелей СИП для подключения зданий от основных магистралей линий электропередач (СИП-1, СИП-1А, СИП-2, СИП-2А)

Сечение в мм и количество жил Сопро- тивле- ние фаз в Ом на 1км Максимально допустимый ток фазы с термоплас- тиковой изо- ляцией Максимально допустимый ток фазы со сшитым полиэти- леном Ток короткого замыкания в кА при продол-жительности 1с
1х16+1х25 1.91 75 105 1
2х16 1.91 75 105 1
2х25 1.2 100 135 1.6
3х16 1.91 70 100 1
3х25 1.2 95 130 1.6
3х16+1х25 1.91 70 100 1
3х25+1х35 1.2 95 130 1.6
3х120 +1х95 0.25 250 340 5.9
3х95+1х95 0.32 220 300 5.2
3х95+1х70 0.32 220 300 5.2
3х50+1х95 0.44 180 240 4.5
3х70+1х70 0.44 180 240 4.5
3х50+1х70 0.64 140 195 3.2
3х50+1х50 0.64 140 195 3.2
3х35+1х50 0.87 115 160 2.3
3х25+1х35 1.2 95 130 1.6
3х16+1х25 1.91 70 100 1
4х16+1х25 1.91 70 100 1
4х25+1х35 1.2 95 130 1.2

При выборе сечения и марки СИП проводов важно учитывать не только максимальную токовую нагрузку, но и температуру, время, в течение которого можно эксплуатировать кабель в экстремальных условиях. Обычно допустимая продолжительность составляет от 4000 до 5000 часов

Максимальная температура для проводов

Режимы работы Максимальная температура для провода
Термопластиковая изоляция СИП-1, СИП-1А, СИП-4 Сшитый полиэтилен СИП-2, СИП-2А, СИП-3,СИП-5
норма 70 90
при перегрузках 80 130
при коротком замыкании продолжительностью до 5 секунд 135 250

Выбирая марку СИП кабеля и его сечение по нагреву, обязательно нужно учитывать тип изоляции: сшитый полиэтилен или термопластик. С учетом потерь напряжения, термической стойкости при коротком замыкании, механической прочности, при недостаточной величине одного из параметров выбирается кабель с большим сечением.

При эксплуатации СИП кабеля перегрузки допустимы до 8 часов в сутки, 100 часов в год и не более 1000 часов за весь период работы. Чаще всего для подключения жилых домов или хозяйственных объектов применяют СИП-2А, это объясняется некоторыми недостатками остальных моделей кабеля:

  • на СИП-1 и СИП-2 нулевая жила не изолирована, при обрыве на ней может быть наведенный, опасный для человека потенциал;
  • СИП-1(А), СИП-4 имеет непрочную изоляцию;
  • СИП-3 используется только при напряжениях выше 1000В, это одиночный провод;
  • СИП-4 или СИП-5 не имеют центральной несущей жилы, поэтому могут применяться только на коротких расстояниях, на больших интервалах кабель растягивается и провисает.

Из вышеприведенной таблицы видно, что кабель СИП-2А может быть с одинаковым или разным сечением жил. Обычно при сечении фазных жил 70 кв./мм, нулевая жила для прочности делается 95мм/кв. При большем сечении фаз несущую фазу не увеличивают, механической прочности вполне хватает. При равномерном распределении электроэнергии по фазам, нулевая жила электрической и тепловой нагрузки практически не испытывает. Для осветительных сетей обычно используют кабели с сечением жил 16 или 25 кв./мм.

Факторы нагрева

По ПУЭ длительно-допустимые токовые нагрузки кабелей не приводят к повышению температур. К основным причинам нагрева проводников относят следующее:

  • неправильный монтаж проводки;
  • неверный подбор кабеля;
  • не учтена подключаемая нагрузка.

Также стоит учитывать природу электрического тока. Когда оборудование подключится к сети, по нему быстро двигаются электроны. Вокруг образуется электрическое поле, поэтому процесс является контролируемым. В то же время на пути электронов стоит небольшая преграда — кристаллическая решетка металлов. Даже начинающие электрики догадаются, что она отличается высокой прочностью.

К сведению! Если посмотреть в микроскоп, молекулы расположены близко друг к другу. Когда частицы проходят соединения, наблюдается выделение тепла.

Какой максимальный и минимальный длительно-допустимый ток

Прежде чем устанавливать оборудование дома либо на работе, стоит узнать максимально-допустимый ток для медных проводов. Рассматривая варианты с резиновой изоляцией, показатель максимума доходит до 830 А. В случае использования медных жил показатель сокращается до 645 А. У некоторой продукции применяется металлическая защитная оболочка. По данной категории показатель равен 605 А.

Вам это будет интересно Декоративная наружная ретро-проводка

Допустимая длительная токовая нагрузка вводного провода со свинцовой изоляцией 465 А. Когда электрик берет медный провод с оболочкой из полиэтилена, параметр увеличивается и равняемся 704 А.

Как правильно рассчитать

Допустимая нагрузка на кабель рассчитывается после определения сопротивления по формуле: R = Рот * L / S.

Если детально рассматривать каждый показатель, то сопротивление можно высчитать, если взять удельное сопротивление, умножить его на длину провода и разделить на сеченые. Общее сопротивление, естественно, измеряется в Омах. Удельное сопротивление вносится в формулу: Ом * мм ^ 2 / м. Длина проводников должна быть в метрах, а сечение в квадратных метрах.

Чтобы разобраться, лучше перейти к практике. Допустим, к компрессору надо подключить провод, на столе имеется только алюминиевая заготовка. Параметры:

  • сечение 10 мм²;
  • длина 100 мм.

Для расчета сопротивления 0,028 умножают на 100 и делят на 10, выходит 0,18 Ом. Далее остается узнать коэффициент потери напряжения. Для этого применяется формула: Duo = I * R.

Обратите внимание! Потерю напряжения получится найти, если перемножить ток на сопротивление.

Технические характеристики кабеля

Номинальное напряжение провода СИП зависит от толщины изоляции и составляет от 0.22 до 32 кВ. Токовая нагрузка определяется площадью сечения токоведущих жил.

Основные технические характеристики:

  • Диапазон температур эксплуатации от -60°С до +50°С;
  • Допустимая температура монтажа без предварительного прогрева -20°С;
  • Сеченье жил 16 – 150 мм2
  • Минимальный радиус изгиба при монтаже и эксплуатации 10 Ø;
  • Допустимая длительная температура жил: при эксплуатации 70-90°С, при коротком замыкании 135-250°С;
  • Гарантийный срок эксплуатации 5 лет;
  • Технический срок службы, не менее 45 лет.

Допустимая токовая нагрузка при температуре окружающей среды +25°С, скорости ветра 0.6 м/с и уровне солнечной радиации 1000 Вт/м2, а также ток короткого замыкания, действующий в течении 1-й секунды, приведены в таблице ниже.

Вам это будет интересно Особенности кабеля ВБбШв

Сечение токоведущих жил, мм2 Допустимый длительный ток нагрузки, А Ток короткого замыкания, А
16 76 870
35 160 3200
50 195 4500
70 240 6500
95 300 8800
120 340 10900

Изоляция каждой жилы имеет отличную цветовую маркировку цветной полосой на черном фоне. Вместо цвета могут быть рельефные полосы.


Рельефная маркировка

Жилы кабеля выполнены многопроволочными, из алюминия. Как правило, в несущей жиле одна из проволок (центральная), выполнена из стали. Эта жила воспринимает на себя нагрузку при подвесе провода между опорами. Жилы в процессе изготовления уплотняются и имеют круглое сечение.


Кабель в разрезе

В некоторых случаях вместо чистого алюминия используется его сплав с другими металлами для увеличения механической прочности.

Читайте также:  Диаграмма изменения тока в цепи тем

Основные преимущества проводов СИП следующие:

  • Принципиальная невозможность схлестывания фаз с последующим замыканием;
  • Меньшая величина полосы отчуждения (ширина просеки);
  • Снижение потерь за счет уменьшения реактивного сопротивления;
  • Уменьшение нагрузки на опоры линий электропередач (особенно в гололедный период);
  • Отсутствие необходимости применения изоляторов;
  • Затруднение незаконных подключений;
  • Снижение эксплуатационных расходов.


Крепежная арматура
Основные требования, которые предъявляются к изолирующему покрытию, это стойкость к ультрафиолетовому излучению и возможность работы в широком диапазоне температур. Этим требованиям удовлетворяет светостабилизированный полиэтилен низкой плотности (LDPE) или светостабилизированный сшитый полиэтилен (XLPE).

Для крепления проводов к несущим поверхностям или опорам используют специальные анкерные и поддерживающие зажимы и крюки. Для соединения или монтирования отводов не требуется разделка и зачистка от изоляции, поскольку используются прокалывающие зажимы.

Обратите внимание! Использование специализированной крепежной арматуры увеличивает затраты на монтаж, но повышает качество работы и снижает стоимость текущей эксплуатации электрической сети.

Таблицы допустимых токов

Таблица токовых нагрузок для разных типов кабелей отображена ниже. В первую очередь стоит взглянуть на распространённые варианты с медными жилами, которые используются с резиновой изоляцией.


Верхний предел жил из меди

В случае с алюминиевыми жилами данные несколько ниже, хотя используется все та же резиновая изоляция.


Показатели жил из алюминия

В строительной сфере активно применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией. Данные о длительном допустимом токе отображены в таблице.


Верхний предел у гибких проводов

Если рассматривается электрифицированный транспорт, применяются только провода с медными жилами. Показатель тока зависит от сечения.


Номинальные показатели по электрифицированному транспорту

В земле принято прокладывать кабеля с бумажной изоляцией. У них очень высокий показатель допустимого тока, данные видны ниже.


Допустимая нагрузка при бумажной изоляции

Бумажная изоляция также встречается у проводов, которые прокладываются в воздухе. Показатель предельного тока несколько ниже. Подобранные данные занесены в таблицу.


Показатели проводов в бумажной изоляции

В земляных траншеях алюминиевый кабель готов к серьёзным нагрузкам. Параметр допустимого тока отображен в таблице.


Расчеты перегрузки для алюминиевого кабеля

Если взять тот же алюминиевый кабель и повесить в воздухе, ожидаемый параметр допустимого тока снижается.


Таблица перегрузки алюминиевого провода в воздухе

Пластмассовая изоляция делает продукцию доступной, но не стоит надеяться на большие параметры сопротивления.

Вам это будет интересно Описание кабеля ВВГнг-LS


Пластмассовая изоляция

Если в пластиковую изоляцию поместить алюминиевые жилы, то предельный ток максимум составит 515 А.


Параметры нагрузки с пластиковой изоляцией

При напряжении 6 кВ вышеуказанный алюминиевый провод не готов к большим нагрузкам.


Перегрузки при напряжении 6 кВ

Выше рассмотренытаблицы предельно допустимых токов по нагреву кабеля и формулы расчета. Приведены варианты с разными жилами и изоляцией. По этим данным легко вычислить искомое, чтобы не допустить КЗ.

Методика расчета

Берем табличку 10 и по ней находим что одна жила сипа 16 кв.мм. выдерживает – 100 ампер. И далее самое главное, на сколько надо умножать эти 100А – на 220 или 380? Тут надо посмотреть с точки зрения потребителей которые будут подключены к сипу. Если это обычный жилой дом, то трехфазных приборов не так уж много (ну единственное это индукционная плита или электродуховка приходит на ум, хотя они по сути своей 220В), если это какая то ремонтная мастреская, то трехфазного оборудования уже побольше (подъемники, сварка, компрессора).

В начале темы поднимался вопрос «выдержит ли сип 4х16 15квт»? Поэтому для частного дома мы умножаем 220Вх100А=22кВт по фазе. Но не забываем что фазы то у нас три. А это уже 66 киловатт

суммарно для жилого дома. Что представляет собой
4х кратный запас
относительно выдаваемых техусловий.

Основным предназначением кабелей СИП является передача электроэнергии по воздушным линиям. Кабель активно используется при отводе электроэнергии от основных магистралей к жилым и хозяйственным сооружениям, при строительстве осветительных сетей на улицах населенных пунктов.

Источник

Токовая нагрузка по сечению кабеля

При протекании электрического тока через проводник длительный период времени происходит нагрев проводника. Это связано с его электрическим сопротивлением движению заряженных частиц. Величина тока, при которой температура проводника максимальна и остаётся стабильной, зависит от сечения токоведущей жилы. Эта токовая нагрузка по сечению кабеля. Она зависит также от температуры внешней среды, методов прокладки и режима эксплуатации проводов и кабелей.

Перегрев проводника при прохождении тока

Основные понятия

Электрический ток, продвигая электроны через кристаллическую решётку металла, совершает работу, которая превращает электричество в тепло. Это выгодно, когда тепло используется для нагрева или освещения. Совсем нежелательно, когда оно вызывает перегрев проводов или кабелей, разрушение изоляции и возгорание. Чтобы подобного избежать, необходимо производить подбор проводников на выдерживание длительных токовых нагрузок. При этом рассматривают два основных фактора:

  • сечение провода;
  • плотность тока.

Внимание! Нагрев проводника может быть связан с плохим контактом в местах присоединений или с окислением в точках, где скручены вместе алюминиевые и медные провода. Такое происходит даже при правильном подборе сечения.

Сечение провода

Выбор сечения токопроводящей жилы рассматривают по двум характеристикам:

  • нагрев в допустимых пределах;
  • потеря напряжения.

Нагревание проводников критично для подземных и помещённых в шланговые или трубчатые футляры кабельных линий. Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) серьёзное значение имеет потеря напряжения. На комбинированных участках из двух рассчитанных сечений выбирается большее с округлением до стандартной величины.

Важно! При выборе сечения из таблицы или расчётах по формулам необходимо предварительно определиться с условиями эксплуатации.

Чтобы рассчитать допустимый нагрев, необходимо ориентироваться на длительную допустимую температуру. Её значение зависит от допустимой силы тока Iд. Полученный в результате вычислений расчётный ток Iр не должен соответствовать Iд и ни в коем случае не превышать его. Выбирая сечение, пользуются следующей формулой для расчётного тока:

где:

  • Pн – номинальная мощность оборудования, Вт;
  • Uн – номинальное напряжение, В.

Формула справедлива для токов, проходящих через проводник, когда температура уже установилась, и внешние температурные факторы на неё не оказывают влияния. Длительно допустимый ток зависит от: сечения, материала проводника, изоляции и способа прокладки кабеля.

Формула для проверки падения напряжения на линии выглядит так:

∆U = (U – Uном) *100/ Uном,

где:

  • U – напряжения источника;
  • Uном – напряжение в точке подключения приёмника.

Максимальное отклонение должно составлять не более 10%.

Таблица нагрузок по сечению кабелей

Плотность тока

Это физическая величина, имеющая векторный характер. Обозначается буквой J и имеет формулу для расчета в виде:

где:

  • I – ток, А;
  • S – площадь поперечного сечения, мм2.

Иными словами, плотность тока – это количество тока проходящего через сечение проводника за единицу времени. Единица измерения – ампер на мм квадратный (А/мм2).

Плотность тока

Для чего нужен расчет сечения кабеля

К выбору сечения нужно подходить со всей ответственностью. Чтобы знать, кабель 3х4 сколько выдерживает киловатт, надо уметь расшифровать цифры. Такая маркировка обозначает то, что в кабель имеет три жилы, с сечением по 4 мм2. Далее уже можно смотреть по таблице напряжения и мощности для выбора сечения.

Правильно подобранное сечение кабеля позволит смонтированным сетям не перегреваться, выдерживать даже кратковременные нагрузки, в 2-3 раза превышающие номинальную величину. Это создаёт определённый запас по току в случае увеличения количества и мощности включённых в сеть потребителей. Нагруженный по максимуму провод не будет нагреваться и создавать опасность самовозгорания, повлекшую за собой пожар на объекте.

В квартире при скрытой проводке обнаружить точное место повреждения сложно, требуется замена всего участка с выполнением штробы и последующего ремонта помещения.

Выбор по мощности

Нельзя просто так ответить на вопрос: «2 5 квадрата – сколько киловатт можно прицепить?». На сечение влияет диаметр жил кабеля, квт – это мощность потребителя.

Для каждого помещения нужно подсчитать общее количество приборов, которые будут присоединяться к точке подключения. Таким образом, определяются с суммарной нагрузкой.

К примеру, на кухне будут установлены электроприборы, имеющие мощность:

  • электроплита – 5 кВт;
  • холодильник – 0,8 кВт;
  • посудомоечная машина – 2 кВт;
  • микроволновая печь – 1,5 кВт;
  • вытяжка – 0,5 кВт;
  • электрочайник – 2 кВт.

Это подразумевает монтаж, как минимум, двух розеток и подвод общего провода, рассчитанного на суммарную мощность 11,8 кВт, плюс 30% запаса для непредвиденных включений. Это могут быть пылесос, светильник и т.д.

Зная суммарную мощность Pсумм = 11,8 кВт (11800 Вт) и напряжение в сети U = 220 В, пользуясь формулой мощности, находят предполагаемый потребляемый ток в амперах (А).

I = P/U = 11800/220 = 53,6 А.

При одновременном включении приборы будут потреблять такой ток. Выбирая сечение подводящего проводника, к этому значению нужно добавить 30%. На практике не используют ГОСТ, а применяют «метод 5 А», просто прибавляя 5 А, не вычисляя проценты. Одновременное включение бытовых приборов редкий случай, поэтому запас по току в 5 А – вполне достаточная прибавка.

После расчета тока необходимо определиться с материалом токоведущих жил.

Информация. Алюминий дешевле меди, но для работы с одним и тем же током площадь поперечного сечения алюминиевых жил должна быть больше. Плотность тока у алюминия – 8 А/мм2, у меди – 10 А/мм2.

Далее нужное сечение выбирают по таблице, определив значение тока и материал, из которого выполнены токопроводящие жилы.

Читайте также:  Сила тока знак в физике

Выбор кабеля в таблице мощностей

Как рассчитать по току

Таблица токов, в которой можно найти тип бытового прибора, его приблизительные значения мощности, также указывает и интервал возможного потребляемого тока.

Потребляемые мощность и ток электроприборами

Название электроприбора Мощность, кВт Величина тока, А
Стиральная машина 2 – 2,5 9,0 – 11,4
Электроплита 4,5 – 8,5 20,5 – 38,6
Микроволновая печь 0,9 – 1,3 4,1 – 5,9
Холодильник, морозильник 0,2 – 0,8 0,9 – 3,6
Электрочайник 1,8 – 2,0 8,4 – 9,0
Утюг 0,9 – 1,7 4,1 – 7,7
Пылесос 0,7 – 1,4 3,1 – 6,4
Телевизор 0,12 – 0,18 0,6 – 0,8
Осветительные приборы 0,02 – 0,150 0,1 – 0,6

Однофазная схема электроснабжения дома на 220 В

Если под рукой нет таблицы, но известен потребляемый ток, то вычислить сечение можно в два этапа, используя формулы:

  1. Находят сопротивление материала при данном значении тока. Это можно сделать из формулы Закона Ома I = U/R. Выразив отсюда R, получают R = U/I.
  2. Вычисляют площадь сечения, используя значение удельного сопротивления для конкретного материала. Применяют формулу:

где:

  • ρ – удельное сопротивление;
  • L – длина проводника;
  • S – площадь сечения.

Преобразовав формулу, получают:

Удельное сопротивление для меди ρ = 1,68*10-8 Ом*м, для алюминия – 2,82*10-8 Ом*м.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Можно подобрать сечение при определении нагрузки на кабель, зная только потребляемую мощность и длину. Расчёт производится в следующем порядке:

  • вычисляют силу тока I = P/U, (A);
  • находят сопротивление R = U/I, (Ом).

Далее, зная длину кабеля и удельное сопротивление материала, определяют площадь сечения S = (ρ*L)/R, (мм2).

Длительно допустимые токи

Какой ток считается длительно допустимым? Ясно, что для разных кабелей или проводников он будет различным. Для кабельной продукции существует рабочая длительная температура Тдд, указанная в документации. При такой температуре токопроводящие жилы могут находиться постоянно без вреда для своих характеристик.

Формула, связывающая длительно допустимый ток Iдд с Тдд, имеет вид:

где:

  • Ктп – коэффициент теплопередачи;
  • R – сопротивление;
  • S – сечение жилы.

Для практического применения подходят таблицы из Правил Устройств Электроустановок (ПУЭ).

В таблице нагрузки представлена линейка допустимых токов.

Длительно допустимые токи

Открытая и закрытая прокладка проводов

Существует два варианта монтажа комнатной проводки:

  • открытая прокладка;
  • скрытая проводка.

Названия говорят сами за себя. Провода или кабели прокладываются вдоль стен, по их поверхности. Обычно они защищены кабель каналами или гофрированными шлангами. Крепление осуществляется при помощи специальной арматуры. Такой тип монтажа пригоден для производственных помещений, сараев, гаражей и других зданий, где дизайн не играет особой роли. Провод наружной установки должен выдержать атмосферные воздействия, если он не уложен в трубы или шланги.

Внимание! Минимальные сечения проводов одинаковы для обоих типов прокладки: 1 мм2 – для меди и 2,5 мм2 – для алюминия.

Распределительные коробки, выключатели и розетки устанавливаются на специальные изолирующие прокладки и имеют конструкцию для наружной установки.

Скрытая прокладка проводов подразумевает штробление стен под провод и остальную арматуру. Розетки, выключатели и распределительные коробки конструктивно предназначены для внутренней установки. Они утапливаются в стену до фасадной части. Наружные части имеют эстетический вид. Такая проводка скрыта под штукатуркой и обоями.

Таблица токовых нагрузок к сечениям медных и алюминиевых кабелей и проводов

Общепринятые сечения для проводки в квартире

В квартирах допустимо применение кабелей только с медной жилой. Сечение жил измеряется в «квадратах». Один «квадрат» медной жилы проводит до 10 А. Для проводки в доме допустимо брать 2,5 мм2 для розеток и 1,5 мм2 для лампочек.

Сечение и диаметр, отличие

Выбор сечения провода по количеству потребителей

Рассчитывая сечение питающего кабеля для квартиры, необходимо нарисовать схему. На чертёж нанести всех потребителей электроэнергии, для каждой комнаты. Количество электроприёмников, включенных в отдельную цепь, будет составлять общее число только для этой цепи. Суммарная мощность всех потребителей – главный критерий при выборе сечения вводного кабеля. Далее сечение будет уменьшаться по мере разветвления от общих цепей к отдельным ветвям схемы.

Токовые нагрузки в сетях с постоянным током

Для определения токовых нагрузок в сетях с постоянным током берут во внимание одножильные провода. На какие нагрузки рассчитан провод, питающий лампочку 0,05 квт в фаре автомобиля? Питание бортовой сети осуществляет аккумуляторная батарея. Напряжение постоянного тока – 12 В. Ток, протекающий через провод от аккумулятора к фаре, будет равен:

I = P/U = 50/12 = 4,15 А.

Отсюда определяют сопротивление:

R = U/I = 12/4,15 = 2,9 Ом.

Зная удельное сопротивление меди и, приняв за максимальную длину провода L = 2 м, подставляют всё известное в формулу.

Это значит, что медный проводник должен иметь сечение:

S = (ρ*L)/R = (1,68*10-8*2)/2,9 = 1,9 мм2.

В ПУЭ есть множество таблиц, по которым можно определить токовую нагрузку однофазных и трёхфазных цепей переменного тока. Не обязательно производить математические вычисления. Достаточно оперировать известными параметрами и правильно определить сечение провода или кабеля.

Видео

Источник



ПУЭ-7 п.1.3.10 ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ, ШНУРОВ И КАБЕЛЕЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЛИ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Допустимые длительные токи для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены в табл. 1.3.4-1.3.11. Они приняты для температур: жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С.

Узнать, где применяется кабель в резиновой изоляции, и посмотреть все марки данного кабеля можно здесь: http://cable.ru/cable/kabel-rezinovaya.php

При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются.

Данные, содержащиеся в табл. 1.3.4 и 1.3.5, следует применять независимо от количества труб и места их прокладки (в воздухе, перекрытиях, фундаментах).

Допустимые длительные токи для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками, должны приниматься: для проводов — по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных в трубах, для кабелей — по табл. 1.3.6-1.3.8 как для кабелей, проложенных в воздухе. При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи для проводов должны приниматься по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных открыто (в воздухе), с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7-9 и 0,6 для 10-12 проводников.

Для проводов вторичных цепей снижающие коэффициенты не вводятся.

Таблица 1.3.4. Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Ток, А, для проводов, проложенных в одной трубе

Таблица 1.3.5. Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами

Ток, А, для проводов, проложенных

Таблица 1.3.6. Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных

Ток *, А, для проводов и кабелей

* Токи относятся к проводам и кабелям как с нулевой жилой, так и без нее.

Таблица 1.3.7. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных

Ток, А, для кабелей

Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 1.3.7, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.

Таблица 1.3.8. Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток *, А, для шнуров, проводов и кабелей

* Токи относятся к шнурам, проводам и кабелям с нулевой жилой и без нее.

Таблица 1.3.9. Допустимый длительный ток для переносных шланговых с медными жилами с резиновой изоляцией кабелей для торфопредприятий

Сечение токопроводящей жилы, мм 2

Ток *, А, для кабелей напряжением, кВ

* Токи относятся к кабелям с нулевой жилой и без нее.

Таблица 1.3.10. Допустимый длительный ток для шланговых с медными жилами с резиновой изоляцией кабелей для передвижных электроприемников

Сечение токопроводящей жилы, мм 2

Ток *, А, для кабелей напряжением, кВ

Сечение токопроводящей жилы, мм 2

Ток *, А, для кабелей напряжением, кВ

* Токи относятся к кабелям с нулевой жилой и без нее.

Таблица 1.3.11. Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией для электрифицированного транспорта 1,3 и 4 кВ

Сечение токопроводящей жилы, мм 2 Ток, А Сечение токопроводящей жилы, мм 2 Ток, А Сечение токопроводящей жилы, мм 2 Ток, А
1 20 16 115 120 390
1,5 25 25 150 150 445
2,5 40 35 185 185 505
4 50 50 230 240 590
6 65 70 285 300 670
10 90 95 340 350 745

Таблица 1.3.12. Снижающий коэффициент для проводов и кабелей, прокладываемых в коробах

Количество проложенных проводов и кабелей

Снижающий коэффициент для проводов, питающих группы электро приемников и отдельные приемники с коэффициентом использования более 0,7

Источник