Как рассчитать сечение кабеля и подобрать оптимальный вариант для электропроводки

Сечение кабеля представляет собой площадь поперечного разреза провода. И это один из важнейших факторов, которые необходимо учитывать при покупке. Дело в том, что этот параметр напрямую влияет на максимальный ток, который пропускает провод. И это тесно связано с безопасностью эксплуатации.

Так, если сечение кабеля недостаточное, провод является чересчур тонким, то кабель начнёт сильно греться и плавить изоляцию. Впоследствии это приведёт к короткому замыканию или же возгоранию. Такая ситуация часто становится причиной пожара в домах.

Если сечение провода будет слишком большим, то по мере увеличения его длины возрастут и неэффективные затраты: более толстые кабели обходятся дороже.

В статье рассмотрим, как выполнить рассчёты правильно и выбрать кабель, площадь сечения которого будет оптимальна для обеспечения безопасной эксплуатации.

Что такое сечение кабеля и как его определить

Как мы уже описали выше, сечение кабеля представляет собой показатель площади поперечного разреза жилы, проводящей электрический ток. Показатель сечения измеряется в квадратных миллиметров. Чтобы его увидеть, можно разрезать провод под углом в 90 градусов.

Чтобы рассчитать оптимальный показатель площади сечения проводов, необходимо замерить показатель диаметра провода и использовать формулу — S = 3,14 × d²/4= 0,785d2 ≈ 0,8d2

Как правильно выбрать кабель по сечению?

Чтобы подобрать провод с оптимальными показателями поперечного сечения, следует учитывать такие параметры, как:

• Показатель нагрузки в плане тока, т.е. общую мощность всех устройств-потребителей. Эти параметры связаны друг с другом. Если вы знаете одну из этих характеристик, то рассчитать другую не составит труда.

• Материал жилы, через которую проходит ток. От этого показателя зависит сопротивление проводника. Как правило, используется медный провод или кабель с жилами из алюминия. При этом медный провод характеризуется большей стойкостью к изгибанию: в среднем он способен выдержать около 50 перегибов, тогда как алюминиевые жилы — в пять раз меньше. Да и медный провод характеризуется большим показателем сопротивления.

• Тип изоляции. Это важно, поскольку каждый материал, служащий в качестве изоляции, характеризуется определённым показателем допустимой температуры нагрева. Если она будет выше, то изоляция расправится.

• Метод прокладки кабеля. От этого зависит охлаждение проводов.

• Длина провода. Чем выше длина, тем больше потери сигнала и электроэнергии. Это необходимо принимать во внимание, чтобы обеспечить электроприборы и оборудование током с оптимальными характеристиками.

Как мы уже писали, чтобы подобрать сечение кабеля правильным образом, необходимо учитывать показатели нагрузки. Подробнее об этом — в таблице.

Таблица нагрузки проводов и кабелей: ориентиры для выбора соответствующего сечения

Важно! Таблица сечения кабеля содержит усреднённые значения в идеальных условиях. Рекомендации производителей могут отличаться от этих показателей, поскольку многие компании выпускают свои таблицы сечений и нагрузки в зависимости от типоразмеров кабелей в их ассортименте.

Из таблицы можно увидеть, что при скрытой прокладке кабеля допустимый показатель тока меньше, чем при открытом монтаже провода. Дело в том, что в стене / трубе теплоотдача хуже, поэтому нагрев провода происходит быстрее. И чем больше в одном канале находится кабелей, тем меньше их стоит нагружать. Оптимальное расстояние между проводами, которые уложены параллельно друг другу, составляет 5 диаметров самого толстого из них.

Расчет сечения медного кабеля и алюминиевого провода по длине

Если вам известна длина провода и показатель мощности всех подключённых потребителей, для определения поперечного сечения используется другая формула.

Вот она: S = rL / R

Предварительно необходимо лишь выяснить показатель сопротивления электропроводки. Для этого нужно знать показатель напряжения в сети, а также нагрузку на провод по току. Последнюю легко вычислить, если разделить мощность (общую) на показатель напряжения.

Для кабеля с медной жилой показатель составляет 0,0175, а для провода из алюминия — 0,0283 Ом*мм2/м.

Расчёт сечения проводов по току

Для того чтобы провести верные расчёты, необходимо сперва вычислить собственно показатель тока, который будет проходить через кабель.

Для этого понадобится такая формула: I = P / U

Итак, берём общий для всех устройств, которые будут подключены к электросети, показатель мощности в Ваттах (Р) и делим его на показатель напряжения в сети (U). Получаем необходимое нам количество Ампер.

Например:

I = 5670 Вт / 220 В = 25,77 А

Теперь из таблицы выбираем нужный нам показатель для одного провода с тремя медными проводниками (фазой, нулём и заземлением), который проложен внутри гофротрубы. Ориентируемся на ток в 27 Ампер. В итоге наш вариант — провод с сечением в 4 кв. мм.

Расчёт сечения кабеля в однофазной и трехфазной сети: важные детали и методы

Площадь сечения для сетей 220 В и 380 В несложно вычислить, если знать формулы и показатели мощности устройств, которые будут потреблять электроэнергию — будут подключены к электропроводке.

Определение тока для однофазных нагрузок: ключевой элемент расчета сечения

В этом случае потребуется простая формула, которая содержит показатель диаметра сечения. Его легко вычислить, используя штангенциркуль. 

Используйте формулу: S = π (d/2)2 

Подбирать показатель можно по току или же показателю общей мощности устройств-потребителей. Зная хотя бы один из этих показателей второй будет легко рассчитать, воспользовавшись таблицей.

Если обычная розетка выдерживает токовую нагрузку в 16 Ампер максимум, к ней потребуется подводить провод с показателем в 1,5 кв. мм. Но для оптимальной защиты потребуется установить автомат, ограничивающий токовую нагрузку.

Совершая выбор сечения кабеля по мощности и расчётах необходимо принимать во внимание условия, которые влияют на характеристики сети. К ним относятся:

• Возможность подключения оборудования высокой мощности с высокими показателями пусковых токов.

• Широкий диапазон рабочих температур. К примеру в случае, когда при наружном монтаже под солнцем происходит нагрев изоляции.

• Использование проводки в условиях повышенного риска пожара.

• Если какой-нибудь из перечисленных вариантов вероятен, лучше подбирать кабель с большим диаметром и установить защитный автомат.

Упрощённый расчёт сечения кабеля. 

Многие электрики используют простую формулу: силу тока делят на 10 и получают оптимальные показатели площади сечения в квадратных миллиметрах, которые затем округляют в большую сторону.

Например, сила тока — 22 Ампера. Делим на 10 и получаем 2,2 кв.мм. Округляем до ближайшего верхнего номинала и получаем 2,5 кв. мм. Это вполне вписывается в табличные данные.

Но: упрощённая формула расчёта действует только для сетей, где сила тока не превышает 40 Ампер. Для более мощных линий, расположенных снаружи здания, к примеру, на вводе, показатель может достигать и 80 Ампер. По этой причине нужно сделать больший запас по сечению и делить показатель силы тока уже не на десять, но на 8.

Определение токов в трехфазной сети: полезные советы и инструкции

Чтобы определить оптимальное сечение провода для сети 380 В используется формула, включающая коэффициент мощности.

Вот эта формула: I=P/(U*cosφ).

Мощность необходимо разделить на напряжение, помноженное на коэффициент мощности. Отметим, что последний показатель для трёхфазной сети составляет √3 ≈ 1,7.

Давайте рассчитаем, каким должно быть сечение кабеля для трёхфазной электроплиты. Итак, у нашей модели четыре конфорки мощностью по 1-1,5 кВт каждая. Это означает, что максимальное энергопотребление плиты составит 6 кВт. Считаем показатель тока по нашей формуле: 6 кВт / (380 В × 1,7) = 9,3 А. Согласно таблице нам потребуется модель пятипроводниковый кабель с сечением проводника в 1 мм2.

Учёт потери напряжения

При расчётах выше мы использовали показатели из таблицы. Однако стоит помнить, что не были учтены падение показателя напряжение. Следует учитывать, что оно может достигать приличной величины, если проводка длинная. По этой причине если потери напряжения превышают 5%, необходимо увеличить размер сечения.

Для вычисления показателя потерь напряжения используется формула: Uп = Iн R.

Ток нагрузки (Iн) необходимо умножить на показатель сопротивления (R). Для расчёта сопротивления необходимо использовать формулу R = rL / S, где rL — это удельное сопротивление, умноженное на длину провода в метрах. Об этом мы писали в разделе о расчёте сечения провода по длине.

Например, у нас провод длиной 40 метров. Рассчитываем сопротивление по формуле R = 0,0175 х 40 / 4 = 0,175 Ом, беря в расчёт показатель удельного электрического сопротивления меди.

Выявив сопротивление, считаем показатель потери напряжения.

Uп = 25,77 х 0,175 = 4,5 В

5% от 220 В — это 11 В потерь. Но поскольку для нашего случая мы получаем меньше 5% потерь, увеличивать площадь поперечного сечения провода нам не потребуется.

Выбор сечения кабеля для квартиры или частного дома: что нужно знать

В этом разделе собрали рекомендации и нюансы, которые необходимо учитывать, чтобы выбрать провод с оптимальным сечением.

Итак, толщины кабеля должно хватать для того, чтобы через него проходило необходимое для питания всех устройство количество тока. Но при этом кабель не должен нагреваться свыше 60 градусов. Если жилы нагреются сильнее допустимых пределов, то может случиться авария. Кроме того, толщины провода должно быть достаточно для обеспечения нужного уровня механической прочности. К примеру, некоторые виды кабеля для навесного монтажа усиливают посредством стального троса. Он устойчивость к механическим нагрузкам.

Также отметим, что кабели с алюминиевыми жилами характеризуются меньшей токопроводимостью, чем модели с медными жилами. К примеру, чтобы провести ток до 40 Ампер, алюминиевый провод должен быть толще медного на 20%.

В 90% случаев для бытового использования приобретают медный провод, поскольку такие кабели:

• проще и удобнее в монтаже;

• устойчивее к окислению и перегибам;

• дольше служит;

• лучше проводит электрический ток.

Единственный минус медных кабелей заключается в том, что они стоят дороже алюминиевых. По этой причине в высоковольтных линиях электропередач, которые характеризуются большой протяжённостью, используются алюминиевые кабели.

Наибольшей популярностью для бытовой эксплуатации используется такое сечение медного кабеля:

• 0,75 мм

• 1 мм

• 1,5 мм

• 2,5 мм

• 4 мм

Для обозначения типоразмеров используется также система AWG (американская толщина проводов).