Tính toán tiết diện cáp theo công suất và dòng điện: cách tính toán nối dây chính xác

Bạn có dự định làm hiện đại hóa lưới điện hay nối thêm đường dây điện vào bếp để nối một bếp điện mới? Ở đây, kiến ​​thức tối thiểu về tiết diện của dây dẫn và ảnh hưởng của thông số này đến công suất và dòng điện sẽ hữu ích.

Đồng ý rằng việc tính toán mặt cắt cáp không chính xác sẽ dẫn đến quá nhiệt và đoản mạch hoặc gây ra chi phí không hợp lý.

Điều rất quan trọng là thực hiện các tính toán ở giai đoạn thiết kế, vì sự cố hệ thống dây điện ẩn và việc thay thế tiếp theo sẽ tốn kém chi phí đáng kể. Chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu được sự phức tạp của việc tính toán để tránh các vấn đề trong quá trình vận hành tiếp theo của mạng điện.

Để không tạo gánh nặng cho bạn với các phép tính phức tạp, chúng tôi đã chọn các công thức và tùy chọn tính toán rõ ràng, trình bày thông tin ở dạng dễ tiếp cận và cung cấp giải thích cho các công thức. Hình ảnh và tài liệu video chuyên đề cũng đã được thêm vào bài viết, cho phép bạn hiểu rõ bản chất của vấn đề đang được xem xét.

Tính toán tiết diện cho điện tiêu dùng

Mục đích chính của dây dẫn là cung cấp năng lượng điện cho người tiêu dùng với số lượng cần thiết. Vì chất siêu dẫn không có sẵn trong điều kiện hoạt động bình thường nên phải tính đến điện trở của vật liệu dẫn điện.

Tính toán phần yêu cầu dây dẫn và cáp tùy thuộc vào tổng công suất của người tiêu dùng dựa trên kinh nghiệm vận hành lâu dài.

Hãy bắt đầu quá trình tính toán chung bằng cách thực hiện các phép tính đầu tiên bằng công thức:

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

Ở đâu:

• P – sức mạnh của tất cả người tiêu dùng được kết nối với nhánh được tính toán bằng Watts.
• P1, P2, PN – công suất của người tiêu dùng thứ nhất, thứ hai, thứ n, tính bằng Watt.

Sau khi nhận được kết quả khi kết thúc các phép tính theo công thức trên, đã đến lúc chuyển sang dữ liệu dạng bảng.

Bây giờ bạn phải chọn phần yêu cầu theo Bảng 1.

Bảng 1. Mặt cắt dây luôn phải chọn cạnh lớn nhất gần nhất (+)

Giai đoạn #1 - tính toán công suất phản kháng và công suất tác dụng

Công suất của người tiêu dùng được chỉ định trong tài liệu thiết bị. Thông thường, bảng dữ liệu thiết bị cho biết công suất tác dụng cùng với công suất phản kháng.

Các thiết bị có loại tải hoạt động chuyển đổi tất cả năng lượng điện nhận được, có tính đến hiệu suất, thành công có ích: cơ, nhiệt hoặc loại khác.

Các thiết bị có tải hoạt động bao gồm đèn sợi đốt, máy sưởi và bếp điện.

Đối với các thiết bị như vậy, việc tính công suất bằng dòng điện và điện áp có dạng:

P=U*I,

Ở đâu:

• P – công suất tính bằng W;
• bạn - điện áp tính bằng V;
• TÔI – cường độ dòng điện ở A.

Các thiết bị có loại tải phản ứng có thể tích lũy năng lượng đến từ một nguồn và sau đó trả lại năng lượng đó. Sự trao đổi này xảy ra do sự dịch chuyển của hình sin dòng điện và hình sin điện áp.

Ở độ lệch pha bằng 0, công suất P=U*I luôn có giá trị dương. Các thiết bị có loại tải chủ động có đồ thị pha dòng điện và điện áp như vậy (I, i - dòng điện, U, u - điện áp, π - pi bằng 3,14)

Các thiết bị có công suất phản kháng bao gồm động cơ điện, các thiết bị điện tử thuộc mọi kích cỡ và mục đích sử dụng, máy biến áp.

Khi có sự lệch pha giữa hình sin dòng điện và hình sin điện áp, công suất P=U*I có thể âm (I, i - dòng điện, U, u - điện áp, π - pi bằng 3,14). Thiết bị công suất phản kháng trả lại năng lượng đã lưu trữ về nguồn

Mạng điện được xây dựng theo cách chúng có thể truyền năng lượng điện theo một hướng từ nguồn tới tải.

Do đó, năng lượng trả về từ thiết bị tiêu thụ có tải phản kháng bị ký sinh và bị lãng phí khi làm nóng dây dẫn và các bộ phận khác.

Công suất phản kháng phụ thuộc vào góc pha giữa điện áp và dòng điện hình sin. Góc dịch pha được biểu thị thông qua cosφ.

Để tìm tổng công suất, hãy sử dụng công thức:

P = Q / cosφ,

Ở đâu Q – công suất phản kháng trong VAR.

Thông thường, bảng dữ liệu thiết bị cho biết công suất phản kháng và cosφ.

Ví dụ: hộ chiếu của máy khoan búa cho biết công suất phản kháng là 1200 VAr và cosφ = 0,7.Do đó, tổng công suất tiêu thụ sẽ bằng:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Nếu không tìm được cosφ thì đối với đại đa số các thiết bị điện gia dụng, cosφ có thể lấy bằng 0,7.

Giai đoạn #2 - tìm kiếm tính đồng thời và hệ số biên

K – hệ số đồng thời không thứ nguyên, cho biết có bao nhiêu người tiêu dùng có thể kết nối với mạng cùng một lúc. Rất hiếm khi xảy ra trường hợp tất cả các thiết bị đều tiêu thụ điện cùng một lúc.

Khả năng hoạt động đồng thời của trung tâm truyền hình và âm nhạc là khó xảy ra. Từ thực tiễn đã được thiết lập, K có thể được lấy bằng 0,8. Nếu bạn định sử dụng đồng thời tất cả người tiêu dùng, K phải được đặt thành 1.

J - hệ số an toàn không thứ nguyên. Đặc trưng cho việc tạo ra nguồn dự trữ năng lượng cho người tiêu dùng trong tương lai.

Sự tiến bộ không đứng yên, mỗi năm các thiết bị điện mới hữu ích và tuyệt vời đều được phát minh. Tiêu thụ điện dự kiến ​​sẽ tăng 84% vào năm 2050. Thông thường J được lấy ở khoảng từ 1,5 đến 2,0.

Giai đoạn #3 - thực hiện các phép tính bằng phương pháp hình học

Trong tất cả các tính toán điện, diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn được lấy - mặt cắt ngang của lõi. Đo bằng mm².

Thường cần phải học cách tính toán chính xác đường kính dây các dây dẫn.

Trong trường hợp này, có một công thức hình học đơn giản cho dây tròn nguyên khối:

S = π*R² = π*D²/4, hoặc ngược lại

D = √(4*S / π)

Đối với dây dẫn hình chữ nhật:

S = h * m,

Ở đâu:

• S - diện tích lõi tính bằng mm²;
• R - bán kính lõi tính bằng mm;
• D - đường kính lõi tính bằng mm;
• h, tôi - chiều rộng và chiều cao tương ứng, tính bằng mm;
• π — số pi bằng 3,14.

Nếu bạn mua một dây bện, trong đó một dây dẫn bao gồm nhiều dây xoắn có tiết diện tròn, thì việc tính toán được thực hiện theo công thức:

S = N*D²/1,27,

Ở đâu N - số lượng dây trong lõi.

Dây có lõi xoắn từ nhiều dây thường có độ dẫn điện tốt hơn dây nguyên khối. Điều này là do đặc thù của dòng điện chạy qua dây dẫn có tiết diện tròn.

Dòng điện là sự chuyển động của các điện tích cùng dấu dọc theo dây dẫn. Các điện tích cùng dấu đẩy nhau nên mật độ phân bố điện tích dịch chuyển về phía bề mặt vật dẫn.

Một ưu điểm khác của dây bện là tính linh hoạt và độ bền cơ học của chúng. Dây nguyên khối rẻ hơn và chủ yếu được sử dụng để lắp đặt cố định.

Giai đoạn #4—tính toán tiết diện công suất trong thực tế

Nhiệm vụ: tổng công suất của các hộ tiêu thụ trong bếp là 5000 W (nghĩa là công suất của tất cả các hộ tiêu thụ phản kháng đã được tính toán lại). Tất cả người tiêu dùng được kết nối với mạng 220 V một pha và được cấp nguồn từ một nhánh.

Bảng 2. Nếu bạn dự định kết nối thêm người tiêu dùng trong tương lai, bảng hiển thị công suất cần thiết của các thiết bị gia dụng thông thường (+)

Giải pháp:

Ta lấy hệ số đồng thời K bằng 0,8. Nhà bếp là nơi không ngừng đổi mới, bạn không bao giờ biết được, hệ số an toàn là J=2,0. Tổng công suất ước tính sẽ là:

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

Sử dụng giá trị công suất tính được, chúng ta tìm giá trị gần nhất trong Bảng 1.

Mặt cắt lõi phù hợp gần nhất của mạng một pha là dây dẫn bằng đồng có tiết diện 4 mm². Kích thước dây tương tự với lõi nhôm 6mm².

Đối với dây lõi đơn, đường kính tối thiểu sẽ lần lượt là 2,3 mm và 2,8 mm.Trong trường hợp sử dụng tùy chọn đa lõi, mặt cắt ngang của từng lõi được tóm tắt.

Tính toán mặt cắt dòng điện

Việc tính toán tiết diện dòng điện và công suất yêu cầu của cáp và dây dẫn sẽ cho kết quả chính xác hơn.Những tính toán như vậy cho phép đánh giá ảnh hưởng tổng thể của các yếu tố khác nhau lên dây dẫn, bao gồm tải nhiệt, nhãn hiệu dây, kiểu lắp đặt, điều kiện vận hành, v.v.

Toàn bộ quá trình tính toán được thực hiện theo các bước sau:

• lựa chọn quyền lực của mọi người tiêu dùng;
• tính toán dòng điện chạy qua dây dẫn;
• lựa chọn mặt cắt phù hợp bằng cách sử dụng bảng.

Đối với phương án tính toán này, công suất của người tiêu dùng về dòng điện và điện áp được lấy mà không tính đến các hệ số hiệu chỉnh. Chúng sẽ được tính đến khi tổng hợp sức mạnh hiện tại.

Giai đoạn #1 - tính cường độ dòng điện bằng công thức

Đối với những người đã quên khóa học vật lý ở trường, chúng tôi cung cấp các công thức cơ bản dưới dạng sơ đồ đồ họa dưới dạng bảng ghi chú trực quan:

“Bánh xe cổ điển” thể hiện rõ ràng mối quan hệ giữa các công thức và sự phụ thuộc lẫn nhau của các đặc tính của dòng điện (I - cường độ dòng điện, P - công suất, U - điện áp, R - bán kính lõi)

Hãy viết sự phụ thuộc của dòng điện I vào công suất P và điện áp đường dây U:

Tôi = P/U_tôi,

Ở đâu:

• TÔI - cường độ dòng điện, tính bằng ampe;
• P - công suất tính bằng watt;
• bạn_tôi - điện áp đường dây tính bằng vôn.

Điện áp đường dây thường phụ thuộc vào nguồn điện; nó có thể là một pha hoặc ba pha.

Mối liên hệ giữa điện áp tuyến tính và điện áp pha:

1. bạn_tôi = U*cosφ trong trường hợp điện áp một pha.
2. bạn_tôi = U*√3*cosφ trong trường hợp điện áp ba pha.

Đối với người tiêu dùng điện gia dụng, cosφ=1 được chấp nhận, do đó điện áp tuyến tính có thể được viết lại:

1. bạn_tôi = 220 V đối với điện áp một pha.
2. bạn_tôi = 380 V đối với điện áp ba pha.

Tiếp theo, chúng tôi tóm tắt tất cả dòng điện tiêu thụ bằng công thức:

Tôi = (I1+I2+…IN)*K*J,

Ở đâu:

• TÔI - tổng dòng điện tính bằng ampe;
• I1..IN – cường độ dòng điện của từng người tiêu dùng tính bằng ampe;
• K – hệ số đồng thời;
• J - hệ số an toàn

Các hệ số K và J có cùng giá trị với các giá trị được sử dụng khi tính tổng công suất.

Có thể xảy ra trường hợp trong mạng ba pha, dòng điện có cường độ không bằng nhau chạy qua các dây dẫn pha khác nhau.

Điều này xảy ra khi người tiêu dùng một pha và ba pha được kết nối với cáp ba pha cùng một lúc. Ví dụ, một máy ba pha và hệ thống chiếu sáng một pha được cấp nguồn.

Một câu hỏi tự nhiên được đặt ra: tiết diện của một sợi dây bị mắc kẹt được tính như thế nào trong những trường hợp như vậy? Câu trả lời rất đơn giản - các phép tính được thực hiện dựa trên lõi được tải nhiều nhất.

Giai đoạn #2 - chọn phần phù hợp bằng cách sử dụng bảng

Quy tắc vận hành lắp đặt điện (PEU) bao gồm một số bảng để chọn mặt cắt yêu cầu của lõi cáp.

Độ dẫn điện của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Đối với dây dẫn kim loại, điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Khi vượt quá một ngưỡng nhất định, quá trình sẽ tự duy trì: điện trở càng cao, nhiệt độ càng cao, điện trở càng cao, v.v. cho đến khi dây dẫn bị cháy hoặc gây đoản mạch.

Hai bảng tiếp theo (3 và 4) hiển thị mặt cắt ngang của dây dẫn tùy thuộc vào dòng điện và phương pháp lắp đặt.

Bảng 3. Đầu tiên bạn cần chọn phương pháp đi dây, điều này quyết định hiệu quả làm mát (+)

Cáp khác với dây ở chỗ tất cả các lõi cáp, được trang bị lớp cách điện riêng, được xoắn thành bó và được bọc trong một vỏ cách điện chung. Thông tin chi tiết hơn về sự khác biệt và loại sản phẩm cáp được viết trong phần này bài báo.

Bảng 4. Phương pháp hở được chỉ định cho tất cả các giá trị tiết diện dây dẫn, tuy nhiên, trên thực tế, các đoạn dưới 3 mm2 không được đặt hở vì lý do độ bền cơ học (+)

Khi sử dụng bảng, áp dụng các hệ số sau cho dòng điện liên tục cho phép:

• 0,68 nếu 5-6 lõi;
• 0,63 nếu 7-9 lõi;
• 0,6 nếu 10-12 lõi.

Hệ số giảm được áp dụng cho các giá trị hiện tại từ cột “mở”.

Dây trung tính và dây nối đất không được tính vào số lượng dây dẫn.

Theo tiêu chuẩn PES, việc lựa chọn tiết diện dây trung tính theo dòng điện liên tục cho phép được thực hiện ít nhất bằng 50% dây pha.

Hai bảng tiếp theo (5 và 6) cho thấy sự phụ thuộc của dòng điện dài hạn cho phép khi đặt nó xuống đất.

Bảng 5. Sự phụ thuộc của dòng điện dài hạn cho phép đối với cáp đồng khi đặt trên không hoặc trên mặt đất

Tải trọng hiện tại khi đặt lộ thiên và khi đặt sâu trong lòng đất là khác nhau. Chúng được chấp nhận là ngang nhau nếu việc rải đất được thực hiện bằng khay.

Bảng 6. Sự phụ thuộc của dòng điện liên tục cho phép đối với cáp nhôm khi đặt trong không khí hoặc trên mặt đất

Để lắp đặt đường dây cấp điện tạm thời (mang theo, nếu để sử dụng riêng), áp dụng bảng (7) sau đây.

Bảng 7. Dòng điện liên tục cho phép khi sử dụng dây ống mềm di động, cáp ống và trục di động, cáp đèn pha, dây mềm di động. Chỉ sử dụng dây dẫn bằng đồng

Khi đặt cáp xuống đất, ngoài đặc tính tản nhiệt, cần tính đến điện trở suất được thể hiện trong bảng sau (8):

Bảng 8. Hệ số hiệu chỉnh tùy theo loại và điện trở suất của đất đối với dòng điện dài hạn cho phép khi tính toán tiết diện cáp (+)

Tính toán và lựa chọn lõi đồng lên đến 6 mm² hoặc nhôm lên đến 10 mm² được thực hiện như đối với dòng điện liên tục.

Trong trường hợp mặt cắt lớn có thể áp dụng hệ số suy giảm:

0,875 * √T_pv

Ở đâu T_pv - tỷ số giữa thời gian chuyển đổi và thời lượng chu kỳ.

Thời gian bật được coi là không quá 4 phút. Trong trường hợp này, chu kỳ không được vượt quá 10 phút.

Khi lựa chọn cáp phân phối điện trong Nhà gỗ Đặc biệt chú ý đến khả năng chống cháy của nó.

Giai đoạn #3 - tính toán tiết diện dòng điện của dây dẫn bằng ví dụ

Nhiệm vụ: tính toán phần cần thiết cáp đồng để kết nối:

• máy chế biến gỗ ba pha có công suất 4000 W;
• máy hàn ba pha có công suất 6000 W;
• thiết bị gia dụng trong nhà có tổng công suất 25.000 W;

Việc kết nối sẽ được thực hiện bằng cáp năm lõi (ba dây dẫn pha, một dây trung tính và một dây nối đất), được đặt trong lòng đất.

Cách điện của các sản phẩm cáp và dây được tính toán cho một điện áp hoạt động cụ thể. Cần lưu ý rằng điện áp hoạt động của sản phẩm do nhà sản xuất chỉ định phải cao hơn điện áp nguồn.

Giải pháp.

Bước 1. Chúng tôi tính toán điện áp tuyến tính của kết nối ba pha:

bạn_tôi = 220 * √3 = 380 V

Bước 2. Các thiết bị gia dụng, máy công cụ, máy hàn đều có công suất phản kháng nên công suất của máy, thiết bị sẽ là:

P_{những thứ kia} = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Bước 3. Dòng điện cần thiết để kết nối các thiết bị gia dụng:

TÔI_{những thứ kia} = 35700/220 = 162 A

Bước 4. Dòng điện yêu cầu để kết nối thiết bị:

TÔI_obor = 14300/380 = 38 A

Bước #5. Dòng điện cần thiết để kết nối các thiết bị gia dụng được tính toán dựa trên một pha. Theo vấn đề, có ba giai đoạn. Do đó, dòng điện có thể được phân phối giữa các pha. Để đơn giản, chúng tôi giả sử phân phối đồng đều:

TÔI_{những thứ kia} = 162/3 = 54 A

Bước #6. Dòng điện mỗi pha:

TÔI_f = 38 + 54 = 92 A

Bước # 7. Thiết bị và đồ gia dụng sẽ không hoạt động cùng lúc, ngoài ra, chúng ta sẽ dành một khoản dự phòng là 1,5. Sau khi áp dụng hệ số hiệu chỉnh:

TÔI_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Bước # 8. Mặc dù cáp có 5 lõi nhưng chỉ tính đến 3 lõi pha. Theo Bảng 8 trong cột cáp ba lõi trong đất, ta thấy dòng điện 115 A ứng với tiết diện lõi 16 mm.².

Bước #9. Theo Bảng 8, chúng tôi áp dụng hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào đặc điểm của đất. Đối với loại đất bình thường, hệ số là 1.

Bước #10. Tùy chọn, tính đường kính của lõi:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Nếu việc tính toán chỉ được thực hiện dựa trên công suất mà không tính đến đặc thù của việc đặt cáp thì tiết diện của lõi sẽ là 25 mm.². Tính toán cường độ dòng điện phức tạp hơn nhưng đôi khi cho phép bạn tiết kiệm chi phí đáng kể, đặc biệt khi nói đến cáp nguồn nhiều lõi.

Bạn có thể đọc thêm về mối quan hệ giữa điện áp và giá trị hiện tại đây.

Tính toán sụt áp

Bất kỳ dây dẫn nào, ngoại trừ chất siêu dẫn, đều có điện trở. Do đó, nếu cáp hoặc dây điện đủ dài thì sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp.

Tiêu chuẩn PES yêu cầu mặt cắt ngang của lõi cáp phải đảm bảo độ sụt áp không quá 5%.

Bảng 9. Điện trở suất của dây dẫn kim loại thông thường (+)

Điều này chủ yếu liên quan đến cáp điện áp thấp có tiết diện nhỏ.

Việc tính toán sụt áp như sau:

R = 2*(ρ * L) / S,

bạn_{tập giấy} = Tôi * R,

bạn_% = (Bạn_{tập giấy} /u_lin) * 100,

Ở đâu:

• 2 - hệ số do dòng điện nhất thiết phải chạy qua hai dây dẫn;
• R - điện trở dây dẫn, Ohm;
• ρ - điện trở suất của dây dẫn, Ohm*mm²/m;
• S - tiết diện dây dẫn, mm²;
• bạn_{tập giấy} - điện áp rơi, V;
• bạn_% - sụt áp so với U_lin,%.

Sử dụng các công thức, bạn có thể thực hiện các phép tính cần thiết một cách độc lập.

Ví dụ tính toán mang

Nhiệm vụ: tính độ sụt áp của dây đồng có tiết diện một lõi 1,5 mm². Dây dùng để nối máy hàn điện một pha có tổng công suất 7 kW. Chiều dài dây 20 m.

Những người muốn kết nối máy hàn gia dụng với nhánh mạng điện nên tính đến sàng hiện tại mà cáp được sử dụng được thiết kế. Có thể tổng công suất của các thiết bị đang vận hành có thể cao hơn. Phương án tốt nhất là kết nối người tiêu dùng với các chi nhánh riêng biệt

Giải pháp:

Bước 1. Ta tính điện trở của dây đồng theo bảng 9:

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

Bước 2. Dòng điện chạy qua dây dẫn:

Tôi = 7000/220 = 31,8 A

Bước 3. Điện áp rơi trên dây:

bạn_{tập giấy} = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Bước 4. Chúng tôi tính toán phần trăm sụt áp:

bạn_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Kết luận: để nối máy hàn cần có dây dẫn có tiết diện lớn.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Tính toán tiết diện dây dẫn theo công thức:

Khuyến nghị của các chuyên gia trong việc lựa chọn sản phẩm dây và cáp:

Các tính toán trên có giá trị đối với dây dẫn đồng và nhôm dùng trong công nghiệp. Đối với các loại dây dẫn khác, tổng lượng nhiệt truyền được tính toán trước.

Dựa trên những dữ liệu này, dòng điện tối đa có thể chạy qua dây dẫn mà không gây nóng quá mức được tính toán.

Nếu có thắc mắc gì về phương pháp tính tiết diện cáp hoặc muốn chia sẻ kinh nghiệm cá nhân, vui lòng để lại bình luận tại bài viết này.Phần đánh giá nằm ở bên dưới.