Нарушения правил электрического монтажа приводят к авариям, пожарам и травмам. Чаще всего они связаны с использованием электропроводки, не отвечающей требованиям безопасной эксплуатации.
В статье показываю, как выполнить расчет сечения кабеля и провода по формулам, таблицам и онлайн калькулятору. Читайте.
Чем опасна неправильно смонтированная электропроводка: как проявляются скрытые риски
С начала дачного сезона привел ко мне сосед своего знакомого Андрея. У того просьба: помочь решить вопрос с пониженным напряжением на его участке. Особенно его беспокоит низкий уровень в гараже, где он разместил свое оборудование с электрическими станками.
Пошли смотреть. Питание подается на вводной щит частного дома. Мой карманный мультиметр показал 203 вольта, что в принципе приемлемо для сельской местности.
А вот дальше начались чудеса. На большой территории размещено несколько хозяйственных построек. Они подключены последовательной цепочкой: одно к другому. Гараж стоит в самом конце.
Общая длина магистрали превышает сотню метров. Подключение выполнено чем попало: куски медного провода 1,5 мм кв и даже скрутки из алюминия. Внутри собранной электрической системы плохие контакты.
Этот участок обладает повышенным сопротивлением. Оно создало падение напряжения на входе в гараж до 185 вольт. Его уже недостаточно для нормальной работы электродвигателей различных станков.
Потери электроэнергии на участке от дома до мастерской составили 18 вольт. Андрей собирался приобрести стабилизатор напряжения для гаража, а я ему объяснил, что так делать нельзя по следующим причинам:
- стабилизатор поднимет уровень напряжения на своем выходе и мощность потребления электроприборов еще больше возрастет;
- от этого дополнительно увеличится нагрузка на провода сети.
В этой ситуации возникнет дополнительная просадка напряжения на входе в стабилизатор. Она может повлечь:
- его отключение от автомата защит;
- или возникновение аварийной ситуации в сети из-за перегруза и перегрева провода при отказе автомата.
Принципы выбора кабеля по току: какие процессы учитываются
Провода и кабели для домашней сети выпускаются большим ассортиментом с разным сечением жил из меди или алюминия. Их поперечное сечение вычисляется по формуле площади круга через диаметр.
S=π·D2/4
Диаметр легко измерить микрометром или штангенциркулем.
Поскольку провода производятся для работы в разных условиях эксплуатации, то обладают различной конструкцией. Продукция каждой компании имеет свое обозначение.
В качестве примера приведу популярные NYM, ПУНП, ПУНГП, ВВГ, ВВГнг, ПВС ВВГнг–LS.
Внутренняя конструкция любого из них состоит из металлических жил и изоляции. В качестве примера показываю картинкой кабель ВВГнг.
Любая жила обладает электрическим сопротивлением. При прохождении тока по ней выделяется тепло, описываемое законом Джоуля-Ленца. Оно зависит от величины нагрузки, времени ее протекания и сопротивления проводника.
При этом происходит нагрев:
- металла жилы;
- слоя изоляции;
- окружающей кабель среды.
Третий вопрос рассмотрим подробнее.
Как влияют условия эксплуатации на работу проводки: 2 особенности монтажа
Обратите внимание! Окружающая провод среда может:
- отводить тепло, ограничивая температуру жил;
- либо поддерживать нагрев локализацией места прокладки теплоизолирующими материалами.
Расположенные на открытом воздухе провода охлаждаются лучше: работает естественная вентиляция (тепло перемещается вверх, а охлажденных массы – вниз).
Спрятанные же в трубах или внутри строительных конструкций провода нагреваются быстрее.
Изоляционные материалы проводников выдерживают только максимально допустимую температуру. После достижения критических значений нагрева они обычно теряют свои диэлектрические свойства.
Тогда через них создаются токи утечек, приводящие к авариям или пожарам.
Поэтому для каждого типа провода уже заданы температуры допустимого нагрева изоляции с учетом прохождения по ним длительных нагрузок.
Поскольку на величину тока влияет сопротивление (закон Ома), то по нему и проводится весь расчет.
При пользовании этой методикой следует суммировать все нагрузки, которые могут проходить по жиле.
Например, розетки, подключенные шлейфом, могут питать одновременно несколько бытовых приборов (холодильник, лампы, стиральная машина, телевизор, кондиционер).
Этот момент следует учитывать при выборе сечения питающего их проводника.
Считать токи, сопротивления и нагрев по формулам сложно. На практике электрики давно пользуются готовыми таблицами. Далее привожу выдержку из них, необходимую для домашнего мастера.
- основана на многочисленных научных экспериментах;
- заложена в ПУЭ и ГОСТ для обеспечения надежной и безопасной работы электрооборудования;
- позволяет оптимально подобрать толщину провода по цене.
Для повышения безопасности при эксплуатации допустимо создавать запас – использовать более толстые жилы. А монтировать их с уменьшенным сечением опасно.
Как рассчитать кабель по мощности нагрузки простыми словами
У большинства современных бытовых приборов в сопроводительной документации указывается информация не о токе потребления, а о величине мощности в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).
Эти параметры электрической сети взаимосвязаны. Их легко пересчитать по известным формулам, содержащихся в шпаргалке электрика.
Однако есть более простой и доступный путь: уже готовая табличная форма. Она избавляет человека от математических вычислений.
Здесь действует то же правило сложения мощностей всех подключенных приборов, как и ранее для токов.
Разберем пример. В розеточную группу из трех последовательно подключенных розеток может быть одновременно вставлено три потребителя с мощностью 2, 1,5 и 1,0 кВт. Складываем их. Суммарная величина электроэнергии – 4,5 киловатта.
Смотрим таблицу. Для сети 220 вольт, проложенной открыто, достаточно использовать медь полтора квадрата или алюминий — 2,5. При выборе закрытого монтажа потребуется увеличить медный провод до 2,5 мм кв, а алюминиевый — до 4,0.
Кстати, толщины медного проводника 1,5 квадрата или 2,5 из алюминия вполне достаточно для прокладки линии освещения. Меньше прокладывать не стоит.
Важно: монтаж любых розеточных групп нужно выполнять проводом с сечением от 2,5 миллиметров квадратных. Здесь действуют дополнительные требования к их механической прочности, требующей запаса по толщине.
Особенно актуально это требование к алюминиевой проводке, обладающей пониженной механической прочностью. В этом не раз убедились многочисленные владельцы квартир в старых многоэтажных зданиях.
Выбор сечения кабеля по мощности и току: таблица справочных данных
Этот способ вобрал в себя две вышеприведенные методики расчета. Они просто сведены в общую таблицу.
Ей удобно пользоваться, имея любую информацию:
- по току в амперах;
- или потребляемой мощности в кВт.
Это избавляет от перевода одной величины в другую.
Однако во всех этих таблицах скрыт один параметр, а именно: очень длинная линия электрической цепи. Она ограничивает результаты выбора. Как определить ее влияние читайте в следующем подразделе.
Почему необходимо учитывать длину протяженной электрической магистрали в частном доме
Во всех приведенных таблицах учитывается сила тока, нагревающая металлическую жилу. Его величина практически не меняется внутри пределов квартиры, где от вводного щитка до конечного потребителя расстояние редко превышает 15 метров.
Однако мы знаем, что электрическое сопротивление провода влияет на ток, а оно с увеличением расстояния всегда возрастает прямо пропорционально отношению удельного сопротивления к площади поперечного сечения.
На длинных участках дополнительно возникают потери напряжения. Их требуется учитывать в точных расчетах, что заложено в онлайн калькуляторе, приведенном в следующем разделе.
В качестве пояснения приведу пример монтажа цепей точных измерительных ТН на подстанции 330 кВ. Потери здесь должны быть минимальными. С ними борются всеми доступными средствами.
Измерительные ТН и силовые автоматические выключатели расположены на ОРУ-330 кВ. Они удалены от релейных панелей на дистанцию порядка 300-400 метров.
Сборка вторичных цепей выполнена в шкафу. Они к нему подаются от выводной коробки, расположенной внизу основания фарфорового изолятора коротким контрольным кабелем с жилами 1,5 мм кв.
Его длину можете оценить визуально по фотографии. Она не превышает несколько метров. Выходные кабели цепей напряжения, проложенные к панелям релейного зала, имеют повышенное сечение жил и превышают 16 мм квадратных.
Это хорошо видно на обратной стороне ввода релейной панели.
Таким приемом минимизируют потери напряжения на большой дистанции. Они не должны вносить погрешность большую 0,5%.
По самим же панелям разводка опять выполняется жилами 1,5 квадрата. Короткие расстояния от ТН к его шкафу и в релейном зале не оказывают существенного влияния на потери.
Поэтому длина протяженной магистрали, ее характеристики могут повлиять на выбор и расчет сечения кабеля.
Калькулятор расчета сечения кабеля по мощности с учетом условий эксплуатации
Онлайн методика позволяет оптимально вычислить сечение, которое будет:
- надежно и длительно работать при полной нагрузке без каких-либо повреждений;
- полностью выдержит возникающие в цепи короткие замыкания;
- сделает потери напряжения в магистрали ниже допустимого уровня;
- обеспечит работу защитных устройств при недостаточном качестве заземления.
Вычисления надо делать индивидуально для каждого кабельного участка. Они позволяют:
- определиться с условиями монтажа и видами нагрузок, которые будут протекать по его жилам;
- учесть минимальные размеры расчетом по току;
- обеспечить надежную работу при возникновении температурных перегрузок от коротких замыканий;
- выявить допустимые габариты для снижения излишних потерь;
- выбрать сечение, основываясь на импендансе (комплексном или полном сопротивлении) петли из-за недостаточного заземления.
Для проведения расчета потребуется подготовить:
- информацию о характере нагрузки;
- условия работы в однофазной или трехфазной силовой схеме питания;
- тип тока: постоянный или переменный;
- величину мощности в киловаттах;
- полный и пусковой коэффициенты мощности;
- протяженность рабочей магистрали;
- способ прокладки и конструкцию кабеля, учитывающую температурные условия эксплуатации.
А дальше вводим эти исходные данные в таблицу и жмем кнопку «Расчет». Для перехода к следующим вычислениям надо просто нажать кнопку «Сброс» и повторить выше перечисленные операции.
Еще раз обращаю внимание на то, что за основу любого вычисления пропускной способности кабеля взят наибольший ток, который способны длительно выдерживать жилы, сохраняя диэлектрические свойства изоляции. По его величине определяется толщина металлического провода.
Рекомендую по вопросу подбора проводки дополнительно посмотреть видеоролик владельца «Электроснабжение в Москве»
Видео материал автора «Elektrik-sam.info» объясняет подробные алгоритмы вычисления сечения кабеля (провода).
Много полезной информации можно увидеть в комментариях под этими роликами.
Вы можете дополнить материал этой статьи или задать свой вопрос. Воспользуйтесь разделом комментариев.
