Пристрій кабелю, способи розрахунку перерізу, особливості розрахунку потужності прихованої проводки, розрахунок перетину кабелю по потужності, довжина і переріз, щільність струму.
У всіх країнах Європи і СНД прийнята стандартизація кабелів по площі поперечного перерізу. Регулювання цих параметрів виконується згідно відповідного ПЕУ, або, як ще називають цей норматив, «Правила улаштування електроустановок». Вибір потрібного перерізу кабелю по допустимим параметрам струму здійснюється за допомогою спеціальних таблиць.
Розрахунки «на око» є неправильними і загрожують порушенням техніки безпеки, що може спровокувати КЗ, пробої в проводці і т. п. Даний показник може істотно відрізнятися для кожного окремого житла, в залежності від кількості встановлених там електроживлення споживачів, їх потужності. Відсутність правильного попереднього розрахунку перед монтажем проводки може обернутися дорогим ремонтом квартири або електромережі, загрозою життю людей.
Для чого потрібен розрахунок перетину кабелю?
Правильний вибір перерізу електричного кабелю дозволить змонтувати проводку таким чином, щоб мешканці квартири були в безпеці, як і їх майно. У гонитві за економією багато вибираються для розведення по квартирі кабелю меншої товщини або потрібної, тільки замість мідної серцевини зупиняються на алюмінієвій.
Це призводить до таких наслідків:
- Проходження струмів великої потужності по несоответствующему кабелю призводить до її нагрівання, що руйнує ізоляцію або просто перегорає, залишаючи слабку ланцюг живлення.
- У деяких випадках різкі перепади електрики здатні настільки розігріти метал проводів, що виникає загоряння за рахунок термічного впливу на навколишні займисті об’єкти, наприклад, шпалери, вагонку або інші покриття стіни.
- З підвищенням температури кабелю в ланцюзі зростає опір, що провокує зміни вольтамперних характеристик ділянки електроживлення, для багатьох приладів таке «сусідство» загрожує поломками.
- Зруйнована ізоляція оголює провід, який для людини може бути небезпечним при контакті з ним, уберегтися досить складно, якщо місце дефекту невідомо.
- Знайти проблемний сегмент проводки, вмурованої в стіну, досить складно, що в деяких випадках вимагає заміни проводки по всій довжині від джерела до проблемного місця. В кінцевому підсумку виливається у велику суму, оскільки необхідно заплатити за роботу електрика, купити новий, але вже з нормальними характеристиками, кабель, провести ремонтні роботи по ходу залягання дроти.
Очевидно, що економія на організації електромережі в будинку – це не кращий варіант збереження своїх коштів. Тим більше, що крім фінансових витрат на ремонт проводки і квартири в місцях її демонтажу, є ризик здоров’ю і всьому майну. Пожежо – та електробезпека є пріоритетним правилом.
Щоб правильно підібрати потрібний кабель, необхідно виконати наступні попередні розрахунки:
- Порахувати, для кожного приміщення загальне число встановлених електроприладів.
- Для кожної точки підключення до електромережі розрахувати робочу сумарну навантаження.
ПРИКЛАД: ДО першої розетки буде підключатися витяжка потужністю 500 Вт, електроплита на 5 кВт і посудомийна машина 2 кВт. Від другої розетки живиться холодильник 800 Вт, мікрохвильова піч на 1,5 кВт і електрочайник на 2 кВт. Тоді сумарне навантаження на першу точку складе 7,5 кВт, а на іншу – 4,3 кВт, таким чином, на кухню буде йти навантаження на 11,8 кВт. Це без урахування світильника, тому завжди необхідно робити запас мінімум на 20-30%, щоб не тільки захистити себе, але і мати можливість у майбутньому додати якийсь електроприлад і не змушувати працювати проводку на своєму екстремальному порозі.
Вибравши матеріал провідника (алюміній або мідь), необхідно провести розрахунок потрібного перерізу згідно з отриманою величиною навантаження на окреме приміщення.
Все залежить від того, як буде організовуватися мережа, передбачений электрораспределительный считок з розводкою по споживачам, точки планується з’єднувати паралельно або послідовно.
ВАЖЛИВО: Електропровідність міді більше, ніж алюмінію, тому дроти з цих матеріалів однакового перерізу не будуть давати рівний результат при розрахунку по потужності, що необхідно враховувати.
Що впливає на нагрівання проводів?
Причина перегріву проводки може критися в різних проблемах мережі, тому для правильного розрахунку необхідно знати основні «слабкі місця» кабелів, з-за яких у них піднімається температура. При проходженні струму по металу, матеріал нагрівається завжди, однак зниження цього параметра досягається різними методами.
Дроти гріються, у залежності від:
- Якість і матеріал ізоляційного покриття не відповідають необхідним параметрам. Низькоякісний діелектричний матеріал оболонок кабелів легко піддається руйнуванню від термічного впливу при прямому контакті, проводячи тепло краще.
- Який спосіб укладання проводки використовувався. Для відкритих проводів показник нагріву набагато нижче, ніж для щільно упаковані» в закриту пластикову трубу.
- Тип жил в кабелі. Розрізняють багатожильні та одножильні. Різниця полягає в тому, що однакового перерізу моножильная проводка здатна витримати велику силу струму, ніж кілька більш тонких дротів, хоча багатожильний кабель більш гнучкий і зручний для монтажу.
- Матеріал серцевини. Величина нагріву залежить від фізичних якостей металу. Мідь володіє більш низьким опором, ніж алюміній, тому менше гріється і може передавати струми високої напруги і сили при однаковому перерізі.
- Площа поперечного перерізу кабелю. Всі вивчали в школі скін-ефект – протягом електричного струму по поверхні провідника. Чим більше площа перерізу – тим більше площа поверхні, по якій передається електрику, тому товсті дроти здатні передавати значні навантаження, а тонкі при таких показниках просто перегорають.
Пристрій кабелю
Для кращого розуміння процесу розрахунку провідника по перерізу в залежності від потужності споживаного струму, необхідно розуміти суть процесу передачі електрики. Для наочності краще представити кілька тонких водопровідних труб, які необхідно розташовувати по колу паралельно один одному.
Чим ширше ця окружність, тим більша кількість таких труб поміститься при щільному розташуванні. Напір на виході великої систем буде набагато більше, ніж у маленькій. З електрикою також, в силу того, що струм тече по поверхні провідника, товсті кабелі зможуть підтримувати великі навантаження.
Неправильне обчислення перерізу по потужності виконується, коли:
- Струмоведуча жила занадто широка. Витрати на проведення зростають суттєво, нераціонально використовується ресурс кабелю.
- Ширина струмопровідних каналу менше необхідної. Щільність струму зростає, нагріваючи провідник і ізоляцію, що призводить до витоку електрики і утворенню «слабких місць» на кабелі, підвищуючи пожежонебезпека проводки.
У першому випадку для життя небезпеки немає, але невиправдано високі витрати на матеріал.
Простий спосіб
Формула потужності полягає в обчисленні за допомогою множення напруги в провіднику на силу протікаючого струму. Побутова мережа розрахована на напругу 220 В, тому для визначення перерізу кабелю необхідно знати потужність і силу струму в ланцюгу. Після розрахунку передбачуваного навантаження і сили струму за таблицями ПЕУ перебуває розмір кабелю. Цей розрахунок підходить для розеток.
Для живлення освітлювальних приладів, які підключаються до окремого виходу з розподільника, традиційно береться кабель перетином 1,5 кв. мм. Якщо розетки будуть використовуватися для живлення декількох потужних приладів, наприклад, телевізора або фена, то потрібно правильно розподіляти навантаження, співвідносячи її з діаметром проводу згідно з показниками потужності споживачів. При відсутності можливості розбиття розеткових груп рекомендується купувати мідний кабель з перерізом 6 кв. мм.
Площа перетину і діаметр
Визначити площу перерізу кабелю простіше всього по діаметру серцевини. Діаметр вимірюється в мм, а площа в кв. мм. Згідно з цими показниками можна знайти в таблиці допустиму потужність за типом і розміром дроти. При відсутності даних про діаметрі проводки, площа знаходиться за такою формулою:
S = 3,14 * D2 / 4 = 0,785D2,
де:
S – площа поперечного перетину кабелю;
D – значення діаметра.
Якщо форма серцевини провідника квадратна або прямокутна, то перетин обчислюється множенням ширини на довжину, як площа прямокутника.
Вибір перерізу провідника
Критерії відповідності перерізу вибраних провідників:
Точний розрахунок перетину кабелю повинен проводитися з урахуванням таких показників:
- Тип і вид ізоляції.
- Довжина ділянок та їх конфігурація.
- Варіант і спосіб прокладки (зовнішня або прихована).
- Температурний режим приміщення.
- Відсоток і рівень вологості в кімнаті.
- Максимально припустимий перегрів.
- Різниця показників потужності споживачів, що підключаються до однієї розетки.
Існують нижні межі розміру перерізу кабелю для різних ділянок побутової електромережі:
- Для розеток потрібний дріт з перетином не менше 3,5 кв. мм.
- Підключення елементів освітлення живляться від проводки не тонше 1,5 кв. мм
- Живлення устаткування з підвищеною потужністю вимагає кабелю з перетином від 4-6 кв. мм.
Це правило діє при розмежуванні груп споживачів по потужності в електрощиті для підвищення захисту обладнання, безпеки всієї системи.
Розрахунок на основі навантаження
Процес розрахунку примірного перерізу потрібної проводки для квартири можна провести самостійно, зробити це не складно. Однак усі роботи з влаштування електромережі в приміщенні слід довіряти досвідченим фахівцям.
Розрахунок поперечного перерізу провідника проводиться в наступному порядку:
ВАЖЛИВО: Отримані цифри, як і вказані в паспорті пристроїв дані по номінальній потужності, є усередненими показниками, тому слід додати ще 5 % до цих значень.
Існує дуже поширена помилка про можливості монтажу проводки з різним діаметром серцевини, в залежності від споживача. Це може призвести до займання (рідко, але трапляється), руйнування ізоляційного шару, короткого замикання, оскільки в одному приміщенні пущена від одного розподільника електрика буде руйнівно діяти на невідповідні по потужності світильники або інші дрібні споживачі, які живляться на тонкі кабелі. Така ситуація не рідкісна для підключення декількох електроприладів до однієї точки, наприклад, пральної машини, кавоварки та мультиварки.
Особливості розрахунку потужності прихованої проводки
Обчислення для прихованої проводки відрізняється, ніж для кабелів, укладених відкритим способом. Все залежить від зміни властивостей провідників, їх ізоляції в закритому просторі.
Якщо провідник розташований на поверхні і контактує з повітрям, отримує більшу можливість віддавати вироблене тепло, зберігаючи низьку температуру. Щільно упаковані дроти не можуть настільки добре остуджуватися за рахунок відсутності циркулюючого повітря, тому нагріваються більш інтенсивно.
Перше правило для монтажу прихованої проводки свідчить про необхідність проведення розрахунків із запасом приблизно 20-30 %, щоб в процесі експлуатації уникнути перегріву. Згідно з другою нормі, наявність декількох провідників в одному каналі вимагає запасу не менше 40 %.
ВАЖЛИВО: Єдиний коректний спосіб обчислення перерізу кабелю –значення споживаної потужності.
Не рекомендується робити щільну укладку кабелів, краще для кожного з самостійних проводів обладнати окрему гофротруби.
Розрахунок перетину кабелю по потужності
Після проведення підрахунку потужності для окремого приміщення або групи споживачів, слід провести обчислення сили струму в побутовій мережі з напругою 220 В. Для цього існує формула:
I = (P1 + P2 + … + Pn) / U220,
де:
I – шукана сила струму;
P1 … Pn – потужність кожного споживача за списком – від першого до n-ого;
U220 – напруга в мережі, в нашому випадку це 220 В.
Формула розрахунку для трифазної мережі з напругою 380 У виглядає так:
I = (P1 + P2 + …. + Pn) / √3 / U380
де:
U380 – напруга в трифазній мережі, рівне 380 Ст.
Сила струму I, отримана в розрахунках вимірюється в Амперах, позначається А.
Таблиці складаються згідно з показником пропускної здатності металу в провіднику. Для міді це значення дорівнює 10 А на 1 мм, для алюмінію – 8 на 1 мм.
Визначити перетин відповідно до пропускної спроможності слід за такою формулою:
S = I / Z,
де:
Z – пропускна здатність кабелю.
ПРИКЛАД: побутова Мережа з напругою 220 В. Для кухні потрібно розрахувати переріз провідника при обліку підключення споживачів з загальною потужністю 5 кВт.
I = (P1 + P2 + …. + Pn) / U220 = Робщ / U220 = 5 000 / 220 = 22,73 ≈ 23 (А)
Для розрахунку запасу слід скористатися правилом «5», що означає отриманому значенню додати ще 5 Ампер:
I = 23 + 5 = 28 (А)
Враховуючи монтаж проводки з використанням трьохжильних кабелів, по таблиці для отриманого значення струму мінімальна площа перерізу проводу буде рівною 3 кв. мм.
Таблиця співвідношення величини струму і мінімального перерізу кабелю
| Перетин серцевини провідника, кв. мм |
Сила струму в провідниках, покладених в одній трубі, А |
Сила струму в кабелі, призначеному відкритим способом, А | ||||
| один 3-жильний | один 2-жильний | чотири 1-жильних | три 1-жильних | два 1-жильних | ||
| 0,5 | — | — | — | — | — | 11 |
| 0,75 | — | — | — | — | — | 15 |
| 1 | 14 | 15 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 1,2 | 14,5 | 16 | 15 | 16 | 18 | 20 |
| 1,5 | 15 | 18 | 16 | 17 | 19 | 23 |
| 2 | 19 | 23 | 20 | 22 | 24 | 26 |
| 2,5 | 21 | 25 | 25 | 25 | 27 | 30 |
| 3 | 24 | 28 | 26 | 28 | 32 | 34 |
| 4 | 27 | 32 | 30 | 35 | 38 | 41 |
| 5 | 31 | 37 | 34 | 39 | 42 | 46 |
| 6 | 34 | 40 | 40 | 42 | 46 | 50 |
| 8 | 43 | 48 | 46 | 51 | 54 | 62 |
| 10 | 50 | 55 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 16 | 70 | 80 | 75 | 80 | 85 | 100 |
| 25 | 85 | 100 | 90 | 100 | 115 | 140 |
| 35 | 100 | 125 | 115 | 125 | 135 | 170 |
| 50 | 135 | 160 | 150 | 170 | 185 | 215 |
| 70 | 175 | 195 | 185 | 210 | 225 | 270 |
| 95 | 215 | 245 | 225 | 255 | 275 | 330 |
| 120 | 250 | 295 | 260 | 290 | 315 | 385 |
| 150 | — | — | — | 330 | 360 | 440 |
| 185 | — | — | — | — | — | 510 |
| 240 | — | — | — | — | — | 605 |
| 300 | — | — | — | — | — | 695 |
| 400 | — | — | — | — | — | 830 |
Таблиця потужності, струму і перерізу мідних проводів
Згідно ПЕУ, допускається розрахунок перерізу провідника в залежності потужності споживачів. Для мідного сердечника кабелю наведені в таблиці обчислення для мережі з напругою 380 В і 220 В.
| Перетин серцевини провідника, кв. мм |
Мідні серцевини кабелів |
|||
| Напруга мережі 380 В | Напруга мережі 220 В | |||
| Потужність, Вт | Сила струму, А | Потужність, Вт | Сила струму, А | |
| 1,5 | 10,5 | 16 | 4,1 | 19 |
| 2,5 | 16,5 | 25 | 5,9 | 27 |
| 4 | 19,8 | 30 | 8,3 | 38 |
| 6 | 26,4 | 40 | 10,1 | 46 |
| 10 | 33 | 50 | 15,4 | 70 |
| 16 | 49,5 | 75 | 18,7 | 80 |
| 25 | 59,4 | 90 | 25,3 | 115 |
| 35 | 75,9 | 115 | 29,7 | 135 |
| 50 | 95,7 | 145 | 38,5 | 175 |
| 70 | 118,8 | 180 | 47,3 | 215 |
| 95 | 145,2 | 220 | 57,2 | 265 |
| 120 | 171,6 | 260 | 66 | 300 |
Згідно з цим документом, у житлових будинках рекомендується прокладати кабелі з мідними жилами. Для забезпечення живлення інженерного обладнання деяких типів допускається допомогою алюмінієвої проводки з мінімальним перерізом не менше 2,5 кв. мм
Таблиця потужності, струму і перерізу алюмінієвих проводів
Згідно з даними таблиці, для визначення перерізу алюмінієвої серцевини проводки слід враховувати такі поправочні коефіцієнти: згідно розташуванню (землі, приховано, відкрито), по температурному режиму, в залежності від вологості і т. п. В наведеній нижче таблиці розрахунки вірні для проводів з гумовою або пластмасовою ізоляцією марок АППВ, ВВГ, АВВГ, ЗПС, ППВ, ПВС, ВВП та ін. Кабелі з паперовою екрануванням або без ізоляції повинні розраховуватися за відповідним їх типом таблиць.
| Перетин серцевини провідника, кв. мм |
Мідні серцевини кабелів |
|||
| Напруга мережі 380 В | Напруга мережі 220 В | |||
| Потужність, Вт | Сила струму, А | Потужність, Вт | Сила струму, А | |
| 2,5 | 12,5 | 19 | 4,4 | 22 |
| 4 | 15,1 | 23 | 6,1 | 28 |
| 6 | 19,8 | 30 | 7,9 | 36 |
| 10 | 25,7 | 39 | 11 | 50 |
| 16 | 36,3 | 55 | 13,2 | 60 |
| 25 | 46,2 | 70 | 18,7 | 85 |
| 35 | 56,1 | 85 | 22 | 100 |
| 50 | 72,6 | 110 | 29,7 | 135 |
| 70 | 92,4 | 140 | 36,3 | 165 |
| 95 | 112,2 | 170 | 44 | 200 |
| 120 | 132 | 200 | 50,6 | 230 |
Довжина і переріз
З отриманого значення розрахунків по перерізу кабелю потрібно визначати допустиму довжину електропроводки. Це особливо актуально при створенні подовжувачів. Точні значення, які виходять у розрахунках, додатково слід збільшувати на 15 см (комутаційний запас для обтискання, зварювання або пайки). Ця операція особливо важлива для ділянок з великими додатковими навантаженнями при експлуатації електромережі.
Для побутового обчислення використовується наступна формула:
I = P / U * cosφ,
де:
Р – потужність споживачів, Вт;
I – сила струму, А;
U – напруга електромережі, В;
соѕф = 1 – поправочний коефіцієнт поправки по фазі.
Щільність струму
Для мідного кабелю з перетином сердечника 1 кв. мм середнє значення цього показника варіюється в межах від 6 до 10 А. З мідної проводки з перетином 1 кв. мм може протікати струм, силою 6-10 А без перегріву або оплавлення ізоляційного покриття. За стандартами ПЕУ, додається 40 % запасу для захисту від можливого перегрівання оболонок.
Нижня межа в 6 А дозволяє використовувати проводку без обмежень по часу, верхня, 10 А – це допустимі значення короткочасних навантажень на мережу. Зростання сили струму до значення 12 А (більшого за верхню межу для обраного перерізу) веде до збільшення щільності струму, її перегріву з наступним оплавленням захисної оболонки.
Висновок
Самостійний розрахунок товщини необхідного для проводки кабелю легко здійснюється без сторонньої допомоги. Якщо в приміщенні є розподільних щиток з розведенням споживачів за групами потужності, а також немає якихось особливих складних систем в монтажі, то ремонтні роботи можна зробити без залучення фахівців. Однак наявність підвищених показників температурного режиму, вологості або підведення електрики від одного автоматичного вимикача потребує допомоги професіоналів.
