Длительно допустимый ток кабеля – расчет сечения по току, мощности и длине

Основные понятия

Любое металлическое изделие состоит из кристаллической решетки. Через него проходят электроны, движущиеся частицы, благодаря которым электричество преобразуется в тепловую энергию. Это свойство успешно используется производителями обогревателей и осветительных приборов.

Но в обычных электрических системах перегрев кабеля недопустим, так как со временем это приведет к нарушению изоляции и возгоранию. Поэтому важно правильно подобрать сечение проводников, чтобы они могли выдерживать допустимые (потенциальные) токовые нагрузки сети.

Для этого есть два термина:

• проволочная часть;
• плотность тока.

Зависимость плотности тока от сечения

Даже если выбрано правильное сечение провода, он все равно может перегреваться. Причин несколько: слабый контакт в месте соединения или окисление, связанное с недопустимой скруткой алюминиевых и медных жил.

Сечение провода

Для выбора части токоведущей жилы (проводника, а не всего кабеля с оболочкой и изоляцией) ориентируются на два параметра:

• нагрев в допустимых пределах;
• потеря напряжения.

Опасен перегрев заземляющего кабеля, расположенного в пластиковых трубках на рукаве. В воздушных линиях обращают внимание на потери напряжения. Для комбинированных сегментов с двумя разными разделами следует выбрать больший, округлить его до значения по умолчанию.

Перед расчетом сечения или поиском подходящих табличных значений необходимо определить, какими будут условия эксплуатации.

Выбор неправильного сечения кабеля может привести к перегреву и возгоранию

Для расчета потенциального потепления необходимо учитывать многолетнюю допустимую температуру. Значение напрямую зависит от возможной силы тока Ip. После использования формулы вы получите рассчитанный ток Ip, который должен отклоняться от Ip и быть меньше значения (ни в коем случае больше!). При выборе сечения используйте следующую формулу:

• Ир = Рн/Ун,

куда:

• Рн — номинальная мощность, Вт;
• Немаркированное напряжение, В.

Вы можете использовать эту формулу для расчета токов в проводниках с уже установленной температурой, при условии, что на кабель не влияют другие факторы охлаждения или нагрева. Значение длительно допустимого тока Ip зависит от различных параметров: сечения, материала изготовления, изоляционной оболочки и способа монтажа.

Для проверки падения напряжения на воздушной линии используйте следующую формулу:

• Вп = (У — Ун) * 100/Ун,

куда:

• U — напряжение от источника;
• Un — напряжение в месте подключения приемника напряжения.

Максимально допустимое отклонение напряжения составляет 10%.

Плотность тока

Эта физическая величина является вектором. Для его обозначения используется латинская буква J. Формула расчета выглядит следующим образом:

• Дж = л/с

куда:

• I — сила тока, А;
• S – площадь поперечного сечения, кв мм.

Предельная плотность тока для алюминиевых и медных проводов

Плотность тока – это объем тока, который проходит через проводник данного сечения за определенный промежуток времени. Измеряется в А/кв.м.

Для чего нужен расчет сечения кабеля

Когда вы покупаете кабель, вы можете увидеть разные обозначения. Например, провод 3×5 содержит три токоведущих жилы, каждая из которых имеет сечение 5 кв.мм. Как только вы это узнаете, просто посмотрите на таблицу напряжения и мощности.

Только правильно рассчитанное сечение гарантирует отсутствие участков с перегревом кабеля. При этом провод должен выдерживать временные нагрузки при значении тока в 2-3 раза выше номинального значения. Вы получите текущую маржу, что немаловажно, ведь в любой момент нагрузка на сеть может возрасти из-за новой бытовой техники.

Отсутствие обогрева исключит самовозгорание и пожар на предприятии. Этот момент нужно учитывать заранее, так как в большинстве случаев используется скрытый способ разводки, и малейшее повреждение может привести к необходимости замены всей линии.

Электроэнергия для бытовой техники

Выбираем по мощности

Сечение провода можно выбирать в зависимости от максимальной токовой нагрузки на провод. Кроме того, каждый бытовой прибор имеет различный эффект. В приведенном ниже списке указана мощность наиболее распространенного оборудования:

• электрическая плита – 5 кВт;
• блок охлаждения — 0,8 кВт;
• посудомоечная машина – 2 кВт;
• микроволновая печь – 1,5 кВт;
• вытяжка – 0,5 кВт;
• чайник — 2 кВт.

Очевидно, что перечисленные электроприборы установлены на кухне. Если сложить все введенные числовые значения, то можно получить суммарную нагрузку на электрическую сеть кухни. Это будет около 12 кВт, но сечение следует выбирать с запасом до 30%.

В идеале на кухне прокладывается электрический кабель сечением, соответствующим мощности 15-16 кВт. Для подключения оборудования требуется не менее двух розеток.

В таблице ниже представлен подбор медного кабеля по току:

Определить сечение медного кабеля

Напряжение сети 220 В. Зная этот параметр и общую нагрузку, достаточно воспользоваться простой формулой для расчета потребляемой мощности:

• I = P/U = 16 000/220 = 72,7 А.

Это максимально допустимый ток для прокладываемого кабеля, но реально перечисленные выше бытовые приборы будут потреблять ок. 56-57 А. Однако не следует исключать ситуации, когда к сети подключены другие устройства – пылесос, дополнительные лампы и так далее.

Многие электрики избегают расчетов коэффициентом 1,3 (запас 30%), а просто добавляют к фактическому значению допустимого тока еще 5 А. Если раньше такой вариант был возможен, то сегодня маловероятен. С каждым годом параметр только увеличивается: появляются более мощные холодильники, стиральные машины и пылесосы.

В таблице ниже представлен подбор алюминиевого кабеля по току:

Определить сечение алюминиевого кабеля

Закончив расчеты допустимого тока, приступайте к выбору материала токонесущих жил. Алюминиевый кабель стоит дешевле медного, но площадь сечения таких жил должна быть намного выше. Плотность тока для алюминия равна 8, для меди — 10 А/кв.мм.

Токовая нагрузка на кабель: как рассчитать сечение

Общее количество тока, протекающего по проводнику, зависит от нескольких свойств: длины, ширины, удельного сопротивления и температуры. Повышение температуры сопровождается уменьшением тока. Вся справочная информация, которую вы найдете в таблицах ПУЭ, обычно дана для комнатной температуры 18 градусов Цельсия.

Помимо электрического тока, нужно знать материал проводника и напряжение. Самый простой расчет сечения кабеля по допустимому току: разделите значение на 10. Если при изучении таблицы вы не найдете нужного значения, то ищите ближайшее, чуть большее значение.

Такой вариант возможен для медных проводов, а допустимый ток 40 А и меньше. В диапазоне 40-80 А допустимый ток уже должен делиться на 8. Для алюминиевых проводов значение делится на 6. Причина этого была указана в конце предыдущего раздела.

Допустимая токовая нагрузка на кабель

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Такая величина, как потери напряжения, зависит от длины кабеля. Одна из возможных неприятных ситуаций: на конце выбранного провода напряжение упало до минимума, которого недостаточно для обеспечения работоспособности оборудования. В бытовых электрических сетях потери будут небольшими, поэтому ими можно пренебречь.

Достаточно использовать кабель с запасом 100-150 мм, что необходимо для упрощения коммутации. Если края провода соединяются с электрощитом, запас должен быть выше, так как необходима установка автоматов.

При прокладке кабеля на более длинных участках учитывайте падение напряжения, которое рассчитывается по приведенной выше формуле. Любой проводник имеет определенное электрическое сопротивление, которое зависит от ряда свойств:

1. Длина провода, м. Чем больше длина, тем выше потери.
2. Площадь поперечного сечения, квадратных метров и т.д. Чем выше значение, тем ниже падение напряжения.
3. Удельное сопротивление материала (см справочники).

Максимальная длина кабеля для различных токовых нагрузок

Для расчета падения напряжения в обычных случаях достаточно перемножить сопротивление и допустимый ток. Фактическое значение может быть выше, но не более чем на 5%. Если он не укладывается в указанные рамки, необходимо использовать кабель большого сечения.

Для расчета сечения кабеля по мощности и длине поступают следующим образом:

1. Ток рассчитывают по формуле I = P/(U*cosf), где P — мощность, U — напряжение, cosf — коэффициент. В бытовых электрических сетях этот коэффициент равен 1, поэтому формула упрощается до I = P/U. В промышленности cosf представляет собой отношение активной и полной мощности (активной и реактивной).
2. В таблице ПУЭ вы найдете нужный кабель по сечению в зависимости от силы тока.
3. Сопротивление проводника рассчитать по формуле: R=ρ*l/S, где ρ – удельное сопротивление материала, из которого изготовлены жилы, l – длина кабеля, S – площадь поперечного сечения. Помните, что электрический ток течет в обоих направлениях, поэтому общее сопротивление в два раза больше значения из приведенной выше формулы.
4. Для падения напряжения используйте формулу ΔU=I*R
5. Разделите ΔU/U, чтобы получить падение напряжения в процентах.

Таким образом, если конечное значение не превышает 5%, можно оставить кабель с выбранной частью. В противном случае его необходимо заменить на проводник увеличенного сечения.

Длительно допустимые токи

Это значение варьируется в зависимости от выбранного кабеля и используемых проводников. Любой провод имеет определенную длительную температуру Td, которая указывается в паспорте. При этой температуре допускается непрерывная эксплуатация жил проводников, исключаются любые повреждения.

Для расчета постоянного тока используйте формулу:

• Ид = √((Тд*S*Кт)/R),

куда:

• Ктп — коэффициент теплопередачи;
• R — сопротивление;
• S — поперечное сечение сердечника.

На практике можно использовать таблицы ПУЭ.

Допустимые длительные токи для медных проводов и кабелей

Открытая и закрытая прокладка проводов

Электропроводка может быть двух видов:

• близко;
• открытым.

В большинстве случаев для квартир используется скрытая установка. С помощью перфоратора или штробореза в стене или потолке делаются специальные углубления, в которые вставляется кабель, кроме того, он может быть помещен в гофрированные трубы или гильзы. Спрятав кабель, углубления необходимо заделать штукатуркой.

Единственная приемлемая альтернатива современным смывным линиям — медные жилы. При этом следует заранее оценить потенциальное увеличение сети или процесс частичной замены компонентов. В идеале следует использовать плоские провода.

Прокладка скрытых проводов в стробоскопах

Открытая проводка подразумевает размещение кабеля вдоль поверхностей. Применяются преимущественно гибкие проводники с круглой формой поперечного сечения. Их укладывают в кабельные каналы или прокладывают через гофры. При расчете нагрузки необходимо учитывать способ прокладки кабеля.

Общепринятые сечения для проводки в квартире

Как было сказано выше, для современных квартир используется кабель исключительно с медными жилами. Сечение измеряется в квадратных метрах мм, при этом 1 кв мм соответствует допустимой силе тока 10 А. Так, для розеток обычно используется кабель на 2,5 кВ мм, для осветительных приборов — 1,5 кв мм.

Читайте также: Кабель АВВГ: технические характеристики, расшифровка, применение и монтаж

Выбор сечения провода по количеству потребителей

При расчете сечения электрического кабеля в квартире рекомендуется для начала показать провода схематично. На рисунке должны быть указаны все приборы, которые используют электричество. Схема разделена на разные отсеки, так как для каждого можно использовать провод разного сечения.

Форма подключения для потребителей

Электрическая сеть разделена на несколько цепей. Каждая цепь соответствует только подключенным к ней электроприборам. Чтобы выбрать кабель, соединяющий все цепи, нужно рассчитать общую суммарную мощность.

Это главный критерий выбора сечения. Каждая последующая ветвь (ветвь) будет приводить к уменьшению суммарной силы и, следовательно, к уменьшению необходимого сечения.

Токовые нагрузки в сетях с постоянным током

При расчете токовой нагрузки в сети постоянного тока контролируются одножильным кабелем. Напряжение такого тока равно 12 В. Расчет нагрузки на провод, к которому подключена лампочка мощностью 0,1 кВт (например, в фаре автомобиля), выглядит так:

• I = P/U = 100/12~8,35 А.

После этого легко рассчитать сопротивление:

• R = U/I = 12/8,35 = 1,44 Ом.

В таблице вы найдете удельное сопротивление меди, из которой изготовлены жилы современных проводников. Также предположим, что длина кабеля составляет 2 м. Используйте формулу, приведенную в пунктах выше, чтобы получить площадь поперечного сечения подходящего провода:

• S = (ρ * L) / R = (1,68 * 10-8 * 2) / 1,44 = 1,2 мм кв.

Выбор сечения кабеля для сетей постоянного тока

При изучении ПУЭ можно найти бесчисленное множество таблиц, определяющих токовую нагрузку для сетей переменного тока с однофазными и трехфазными цепями. Поэтому нет необходимости выполнять такие сложные расчеты.

Таблица сечения медного кабеля по току по ПУЭ-7

Сечение проводника, мм2	Сила тока, А, для проложенных проводов
открытым	в одной трубке
два одноядерных	три одноядерных	четыре одноядерных	двухъядерный	деревянная сердцевина
0,5	11	—	—	—	—	—
0,75	15	—	—	—	—	—
1	17	16	15	14	15	14
1,2	20	18	16	15	16	14,5
1,5	23	19	17	16	18	15
2	26	24	22	20	23	19
2,5	30	27	25	25	25	21
3	34	32	28	26	28	24
4	41	38	35	30	32	27
5	46	42	39	34	37	31
6	50	46	42	40	40	34
8	62	54	51	46	48	43
10	80	70	60	50	55	50
16	100	85	80	75	80	70
25	140	115	100	90	100	85
35	170	135	125	115	125	100
50	215	185	170	150	160	135
70	270	225	210	185	195	175
95	330	275	255	225	245	215
120	385	315	290	260	295	250
150	440	360	330	—	—	—
185	510	—	—	—	—	—
240	605	—	—	—	—	—
300	695	—	—	—	—	—
400	830	—	—	—	—	—

Таблица сечения алюминиевого кабеля по току по ПУЭ-7

Сечение проводника, мм2	Сила тока, А, для проложенных проводов
открытым	в одной трубке
два одноядерных	три одноядерных	четыре одноядерных	двухъядерный	деревянная сердцевина
2	21	19	18	15	17	14
2,5	24	20	19	19	19	16
3	27	24	22	21	22	18
4	32	28	28	23	25	21
5	36	32	30	27	28	24
6	39	36	32	30	31	26
8	46	43	40	37	38	32
10	60	50	47	39	42	38
16	75	60	60	55	60	55
25	105	85	80	70	75	65
35	130	100	95	85	95	75
50	165	140	130	120	125	105
70	210	175	165	140	150	135
95	255	215	200	175	190	165
120	295	245	220	200	230	190
150	340	275	255	—	—	—
185	390	—	—	—	—	—
240	465	—	—	—	—	—
300	535	—	—	—	—	—
400	645	—	—	—	—	—

В правилах устройства электроустановок 7-го издания нет таблиц сечения кабеля по току, есть только данные по силе тока. Поэтому при расчете сечений по таблицам нагрузки в интернете вы рискуете получить неверные результаты.

Причины нагрева кабеля

Проводники могут перегреваться по нескольким причинам, напрямую связанным с характером электрического тока. Электрическое поле приводит в движение электроны, которые движутся по выбранному проводнику. В кристаллической решетке, из которой состоят металлы, существуют прочные молекулярные связи.

Представьте мячик для настольного тенниса и паутину. Второй более-менее крепкий, первый легкий, поэтому, чтобы мяч разорвал сетку, нужно приложить больше усилий. Чем сильнее вы качаетесь, тем сильнее напрягаются ваши мышцы. Чем выше напряжение, тем выше потребляемая энергия. Следовательно, мышцы будут больше разогреваться.

Поэтому электроны вынуждены выделять больше тепла, затрачивая много энергии на преодоление этих молекулярных связей. Этот процесс называется преобразованием электрической энергии в тепловую.

Это явление можно сравнить с выделением тепла при трении. Можно сказать, что электроны вынуждены тереться о кристаллическую решетку металла и тем самым выделять тепло. Эта характеристика металлического троса имеет свои преимущества и недостатки. Нагрев может быть полезен на производственных предприятиях и для бытовых приборов.

Это главное свойство, которое позволяет работать электроплитам, обогревателям, утюгам и чайникам. Но в обычных электрических сетях это может привести к перегреву и разрушению изоляции, а впоследствии и к пожару. Машины и оборудование могут быть повреждены. Это происходит при превышении указанной нормы длительных токовых нагрузок.

Перечислим три основные причины перегрева проводника:

1. Наиболее распространенным является использование кабеля неподходящего сечения. Каждый проводник имеет уникальный максимально допустимый ток. Измеряется в амперах. Перед подключением бытового прибора нужно определить мощность и в соответствии с ней правильно подобрать сечение. Важно учитывать наценку в 30-40%.
2. Вторая причина – отсутствие качественного контакта в точках подключения линии. Речь идет об участках трассы, где кабель подключается к экрану, автомату или выключателю. Плохой контакт приводит к нагреву. В худшем сценарии — полное выгорание. В большинстве случаев достаточно будет осмотреть контакты и подтянуть все соединения.
3. Старые электрические линии строились на алюминиевых жилах, поэтому при модернизации таких кабельных линий часто приходится переходить на медные жилы. При этом важно соблюдать технику соединения медных и алюминиевых жил. Без использования специальных клеммников появление окисления лишь вопрос времени.

Старая алюминиевая проводка в квартире

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Если выбран проводник с подходящим сечением, это исключит перепады напряжения и перегрев провода. Таким образом, сечение определяет, насколько оптимальной и экономичной будет работа электрической сети. Кажется, можно просто взять и проложить огромный отрезок кабеля.

Но стоимость медных проводников пропорциональна их сечению, и разница при монтаже электропроводки в одном помещении может составлять несколько тысяч рублей. Поэтому важно уметь правильно рассчитать сечение кабеля: с одной стороны, вы гарантируете безопасность работы сети, с другой стороны, не тратите лишние деньги на покупку чересчур «толстой» жилы.

Для выбора сечения провода необходимо учитывать два важных критерия – допустимый нагрев и потери напряжения. Получив два значения площади поперечного сечения проводника по разным формулам, выбирают большее значение, округляя его в большую сторону.

Воздушные линии особенно чувствительны к падению напряжения. В то же время для подземных линий и кабелей, размещаемых в гофрированных трубах, важно учитывать допустимый нагрев. Таким образом, сечение следует определять в зависимости от типа проводов.

Допустимые температуры нагрева жил кабелей

Iд — допустимая нагрузка на кабель (тепловой ток). Это значение соответствует току, протекающему по проводнику в течение длительного времени. При этом на дисплей выводится установленная, длительно допустимая температура (Td). Расчетная сила тока (Ir) должна соответствовать допустимой (Id), и для ее определения необходимо использовать формулу:

• Ir = (1000*Pn*kz)/√(3*Un*hd*cos j),

куда:

• Рн — номинальная мощность, кВт;
• Kz — коэффициент загрузки (0,85-0,9);
• Неноминальное напряжение на оборудовании;
• hd — КПД оборудования;
• cos j — коэффициент мощности оборудования (0,85-0,92).

Получается, что любому длительно допустимому току, протекающему по проводнику, соответствует определенное значение стабильной длительно допустимой температуры нагрева. Важно сбалансировать влияние других факторов внешней среды. Сила тока в кабеле напрямую зависит от материала, из которого изготовлена ​​изоляция, способа прокладки, сечения и материала жил жилы.

Даже если принять во внимание одинаковые значения тока, эффект нагрева будет разным в зависимости от температуры окружающей среды. Чем ниже температура, тем эффективнее теплопередача.

Поправочные коэффициенты кабеля в зависимости от температуры окружающей среды

Температура меняется в зависимости от региона и времени года, поэтому таблицы конкретных значений можно найти в ПУЭ. Если температура значительно отличается от расчетной, необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Базовая температура в помещении или на улице составляет 25 градусов по Цельсию. Если кабель проложен под землей, температура меняется на 15 градусов Цельсия. Однако именно под землей она остается неизменной.

Условия теплоотдачи

Важным условием теплопередачи считается влажная среда, в которой находится кабель. При прокладке провода в земле теплоотвод напрямую связан с конструкцией и ее составом, а также уровнем влажности.

Для получения максимально точных значений потребуется проанализировать состав грунта, в зависимости от которого сопротивление будет разным. Используя таблицу, проверьте удельное сопротивление. Благодаря качественной трамбовке эту характеристику можно снизить.

Песок и гравий обладают меньшей проводимостью, чем глина, поэтому в идеале провода закапывают последними. Вместо глины можно использовать глинистый грунт без примесей шлака, камней и мусора.

Тепловыделение воздушного кабеля минимально. Параметр уменьшается для линий в кабельных каналах с воздушным зазором. Соседние кабели нагревают друг друга, поэтому токовые нагрузки должны быть как можно меньше.

Допустимые токи рассчитываются по двум различным формулам в зависимости от режима работы — аварийного или продолжительного. В случае короткого замыкания допустимая температура для провода с бумажной изоляцией – 200, с ПВХ – 120 градусов Цельсия.

Важно знать о различных условиях охлаждения кабелей с изоляцией и без нее. В первом случае тепловые потоки, поступающие от нагрева проводников, вынуждены преодолевать дополнительную преграду в виде изолирующего слоя.

Размещение кабеля в траншее

При прокладке кабеля под землей, когда в траншею помещаются одновременно две жилы, процесс охлаждения значительно сократится, что приведет к уменьшению допустимых токовых нагрузок.

С точки зрения электрической и пожарной безопасности правильное определение постоянного тока и сечения кабеля является важной предпосылкой для предотвращения перегрева, нарушения изоляции и возгорания кабельной линии. При расчете следует быть внимательным и учитывать множество дополнительных условий. Определенные корректировки необходимы даже для табличных значений.