Kablo kesitinin güç ve akıma göre hesaplanması: kablolamanın doğru şekilde nasıl hesaplanacağı

yapmayı planlıyor musun elektrik şebekesinin modernizasyonu veya yeni bir elektrikli soba bağlamak için elektrik hattını mutfağa da uzatmak mı istiyorsunuz? Burada iletkenin kesiti ve bu parametrenin güç ve akım üzerindeki etkisi hakkında minimum bilgi faydalı olacaktır.

Kablo kesitinin yanlış hesaplanmasının aşırı ısınmaya ve kısa devreye veya haksız maliyetlere yol açtığını kabul edin.

Arıza nedeniyle hesaplamaların tasarım aşamasında yapılması çok önemlidir. gizli kablolama ve sonraki değiştirme önemli maliyetlerle ilişkilidir. Elektrik şebekelerinin daha sonraki işletiminde sorunlardan kaçınmak için hesaplamaların inceliklerini anlamanıza yardımcı olacağız.

Sizi karmaşık hesaplamalarla meşgul etmemek için anlaşılır formüller ve hesaplama seçenekleri seçtik, bilgileri erişilebilir bir biçimde sunduk ve formüllere açıklamalar ekledik. Makaleye tematik fotoğraflar ve video materyalleri de eklenerek, ele alınan konunun özünü net bir şekilde anlamanıza olanak sağlandı.

Tüketici gücü için kesitin hesaplanması

İletkenlerin temel amacı elektrik enerjisini tüketicilere gerekli miktarda ulaştırmaktır. Süperiletkenler normal çalışma koşullarında mevcut olmadığından iletken malzemenin direncinin dikkate alınması gerekir.

Gerekli bölümün hesaplanması iletkenler ve kablolar Tüketicilerin toplam gücüne bağlı olarak uzun süreli işletme deneyimine dayanmaktadır.

İlk olarak aşağıdaki formülü kullanarak hesaplamalar yaparak genel hesaplama sürecine başlayalım:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Nerede:

• P – hesaplanan şubeye bağlı tüm tüketicilerin Watt cinsinden gücü.
• P1, P2, PN – Watt cinsinden sırasıyla birinci, ikinci ve n'inci tüketicinin gücü.

Yukarıdaki formülü kullanarak yapılan hesaplamalar sonunda sonucu aldıktan sonra sıra tablo verilerine dönmeye geldi.

Şimdi Tablo 1'e göre gerekli bölümü seçmelisiniz.

Tablo 1. Tel kesiti her zaman en yakın büyük kenara (+) doğru seçilmelidir.

Aşama #1 - reaktif ve aktif gücün hesaplanması

Tüketici kapasiteleri ekipman belgelerinde belirtilmiştir. Tipik olarak, ekipman veri sayfaları reaktif gücün yanı sıra aktif gücü de gösterir.

Aktif yük tipine sahip cihazlar, verimliliği dikkate alarak alınan tüm elektrik enerjisini faydalı işe dönüştürür: mekanik, termal veya başka tür.

Aktif yüke sahip cihazlar arasında akkor lambalar, ısıtıcılar ve elektrikli sobalar bulunur.

Bu tür cihazlar için, akım ve gerilime göre gücün hesaplanması şu şekildedir:

P=U*I,

Nerede:

• P – W cinsinden güç;
• sen – V cinsinden voltaj;
• BEN – A'daki mevcut güç.

Reaktif yük tipine sahip cihazlar, bir kaynaktan gelen enerjiyi biriktirip daha sonra geri döndürebilmektedir. Bu değişim, mevcut sinüzoidin ve gerilim sinüzoidinin yer değiştirmesi nedeniyle meydana gelir.

Sıfır faz yer değiştirmesinde güç P=U*I her zaman pozitif bir değere sahiptir. Aktif yük tipine sahip cihazlar, akım ve gerilim fazlarının böyle bir grafiğine sahiptir (I, i - akım, U, u - voltaj, π - pi 3,14'e eşit)

Reaktif güce sahip cihazlar arasında elektrik motorları, her boyut ve amaçtaki elektronik cihazlar ve transformatörler bulunur.

Akım sinüzoidi ile voltaj sinüzoidi arasında bir faz kayması olduğunda, güç P=U*I negatif olabilir (I, i - akım, U, u - gerilim, π - pi, 3,14'e eşittir). Reaktif güç cihazı depolanan enerjiyi kaynağa geri döndürür

Elektrik ağları, elektrik enerjisini kaynaktan yüke tek yönde aktarabilecek şekilde inşa edilir.

Bu nedenle, reaktif yüke sahip bir tüketiciden geri dönen enerji parazitiktir ve iletkenlerin ve diğer bileşenlerin ısıtılmasında boşa harcanır.

Reaktif güç, gerilim ve akım sinüzoidleri arasındaki faz açısına bağlıdır. Faz kayma açısı cosφ ile ifade edilir.

Toplam gücü bulmak için şu formülü kullanın:

P = Q / cosφ,

Nerede Q – VAR'da reaktif güç.

Tipik olarak cihaz veri sayfası reaktif gücü ve cosφ'yi gösterir.

Örnek: darbeli matkabın pasaportu 1200 VAr reaktif gücünü ve cosφ = 0,7'yi gösterir.Bu nedenle toplam güç tüketimi şuna eşit olacaktır:

P = 1200/0,7 = 1714W

Cosφ bulunamazsa, elektrikli ev aletlerinin büyük çoğunluğu için cosφ 0,7'ye eşit alınabilir.

Aşama #2 - eşzamanlılık ve marj katsayılarının araştırılması

k – boyutsuz eşzamanlılık katsayısı, ağa aynı anda kaç tüketicinin bağlanabileceğini gösterir. Tüm cihazların aynı anda elektrik tüketmesi nadiren olur.

TV ve müzik merkezinin aynı anda çalışması pek mümkün değildir. Yerleşik uygulamalara göre K, 0,8'e eşit alınabilir. Tüm tüketicileri aynı anda kullanmayı planlıyorsanız K, 1 olarak ayarlanmalıdır.

J – boyutsuz güvenlik faktörü. Gelecekteki tüketiciler için bir güç rezervinin oluşturulmasını karakterize eder.

İlerleme durmuyor; her yıl yeni şaşırtıcı ve kullanışlı elektrikli cihazlar icat ediliyor. Elektrik tüketiminin 2050 yılına kadar %84 artması bekleniyor. Tipik olarak J, 1,5 ila 2,0 arasında alınır.

Aşama #3 – geometrik yöntemi kullanarak hesaplamaların yapılması

Tüm elektriksel hesaplamalarda iletkenin kesit alanı alınır - çekirdeğin kesiti. Mm olarak ölçüldü².

Doğru hesaplamanın nasıl yapıldığını öğrenmek genellikle gereklidir. tel çapı iletken teller.

Bu durumda monolitik yuvarlak tel için basit bir geometrik formül vardır:

S = π*R² = π*D²/4, ya da tam tersi

D = √(4*S / π)

Dikdörtgen iletkenler için:

S = h * m,

Nerede:

• S – mm cinsinden çekirdek alanı²;
• R – mm cinsinden çekirdek yarıçapı;
• D – mm cinsinden çekirdek çapı;
• s, m – mm olarak sırasıyla genişlik ve yükseklik;
• π — pi 3,14'e eşittir.

Bir iletkenin çok sayıda yuvarlak kesitli bükülmüş telden oluştuğu çok telli bir tel satın alırsanız, hesaplama aşağıdaki formüle göre yapılır:

S = N*D²/1,27,

Nerede N – çekirdekteki tel sayısı.

Çekirdekleri birkaç telden bükülmüş olan teller genellikle monolitik olanlardan daha iyi iletkenliğe sahiptir. Bunun nedeni, yuvarlak kesitli bir iletken boyunca akım akışının özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

Elektrik akımı, benzer yüklerin bir iletken boyunca hareketidir. Benzer yükler birbirini ittiği için yük dağılım yoğunluğu iletkenin yüzeyine doğru kayar.

Örgülü tellerin bir diğer avantajı esneklikleri ve mekanik dirençleridir. Monolitik teller daha ucuzdur ve çoğunlukla sabit kurulum için kullanılır.

Aşama #4 — pratikte güç kesitini hesaplayın

Görev: Mutfaktaki tüketicilerin toplam gücü 5000 W'tır (bu, tüm reaktif tüketicilerin gücünün yeniden hesaplandığı anlamına gelir). Tüm tüketiciler tek fazlı 220 V ağa bağlıdır ve tek şubeden güç alırlar.

Tablo 2. Gelecekte ek tüketiciler bağlamayı planlıyorsanız, tablo genel ev aletlerinin gerekli gücünü (+) göstermektedir.

Çözüm:

Eşzamanlılık katsayısı K'yı 0,8'e eşit alalım. Mutfak sürekli yeniliklerin olduğu bir yerdir, asla bilemezsiniz, güvenlik faktörü J=2,0'dır. Toplam tahmini güç şöyle olacaktır:

P = 5000*0,8*2 = 8000 W = 8 kW

Hesaplanan gücün değerini kullanarak Tablo 1'deki en yakın değeri ararız.

Tek fazlı bir ağ için en yakın uygun çekirdek kesiti, 4 mm kesitli bakır iletkendir². 6 mm alüminyum çekirdekli benzer kablo boyutu².

Tek damarlı kablolama için minimum çap sırasıyla 2,3 mm ve 2,8 mm olacaktır.Çok çekirdekli seçeneğin kullanılması durumunda, bireysel çekirdeklerin kesiti toplanır.

Mevcut kesitin hesaplanması

Kablo ve tellerin gerekli akım ve güç kesitinin hesaplanması daha doğru sonuçlar verecektir.Bu tür hesaplamalar, termal yük, tel markası, döşeme tipi, çalışma koşulları vb. dahil olmak üzere çeşitli faktörlerin iletkenler üzerindeki genel etkisini değerlendirmeyi mümkün kılar.

Hesaplamanın tamamı aşağıdaki adımlarda gerçekleştirilir:

• tüm tüketicilerin gücünün seçimi;
• bir iletkenden geçen akımların hesaplanması;
• tabloları kullanarak uygun bir kesitin seçilmesi.

Bu hesaplama seçeneği için tüketicilerin akım ve gerilim cinsinden güçleri, düzeltme faktörleri dikkate alınmadan alınır. Mevcut gücü toplarken bunlar dikkate alınacaktır.

Aşama #1 - formüller kullanılarak akım gücünün hesaplanması

Okul fizik dersini unutanlar için temel formülleri grafik diyagram biçiminde görsel bir kopya sayfası olarak sunuyoruz:

“Klasik Çark”, formüller arasındaki ilişkiyi ve elektrik akımı özelliklerinin (I - akım gücü, P - güç, U - voltaj, R - çekirdek yarıçapı) birbirine bağımlılığını açıkça göstermektedir.

Akımın I gücüne P ve hat voltajına U bağımlılığını yazalım:

ben = P/U_ben,

Nerede:

• BEN - amper cinsinden alınan akım gücü;
• P - watt cinsinden güç;
• sen_ben - volt cinsinden hat voltajı.

Hat voltajı genellikle güç kaynağı kaynağına bağlıdır; tek veya üç fazlı olabilir.

Doğrusal ve faz voltajı arasındaki ilişki:

1. sen_ben = U*cosφ tek fazlı voltaj durumunda.
2. sen_ben = U*√3*cosφ üç fazlı voltaj durumunda.

Ev elektrik tüketicileri için cosφ=1 kabul edilir, dolayısıyla doğrusal voltaj yeniden yazılabilir:

1. sen_ben = 220V tek fazlı voltaj için.
2. sen_ben = 380V üç fazlı voltaj için.

Daha sonra tüketilen tüm akımları aşağıdaki formülü kullanarak özetliyoruz:

ben = (I1+I2+…IN)*K*J,

Nerede:

• BEN – amper cinsinden toplam akım;
• I1..IN – her tüketicinin amper cinsinden mevcut gücü;
• k – eşzamanlılık katsayısı;
• J - Emniyet faktörü.

K ve J katsayıları, toplam güç hesaplanırken kullanılanlarla aynı değerlere sahiptir.

Üç fazlı bir ağda, farklı faz iletkenlerinden eşit olmayan güçte bir akımın aktığı bir durum olabilir.

Bu, tek fazlı ve üç fazlı tüketiciler aynı anda üç fazlı bir kabloya bağlandığında meydana gelir. Örneğin, üç fazlı bir makineye ve tek fazlı bir aydınlatmaya güç verilir.

Doğal bir soru ortaya çıkıyor: Bu gibi durumlarda çok damarlı bir telin kesiti nasıl hesaplanır? Cevap basit; hesaplamalar en çok yüklü çekirdeğe göre yapılır.

Aşama #2 - tabloları kullanarak uygun bir bölümün seçilmesi

Elektrik tesisatlarına (PEU) ilişkin çalışma kuralları, kablo çekirdeğinin gerekli kesitini seçmek için bir dizi tablo içerir.

Bir iletkenin iletkenliği sıcaklığa bağlıdır. Metal iletkenler için sıcaklık arttıkça direnç artar.

Belirli bir eşik aşıldığında süreç kendi kendini idame ettirir hale gelir: direnç ne kadar yüksek olursa, sıcaklık da o kadar yüksek olur, direnç de o kadar yüksek olur, vb. iletken yanana veya kısa devreye neden olana kadar.

Sonraki iki tablo (3 ve 4), akımlara ve kurulum yöntemine bağlı olarak iletkenlerin kesitini göstermektedir.

Tablo 3. Öncelikle kablo döşeme yöntemini seçmeniz gerekir, bu soğutmanın ne kadar etkili olduğunu belirler (+)

Bir kablo, kendi yalıtımıyla donatılmış tüm kablo damarlarının bir demet halinde bükülmesi ve ortak bir yalıtım kılıfı içine alınması bakımından telden farklıdır. Kablo ürünlerinin farklılıkları ve türleri hakkında daha fazla ayrıntı bu yazıda yazılmıştır. madde.

Tablo 4. Tüm iletken kesit değerleri için açık yöntem belirtilmektedir, ancak pratikte 3 mm2'nin altındaki kesitler mekanik dayanım (+) nedeniyle açık olarak döşenmemektedir.

Tabloları kullanırken izin verilen sürekli akıma aşağıdaki katsayılar uygulanır:

• 5-6 çekirdek varsa 0,68;
• 7-9 çekirdek varsa 0,63;
• 10-12 çekirdek varsa 0,6.

Azaltma faktörleri “açık” sütunundan mevcut değerlere uygulanır.

Nötr ve topraklama iletkenleri iletken sayısına dahil değildir.

PES standartlarına göre izin verilen sürekli akıma göre nötr iletkeni kesitinin seçimi, faz iletkeninin en az %50'si olacak şekilde yapılmaktadır.

Sonraki iki tablo (5 ve 6), zemine döşenirken izin verilen uzun vadeli akımın bağımlılığını göstermektedir.

Tablo 5. Havaya veya toprağa döşenen bakır kablolar için izin verilen uzun vadeli akımın bağımlılıkları

Açık olarak döşendiğinde ve zemine derinlemesine döşendiğinde mevcut yük farklılık gösterir. Zemine serme tepsiler kullanılarak yapılırsa eşit kabul edilir.

Tablo 6. Havaya veya toprağa döşenen alüminyum kablolar için izin verilen sürekli akımın bağımlılıkları

Geçici güç kaynağı hatlarının kurulumu için (özel kullanım içinse taşıma), aşağıdaki tablo (7) geçerlidir.

Tablo 7. Taşınabilir hortum kabloları, taşınabilir hortum ve şaft kabloları, projektör kabloları, esnek taşınabilir teller kullanıldığında izin verilen sürekli akım. Yalnızca bakır iletkenler kullanılır

Kabloları yere döşerken, ısı yayma özelliklerine ek olarak aşağıdaki tabloda (8) gösterilen direncin de hesaba katılması gerekir:

Tablo 8. Kablo kesiti hesaplanırken izin verilen uzun süreli akım için toprağın türüne ve direncine bağlı düzeltme faktörü (+)

6 mm'ye kadar bakır damarların hesaplanması ve seçimi² veya 10 mm'ye kadar alüminyum² sürekli akımda olduğu gibi gerçekleştirilir.

Büyük kesitler durumunda bir azaltma faktörü uygulamak mümkündür:

0,875 * √T_pv

Nerede T_pv - anahtarlama süresinin döngü süresine oranı.

Açma süresi 4 dakikayı geçmeyecek şekilde alınır. Bu durumda döngü 10 dakikayı geçmemelidir.

Elektriği dağıtmak için bir kablo seçerken Ahşap ev Yangına dayanıklılığına özellikle dikkat edilir.

Aşama #3 - bir örnek kullanarak iletkenin mevcut kesitinin hesaplanması

Görev: gerekli bölümü hesapla bağlantı için bakır kablo:

• 4000 W gücünde üç fazlı ağaç işleme makinesi;
• 6000 W gücünde üç fazlı kaynak makinesi;
• toplam gücü 25.000 W olan evdeki ev aletleri;

Bağlantı, toprağa döşenen beş damarlı kablo (üç fazlı iletken, biri nötr ve biri toprak) ile yapılacaktır.

Kablo ve tel ürünlerinin yalıtımı belirli bir çalışma voltajına göre hesaplanır. Üreticinin belirttiği ürünün çalışma voltajının şebeke voltajından yüksek olması gerektiği dikkate alınmalıdır.

Çözüm.

Aşama 1. Üç fazlı bir bağlantının doğrusal voltajını hesaplıyoruz:

sen_ben = 220 * √3 = 380 V

Adım 2. Ev aletleri, takım tezgahı ve kaynak makinesi reaktif güce sahiptir, dolayısıyla makine ve ekipmanın gücü şöyle olacaktır:

P_onlar = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300W

Aşama 3. Ev aletlerini bağlamak için gereken akım:

BEN_onlar = 35700 / 220 = 162A

Adım #4. Ekipmanı bağlamak için gereken akım:

BEN_obor = 14300 / 380 = 38A

Adım 5. Ev aletlerini bağlamak için gerekli akım, bir faza göre hesaplanır. Probleme göre üç aşama bulunmaktadır. Bu nedenle akım fazlar arasında dağıtılabilir. Basitlik açısından tekdüze bir dağılım varsayıyoruz:

BEN_onlar = 162 / 3 = 54A

Adım #6. Faz başına akım:

BEN_F = 38 + 54 = 92A

Adım 7. Ekipman ve ev aletleri aynı anda çalışmayacak, ayrıca 1,5 yedek ayıracağız. Düzeltme faktörlerini uyguladıktan sonra:

BEN_F = 92 * 1,5 * 0,8 = 110A

Adım 8. Kabloda 5 damar bulunmasına rağmen yalnızca üç fazlı damarlar dikkate alınır. Tablo 8'e göre topraktaki üç damarlı kablonun sütununda, 115 A'lık bir akımın 16 mm'lik bir çekirdek kesitine karşılık geldiğini görüyoruz.².

Adım #9. Tablo 8'e göre arazinin özelliklerine göre bir düzeltme faktörü uyguluyoruz. Normal bir toprak tipi için katsayı 1'dir.

Adım #10. İsteğe bağlı olarak çekirdeğin çapını hesaplayın:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Hesaplama, kablo döşemenin özellikleri dikkate alınmadan yalnızca güce dayalı olarak yapılmışsa, çekirdeğin kesiti 25 mm olacaktır.². Akım gücünü hesaplamak daha karmaşıktır ancak bazen, özellikle çok çekirdekli güç kabloları söz konusu olduğunda, önemli miktarda para tasarrufu yapmanıza olanak tanır.

Gerilim ve akım değerleri arasındaki ilişki hakkında daha fazlasını okuyabilirsiniz Burada.

Gerilim düşümü hesaplaması

Süperiletkenler dışında her iletkenin direnci vardır. Bu nedenle kablo veya tel yeterince uzunsa voltaj düşüşü meydana gelir.

PES standartları, kablo çekirdeğinin kesitinin voltaj düşüşünün %5'i aşmayacak şekilde olmasını gerektirir.

Tablo 9. Ortak metal iletkenlerin direnci (+)

Bu öncelikle küçük kesitli alçak gerilim kablolarıyla ilgilidir.

Gerilim düşümü hesaplaması aşağıdaki gibidir:

R = 2*(ρ * L) / S,

sen_ped = ben * R,

sen_% = (U_ped /u_lin) * 100,

Nerede:

• 2 – akımın zorunlu olarak iki telden geçmesinden kaynaklanan katsayı;
• R – iletken direnci, Ohm;
• ρ — iletken direnci, Ohm*mm²/M;
• S – iletken kesiti, mm²;
• sen_ped – düşme voltajı, V;
• sen_% - U'ya göre voltaj düşüşü_lin,%.

Formülleri kullanarak gerekli hesaplamaları bağımsız olarak gerçekleştirebilirsiniz.

Taşıma hesaplama örneği

Görev: Tek damar kesiti 1,5 mm olan bakır tel için gerilim düşüşünü hesaplayın². Toplam gücü 7 kW olan tek fazlı bir elektrikli kaynak makinesini bağlamak için tel gereklidir. Tel uzunluğu 20 m.

Ev tipi bir kaynak makinesini bir elektrik şebekesi şubesine bağlamak isteyenler, kullanılan kablonun tasarlandığı mevcut süzgeci dikkate almalıdır. Çalıştırma cihazlarının toplam gücünün daha yüksek olması mümkündür. En iyi seçenek tüketicileri ayrı şubelere bağlamaktır

Çözüm:

Aşama 1. Bakır telin direncini Tablo 9'u kullanarak hesaplıyoruz:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Adım 2. İletkenden geçen akım:

ben = 7000 / 220 = 31,8 A

Aşama 3. Teldeki voltaj düşüşü:

sen_ped = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Adım #4. Gerilim düşüşünün yüzdesini hesaplıyoruz:

sen_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Sonuç: Kaynak makinesini bağlamak için geniş kesitli bir iletken gereklidir.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı videolar

Formüller kullanılarak iletken kesitinin hesaplanması:

Kablo ve tel ürünlerinin seçimi konusunda uzmanlardan öneriler:

Yukarıdaki hesaplamalar endüstriyel kullanıma yönelik bakır ve alüminyum iletkenler için geçerlidir. Diğer iletken türleri için toplam ısı transferi önceden hesaplanır.

Bu verilere dayanarak iletkenin aşırı ısınmaya neden olmadan geçebileceği maksimum akım hesaplanır.

Kablo kesitini hesaplama yöntemiyle ilgili sorularınız varsa veya kişisel deneyiminizi paylaşmak istiyorsanız lütfen bu makaleye yorum bırakın.İnceleme bölümü aşağıda yer almaktadır.