Максимальный кратковременный ток для кабеля

Расчет сечения провода по току

Очень часто во время капитального ремонта квартиры своими руками присутствует необходимость в замене старой электропроводки, а возможно и проведении электричества в квартиру с нуля. Здесь и возникает множество вопросов, которые волнуют всех домашних умельцев, в частности — провод какого сечения будет самым оптимальным для проведения электричества в квартире. Для расчета сечения провода используют разные способы. В ход идут и таблицы, и формулы, и дедовские рецепты бывалых электриков. Как найти простой, быстрый но эффективный метод расчета сечения провода, который легко запомнить, всегда можно воспроизвести и смоделировать любую ситуацию? Предлагаем для расчета самый, на наш взгляд, научный метод — расчет сечения провода по току, а именно, через плотность тока. Суть метода в том, что мы рассчитываем диаметр нашего кабеля так, чтобы электронам не было тесно в проводнике, от толкучки они не разогревали провод, так как слишком горячий он расплавит изоляцию и появится опасность возникновения пожара. Вот и будем учитывать при проектировании эту самую тесноту или по научному — плотность тока.

Почему не всегда таблицы предлагаемые разными изданиями и производителями верны?

Как правило данные таблицы предусматривают разные условия эксплуатации. То есть разный способ прокладки проводов, скрытый или наружный, и самое главное, разные эксплуатационные токи, которые производитель принимает за норму. Например, один производитель указывает максимально допустимые токи с перегрузкой в 140-200%, а другой не более 120%. А точно величину, о которой думал производитель мы никогда и не узнаем.

Итак, в нашем методе расчета сечения провода надо знать плотность тока в проводнике. Чтобы не запутаться, мы должны запомнить только одну цифру: плотность тока в медном проводнике — 6-10 ампер на квадратный миллиметр. Специально не использую сокращения, чтобы не было языкового барьера. Сегодня приходит эра медных проводов и поэтому запомнить нужно только информацию о медных проводниках электрического тока. Кстати сказать, для алюминия плотность тока составляет 4-6 ампер на квадратный миллиметр.

От 6 до 10 А на квадратный миллиметр. Откуда это взялось? В основном из практики. Также мы знаем из курса физики: каждый проводник имеет свои величины сопротивлений электрическому току и прочие свойства. Кроме того, существуют знаменитые правила устройства электроустановок — ПУЭ, где также используется методика расчета сечения проводов с учетом плотности тока, времени и температуры эксплуатации. ПУЭ предусматривают поправочные коэффициенты, при изменении температуры, которые как раз колеблятся до 40%. Имеющуюся «вилку» от 6 до 10А стоит понимать следующим образом. Длительная эксплуатация при токе 6А на квадратный миллиметр — это нормально и с значительным запасом, а 10А — максимально допустимый ток, или годится только для кратковременной эксплуатации.

Расчет сечения провода по току на конкретном примере

Зная заветную плотность тока мы легко сможем вычислить выдержит наш провод ту или иную нагрузку. Провод сечением 1 кв.мм выдержит ток в 10А, значит провод толщиной в 2 мм — уже 20А. Для ориентировочного расчета можно воспользоваться всем известным законом Ома для участка электрической цепи, где мощность равна произведению тока и напряжения. Если наша сеть работает под напряжением 220 В, то ток в 20А обеспечит нормальное электроснабжение для потребителя в 4,5 кВт.

Причем при такой нагрузке провод вообще не делжен нагреваться. Это его нормальный режим с запасом безаварийной работы равной скорости старения диэлектрика, что как говорится, на наш век хватит.

В эту нехитрую математику начинает вписываться дедовский способ определения сечения проводов: использовать медный кабель сечением 1-1,5 кв. мм на освещение и 1,5-2,5 кв. мм — для разводки розеток. В комнате не бывает люстр потребляющих более 3,3 кВт, что соответствует току 15А. А основные потребители в обычной квартире не потребляют более 5,5 кВт, что также находится в разумных пределах, даже с двойным запасом на увеличение потребления в будущем.

Попробуем зайти с другой стороны: начнем плясать от печки, то есть от нагрузки. Самый среднестатистический компьютер потребляет около 600 Вт, есть тенденция к уменьшению энергопотребления, но мы рассмотрим задачу с запасом. Значит ток составит 600Вт/220В = 2,7А Получается что компьютер можно питать даже от китайского (в самом плохом смысле) удлинителя с сечением провода в треть или четверть квадратного миллиметра, что чаще всего и происходит.

Также для примера произведем расчет сечения провода по току для электрического чайника. В среднем такой прибор встречается мощностью около 2 кВт и съедает соответственно около 10А! Радует только то, что такой аппетит кратковременный, иначе можно разориться на оплате за электричество. Значит провод для чайника должен быть сечением около одного квадратного миллиметра.

Еще один подход — согласование сечения провода под розетку. Если на ней написано — 6А, значит, используя расчет сечения провода по току, провод более 1 кв.мм для нее уже роскошь. Если гордо красуется надпись 16А, то извольте позаботиться о медном кабеле, сечением минимум в 1,5 кв. мм. Не забудьте также и о том какие вилки и с какими нагрузками совать в такие розетки.

Метод расчета сечения провода по плотности тока дает осечку только в том случае, если материал, из которого изготовлен провод, как бы по мягче сказать. не совсем медный. Но тут напрашивается только один выход — покупать провод только там, где есть хоть какие-то атрибуты приличного торгового заведения. В нашей стране, как ни странно, с подделками кабельной продукции практически не зафиксировано прецедентов. Хоть где-то у нас все на высшем уровне. Большинство практикующих электриков не советуют засматриваться на импортный провод, так как китайцы чаще всего подделывают именно европейские бренды. Поскольку кабельная продукция стоит далеко не дешево, то нужно держать ухо востро.

Как выбрать сечение проводов и кабелей — Выбор максимальной токовой защиты

При эксплуатации электрической сети в отдельных ее участках бывают нарушения нормального режима работы и в проводниках могут возникнуть токи, превышающие расчетные. Возможно, например, увеличение тока линии в связи с перегрузкой двигателя. Увеличение тока при перегрузке, как правило, бывает небольшим, в пределах не выше нескольких десятков процентов номинальной нагрузки. Другой вид нарушения нормальной работы сети — короткое замыкание — связан в большинстве случаев с резким увеличением тока до нескольких десятков и даже сотен тысяч ампер.
Короткое замыкание может вызвать пожар из-за воспламенения покровов провода. Еще более опасные последствия может повлечь за собой короткое замыкание во взрывоопасном помещении, где приходится считаться с возможностью взрыва.
Несравненно менее опасна для проводников перегрузка. Кратковременная перегрузка проводников не представляет для них и для окружающей среды непосредственной опасности. Однако длительные перегрузки ведут к износу изоляции и снижению ее изоляционных свойств.
Защита сети от коротких замыканий является обязательной во всех случаях, и время ее действия должно быть минимальным для уменьшения теплового действия токов короткого замыкания.
Перегрузка является менее опасной, и в ряде случаев допускается отказ от применения защиты проводов и кабелей от перегрузки.
Защита проводов и кабелей электрических сетей напряжением до 1 000 В осуществляется плавкими предохранителями. автоматическими выключателями с тепловыми и электромагнитными расцепителя ми и магнитными пускателями или контактерами с тепловыми реле.
Наиболее простым и дешевым защитным аппаратом является плавкий предохранитель. Его защитным элементом является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величины температура плавкой вставки повышается и происходит ее расплавление, цепь тока разрывается, предохраняя провод линии от недопустимого перегрева.
Выбор предохранителей. Плавкая вставка предохранителя выбирается по номинальному току. Шкалы номинальных токов плавких вставок наиболее употребительных предохранителей типов ПР-2 и ПН-2 приведены в табл. П-7.
При выборе плавких предохранителей следует обеспечить выполнение двух условий.
Первое условие — номинальный ток плавкой вставки (А) должен быть не меньше длительного расчетного тока линии
(7)
где /дл — длительный расчетный ток линии, А
Второе условие связано с необходимостью предотвратить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, вызванных пуском двигателей с коротко- замкнутым ротором, так как при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, превышающий номинальный ток двигателя в 4—7 раз.
Величина пускового тока двигателя (А) определяется по формуле
(8)
где /н.дв — номинальный ток двигателя, A; Ki— кратность пускового тока, показывающая, во сколько раз пусковой ток двигателя больше номинального. Величины /н.дп и Ki определяются по каталогам или справочникам [Л. 6].
Чтобы плавкая вставка не расплавилась от пускового тока при пуске двигателя, должно выполняться одно из следующих условий.
При защите ответвления к одиночному двигателю с нечастыми пусками при длительности пускового периода не более 2—2,5 с (двигатели металлообрабатывающих станков, вентиляторов, насосов и т. п.)
(9)
При защите ответвления к одиночному двигателю с частыми пусками (двигатели кранов) или с большой длительностью пускового периода (двигатели центрифуг, дробилок, нагруженных транспортеров и т. п.)
(10)
При защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку,
(И)
В последних трех формулах /п — пусковой ток двигателя, А; /„р — максимальный кратковременный ток линии (А), равный
(12)
где /п — пусковой ток двигателя, при пуске которого кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, А; /дЛ — длительный расчетный ток линии до момента пуска двигателя, определяемый без учета рабочего тока пускаемого двигателя, А.

* Величина знаменателя в формуле (10) принимается в зависимости от условий пуска двигателя: чем тяжелее пуск, тем меньше принимается знаменатель.

При выборе плавкой вставки ее номинальный ток должен удовлетворять соотношению (7) и одному из трех соотношений: (9), (10) или (11) в зависимости от условий пуска двигателя и от назначения линии (ответвление к двигателю или магистраль).

Результаты выбора плавких вставок предохранителя в примере 5 показывают, что предохранители не защищают двигатель с короткозамкнутым ротором от перегрузки. Действительно, номинальный ток двигателя 135 А, а номинальный ток плавких предохранителей 400 А. Если проводники питающей двигатель линии выбраны по номинальному току двигателя, как это обычно и делается, то они также не будут защищены от перегрузки. Таким образом, плавкий предохранитель в рассматриваемом случае защищает двигатель и проводники только от нагревания токами коротких замыканий.

Защита от перегрузки.

При необходимости иметь защиту от перегрузки применяют автоматические выключатели с тепловыми расцепителями или магнитные пускатели с тепловыми реле. Тепловые элементы расцепителя или реле нагреваются медленно и действуют только при длительном протекании тока. Пусковой ток двигателя не успевает нагреть эти элементы до температуры, при которой происходит действие тепловой защиты.
Отсюда следует, что тепловые расцепители автоматического выключателя и нагревательные элементы тепловых реле, установленных в магнитных пускателях, следует выбирать только по длительному расчетному току
(А) линии
(13)
Тепловая защита, являясь хорошей защитой от перегрузки, плохо защищает от коротких замыканий. Дело в том, что тепловые расцепители и нагревательные элементы тепловых реле действуют медленно и провода линии или проводники обмоток двигателя при протекании через них тока короткого замыкания могут быть повреждены прежде, чем сработает тепловая защита.
В связи с этим тепловая защита должна дополняться защитой от короткого замыкания. Последняя может быть выполнена в виде плавких предохранителей. В случае применения автоматического выключателя (автомата) с тепловыми расцепителями для защиты от перегрузки целесообразно для защиты от коротких замыканий применять электромагнитные расцепители. Такие автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, содержащие тепловые и электромагнитные расцепители, получили широкое распространение. Они одновременно осуществляют защиту как от перегрузки, так и от короткого замыкания.
Номинальный ток (А) электромагнитного и комбинированного расцепителей автоматического выключателя выбирается по длительному расчетному току линии
(14)
Кроме того, указанные расцепители должны быть проверены по наибольшей величине кратковременного то-
ка линии при пуске двигателей. Понятно, что при пуске двигателей автоматический выключатель не должен отключаться. Это будет обеспечено, если ток срабатывания (А) (или ток трогания) расцепителя удовлетворяет условию
(15)
где /кр — наибольший кратковременный ток линии. А; 1,25 — коэффициент запаса, учитывающий разброс характеристик расцепителей автомата.
Необходимо отметить, что в зависимости от конструктивного выполнения некоторые расцепители допускают регулировку величины тока срабатывания; для других исполнений величина тока срабатывания не регулируется.

Допустимый ток для медных проводов — плотность тока в медном проводнике

Правильная подготовка проекта электроснабжения обеспечивает высокий уровень безопасности, предотвращает аварийные ситуации. Чтобы определить допустимый ток для медных проводов, кроме базовых формул, необходим учет реальных условий эксплуатации. Пригодятся теоретические знания о физических процессах и сведения о выборе подходящей кабельной продукции.

Определение допустимого тока

Все проводники при прохождении тока нагреваются. Чрезмерное повышение температуры провоцирует механическое разрушение конструкции, включая защитные и декоративные оболочки. Чтобы сохранить работоспособность трассы пользуются понятием «длительно допустимый ток». Справочные значения для проводов с медными и алюминиевыми жилами приведены в правилах ПУЭ и отраслевых ГОСТах.

Таблица разрешенных токовых нагрузок

Для точного расчета специалисты пользуются формулой теплового баланса, которая содержит:

• электрическое сопротивление метра проводника при определенной температуре;
• поправочные коэффициенты для учета передачи тепла в окружающее пространство с помощью конвекции, инфракрасного излучения;
• нагрев от внешних источников.

Отвод тепловой энергии улучшается при прокладке трассы в земле (под водой). Хуже условия, когда несколько кабелей находится в одном канале.

К сведению. Иногда применяют аналог расчета по мощности с учетом неразрушающего уровня нагрева.

Допустимая плотность тока для медного провода

При создании сетей в современных объектах недвижимости предпочитают использовать именно такие проводники. При одинаковом сечении они меньше перегреваются, по сравнению с алюминиевыми аналогами. В многожильном исполнении медные кабели хорошо подходят для создания сетевых соединительных шнуров, удлинителей. Их можно использовать для создания поворотов с малым радиусом.

Тепловой нагрев

Для расчета количества тепла (Q), выделяемого проводником, пользуются формулой I*2*R*t, где:

• I – сила тока, в амперах;
• R – сопротивление одного метра медного проводника;
• t – время испытания в определенных условиях.

Рассеивание тепла при работе кабеля

Тонкие проводники эффективно отдают тепловую энергию окружающей среде. На процесс оказывают существенное влияние конкретные условия. Как отмечено выше, контакт оболочки с водой существенно улучшает охлаждение.

По мере увеличения сечения часть энергии расходуется для нагрева прилегающих слоев. Этим объясняется постепенное снижение допустимой плотности тока в расчете на единицу площади.

На рисунке хорошо видно, как при уменьшении изоляционного слоя улучшается теплоотдача.

Падение напряжения

Этот параметр несложно рассчитать по закону Ома (U=R*I) с учетом электрического сопротивления соответствующего материала. Удельное значение для меди берут 0,0175 Ом *мм кв./ метр. С помощью формул вычисляют на участке определенной длины падение напряжения. При сечении 1,5 мм кв. на каждый метр потери составят 0,01117 Вольт.

Допустимая плотность тока

Этот относительный параметр показывает разрешенный нормативами ток на один мм кв. площади сечения. Отмеченные выше тенденции по изменению теплоотдачи при увеличении размеров проводника подтверждаются расчетами и данными лабораторных испытаний.

Таблица допустимых значений плотности тока для разных условий в медном проводнике

Пути повышения допустимого тока

Существенное значение имеют действительные условия эксплуатации трассы электроснабжения, трансформаторов, установок. Снизить рассматриваемые нагрузки можно с помощью хорошей вентиляции, естественной или принудительной. Хороший отвод тепла получится с применением перфорированных металлических коробов, которые не затрудняют прохождение конвекционных потоков и одновременно выполняют функции радиатора.

В некоторых ситуациях пригодится квалифицированно составленный временной график. Стиральная машина при нагреве воды и в режиме сушки потребляет много электроэнергии. Ее можно настроить на автоматическое выполнение рабочих операций в ночные часы. Если снабжающие организации предлагают соответствующую тарификацию, получится дополнительная экономия денежных средств.

Допустимый ток и сечение проводов

Лучшие показатели теплообмена при остальных равных условиях характерны для проводников с относительно меньшей площадью поперечного сечения.

Таблица токовых параметров для кабелей с медными жилами

Расчет сечения кабелей и проводов

Для бытовой сети 220 V можно вычислить допустимый ток по формуле I=(P*K)/U*cos φ), где:

• Р – суммарная мощность всех потребителей, подключенных к соответствующей части цепи электропитания;
• К – поправочный коэффициент (0,7-0,8), учитывающий одновременно работающие устройства;
• cos φ – для стандартного жилого объекта принимают равным 1.

Далее пользуются табличными данными для выбора подходящей кабельной продукции с учетом сечения, оболочки, технологии монтажа.

Маркировка проводов

В стандартных обозначениях приведены важные характеристики продукции этой категории. Если указана буква «А», значит, жила сделана из алюминия. Медь никак не отмечают. Следующие позиции:

• вид провода: «П» – плоский, «У» – установочный;
• материал оболочки (проводника, общей): «В» – поливинилхлорид;
• дополнительная защита: «Б» – бронирование стальной лентой;
• (количество жил) * (площадь поперечного сечения проводника, мм кв.) – (номинальное напряжение, V): 2*1,5-220.

Медные жилы проводов и кабелей

Продукцию этого вида выпускают с площадью сечения от 0,5 до 1000 и более мм кв. Для решения бытовых задач подойдут приведенные ниже модификации.

Таблица для выбора кабельной продукции

Подбор диаметра проволоки предохранителя

В этом случае нужно решить обратную задачу. Тепловое разрушение проволоки прекратит подачу питания, выполняя защитные функции.

Таблица для выбора предохраняющего элемента

Кратковременные режимы работы

Допустимые токовые нагрузки на провода и кабели корректируют умножением на поправочный коэффициент. В профессиональных расчетах учитывают дополнительные факторы:

• действительные температурные условия;
• количество и взаимное расположение кабелей в канале;
• средние значения по нагрузкам;
• существенное изменение параметров;
• особенности конструкции трассы.

Коэффициент для кратковременного (повторного) режима равен 0,875/√П. Здесь «П» – относительная величина (время включения/длительность цикла). Эту поправку применяют при следующих условиях:

• сечение медного проводника 10 мм кв. и более;
• рабочий цикл составляет до 4 минут включительно;
• длительность пауз – от 6 мин.

Как выбрать вводной провод в квартиру

На первом этапе составляют список всех потребителей со стационарным и временным подключением. Итоговый результат умножают на коэффициент одновременной работы (стандарт – 0,75). Подразумевается малая вероятность одновременного включения кондиционера для охлаждения в зале и обогревателя в спальне. Далее пользуются табличными данными для определения критериев подходящей кабельной продукции.

Выбор проводки для отдельных групп потребителей

Экономные светодиодные светильники можно подключить медной жилой с площадью сечения не более 0,5 кв. мм. Для розеток их выбирают в диапазоне 1,5-2,5. Отдельные линии с защитными автоматами создают для подключения духового шкафа, варочных панелей, других мощных потребителей.

Как рассчитать трехфазную проводку

В этом варианте применяют формулу для тока I=P/(1,73*U*cos φ). Данные из таблиц допустимых значений берут для трехфазных сетей с учетом обязательных дополнительных параметров (оболочек, эффективности теплоотвода).

Ошибки при выборе и расчете сечения кабеля

Инженерные сети проектируют с учетом нынешних и перспективных нагрузок. Это значит, что надо учесть возможное подключение дополнительной техники, совместное использование групп розеток. Особое внимание следует проявлять при расчете длинных участков с потерями более 5%. По специальной методике вычисляют параметры линий питания для подключения нагрузок с реактивными характеристиками (насосное оборудование, станки). Мощность распределяют равномерно при работе с трехфазными сетями.

Последствия превышения тока

Чрезмерное увеличение температуры разрушает проводник и цепь прохождения электрического тока. Нарушение изоляции в результате теплового воздействия создает благоприятные условия для коррозии, повышает вероятность короткого замыкания. Кроме повреждений оборудования, ухудшается безопасность. Необходимо подчеркнуть дополнительные затраты, которые вызваны сложными операциями по восстановлению работоспособности скрытой проводки.

Приведенные выше рекомендации надо соблюдать в комплексе. Не следует превышать длительно допустимый правилами ток. Необходимо поддерживать благоприятные условия эксплуатации. Нужно не забывать о соответствующих коррекциях при разовом или постоянном подключении мощных нагрузок.

Видео

Выбор кабеля при повторно-кратковременном режиме работы

В данной статье будет рассматриваться выбор кабеля (провода) по нагреву при повторно-кратковременном режиме работы.

Согласно ПУЭ п.1.3.3, 1.3.4:

Как мы видим ПУЭ допускает увеличении нагрузки для проводников линии с повторно-кратковременным режимом работы, с учетом поправочного коэффициента Кп, определяемый по формуле:

• ПВ = tр/tц – продолжительность включенного состояния (рабочего периода) в относительных единицах;
• tр – время, на которое включается установка (рабочий период) не более 4 мин;
• tп – длительность перерыва в работе;
• tц = tр + tп – общая длительность цикла до 10 мин.

Если условия работы электропроводки требуют применения поправочных коэффициентов учитывающие изменения условий прокладки (по температуре окружающей среды, по числу одновременно проложенных проводников), то тогда общий поправочный коэффициент определяется путем перемножения всех коэффициентов.

Требуется выбрать сечение кабеля марки АВВГнг для электродвигателя станка с повторно-кратковременным режимом работы. Максимальная мощность, потребляемая электродвигателем от сети Uном. = 380 В, составляет Р = 37 кВт при cosφ = 0,88 и КПД = 0,915.

Кабель прокладывается в цехе, с двумя другими кабелями; расстояние в свету между ними 100 мм, температура воздуха составляет +25°С. Длительность работы двигателя tр = 3 мин и длительность перерыва в работе tп = 6 мин.

1. Определяем общую длительность цикла работы двигателя:

tц = tр + tп = 3 + 6 = 9 мин. < 10 мин. (условие выполняется)

2. Определяем продолжительность включенного состояния в относительных единицах:

ПВ = tр/tц = 3/9 = 0,33 отн.ед.

3. Определяем значение поправочного коэффициента Кп по ПУЭ п.1.3.3:

4. Определяем значение поправочного коэффициента по температуре К₁, учитывая, что температура воздуха в цехе составляет +25°С. Согласно ПУЭ п.1.3.10 допустимые длительные токи для кабелей с поливинхлоридной изоляцией приняты для температур: жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С. По ПУЭ таблица 1.3.3 принимаем значение поправочного коэффициента по температуре К₁ = 1,0.

5. Определяем значение поправочного коэффициента K₂ по ПУЭ таблица 1.3.26 учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей рядом. В моем случае, кабель прокладывается с двумя другими кабелями, расстояние между кабелями составляет 100 мм. Принимаем K₂ = 0,85.

6. Определяем расчетный длительно допустимый ток:

7. Определяем ток нагрузки, приведенный к длительному режиму по формуле 5-1 [Л2, с.97]:

8. По таблице 21 ГОСТ 31996-2012 выбираем кабель марки АВВГнг 3х10+1х6, имеющий допустимый ток 50 А при прокладке на воздухе.

Если же Вам нужно проверить уже существующий кабель (провод) на допустимую нагрузку для повторно-кратковременного режима, с учетом поправочных коэффициентов, можно определить по формуле 4 [Л1, с.15].

• К₁ – поправочный коэффициент по температуре;
• К₂ – поправочный коэффициент по числу одновременно проложенных проводников;
• Кп – поправочный коэффициент для проводников линии с повторно-кратковременным режимом работы;
• Iд.т – длительно допустимый ток кабеля (провода).

На примере определим допустимую нагрузку для кабеля марки АВВГнг 3х25+1х16, имеющий допустимый ток Iд.т.=87 А (таблица 21 ГОСТ 31996-2012) при прокладке на воздухе. Значения поправочных коэффициентов принимаем из примера 1.

1. Определяем допустимую нагрузку для повторно-кратковременного режима, с учетом поправочных коэффициентов по формуле 4 [Л1, с.15]: