Як розрахувати переріз кабелю та підібрати оптимальний варіант для електропроводки

Переріз кабелю є площею поперечного перерізу дроту. І це один із найважливіших факторів, які необхідно враховувати при покупці. Річ у тому, що цей параметр впливає на максимальний струм, який пропускає дріт. І це тісно пов'язано із безпекою експлуатації.

Тож, якщо переріз кабелю недостатній, дріт є занадто тонким, то кабель почне сильно грітися і плавити ізоляцію. Згодом це призведе до короткого замикання або загоряння. Така ситуація часто спричиняє пожежу в будинках.

Якщо переріз дроту буде занадто великим, то в міру збільшення його довжини зростуть і неефективні витрати: товстіші кабелі обходяться дорожче.

У статті розглянемо, як виконати розрахунки правильно та вибрати кабель, площа перерізу якого буде оптимальною для забезпечення безпечної експлуатації.

Що таке переріз кабелю та як його визначити

Як ми вже описали вище, переріз кабелю є показником площі поперечного розрізу жили, що проводить електричний струм. Показник перерізу вимірюється у квадратних міліметрах. Щоб його побачити, можна розрізати дріт під кутом 90 градусів.

Щоб розрахувати оптимальний показник площі перерізу дротів, необхідно заміряти показник діаметра дроту і використовувати формулу — S = 3,14×d²/4= 0,785d2 ≈ 0,8d2

Як правильно вибрати кабель за перерізом?

Щоб підібрати провід з оптимальними показниками поперечного перерізу, слід враховувати такі параметри, як:

• Показник навантаження у плані струму, тобто загальну потужність всіх пристроїв-споживачів. Ці параметри пов'язані один з одним. Якщо ви знаєте одну з цих характеристик, то розрахувати іншу не складе труднощів.

• Матеріал жили, якою проходить струм. Від цього показника залежить опір провідника. Як правило, використовується мідний дріт або кабель із жилами з алюмінію. При цьому мідний дріт характеризується більшою стійкістю до згинання: в середньому він здатний витримати близько 50 перегинів, тоді як алюмінієві жили вп'ятеро менше. Та й мідний дріт характеризується великим показником опору.

• Тип ізоляції. Це важливо, оскільки кожен матеріал, що служить як ізоляція, характеризується певним показником допустимої температури нагріву. Якщо вона буде вищою, то ізоляція розправиться.

• Метод прокладання кабелю. Від цього залежить охолодження дротів.

• Довжина дроту. Чим вище довжина, тим більше втрат сигналу та електроенергії. Це необхідно брати до уваги, щоб забезпечити електроприлади та обладнання струмом з оптимальними характеристиками.

Як ми вже писали, щоб підібрати перетин кабелю правильно, необхідно враховувати показники навантаження. Докладніше про це — в таблиці.

 

Таблиця навантаження дротів та кабелів: орієнтири для вибору відповідного перерізу

 

Важливо! Таблиця перерізу кабелю містить усереднені значення в ідеальних умовах. Рекомендації виробників можуть відрізнятися від цих показників, оскільки багато компаній випускають свої таблиці перерізів та навантаження залежно від типорозмірів кабелів у їхньому асортименті.

З таблиці можна побачити, що при прихованій прокладці кабелю допустимий показник струму менше, ніж при відкритому монтажі дроту. Річ у тому, що в стіні/трубі тепловіддача гірша, тому нагрівання дроту відбувається швидше. І чим більше в одному каналі є кабелів, тим менше їх варто навантажувати. Оптимальна відстань між дротами, які укладені паралельно один одному, становить 5 діаметрів найтовстішого з них.

Розрахунок перерізу мідного кабелю та алюмінієвого дроту за довжиною

Якщо вам відома довжина дроту та показник потужності всіх підключених споживачів, для визначення поперечного перерізу використовується інша формула.

Ось вона: S = rL/R

Попередньо необхідно лише з'ясувати показник опору електропроводки. Для цього потрібно знати показник напруги в мережі, а також навантаження на дріт струму. Останній легко обчислити, якщо поділити потужність (загальну) на показник напруги.

Для кабелю з мідною жилою показник становить 0,0175, а для дроту з алюмінію — 0,0283 Ом*мм2/м.

Розрахунок перерізу дротів за струмом

Щоб провести правильні розрахунки, необхідно спочатку обчислити власне показник струму, який проходитиме через кабель.

Для цього знадобиться така формула: I = P/U

Отже, беремо загальний для всіх пристроїв, які будуть підключені до електромережі, показник потужності у Ватах (Р) і ділимо його на показник напруги в мережі (U). Отримуємо необхідну кількість Ампер.

Наприклад:

I = 5670 Вт/220 В = 25,77 А

Тепер із таблиці вибираємо потрібний нам показник для одного дроту з трьома мідними провідниками (фазою, нулем та заземленням), який прокладено всередині гофротруби. Орієнтуємося на струм 27 Ампер. У результаті наш варіант — дріт з перерізом 4 кв. мм.

Розрахунок перерізу кабелю в однофазній та трифазній мережі: важливі деталі та методи

Площа перерізу для мереж 220 В і 380 В неважко обчислити, якщо знати формули та показники потужності пристроїв, які споживатимуть електроенергію, будуть підключені до електропроводки.

Визначення струму для однофазних навантажень: ключовий елемент розрахунку перерізу

У цьому випадку буде потрібна проста формула, яка містить показник діаметра перерізу. Його легко вирахувати, використовуючи штангенциркуль.

Використовуйте формулу: S = π (d/2)2

Підбирати показник можна за струмом або показником загальної потужності пристроїв-споживачів. Знаючи хоча б один із цих показників другий буде легко розрахувати, скориставшись таблицею.

Якщо звичайна розетка витримує струмове навантаження 16 Ампер максимум, до неї потрібно підводити дріт з показником 1,5 кв. мм. Але для оптимального захисту потрібно встановити автомат, що обмежує струмове навантаження.

Здійснюючи вибір перерізу кабелю за потужністю та розрахунками струму необхідно брати до уваги умови, що впливають на характеристики мережі. До них відносяться:

• Можливість підключення обладнання високої потужності із високими показниками пускових струмів.

• Широкий діапазон робочих температур. Наприклад, коли при зовнішньому монтажі під сонцем відбувається нагрівання ізоляції.

• Використання проводки за умов підвищеного ризику пожежі.

• Якщо якийсь із перерахованих варіантів можливий, краще підбирати кабель із великим діаметром та встановити захисний автомат.

Спрощений розрахунок перерізу кабелю.

Багато електриків використовують просту формулу: силу струму ділять на 10 і отримують оптимальні показники площі перерізу квадратних міліметрів, які потім округляють в більшу сторону.

Наприклад, сила струму — 22 Ампера. Ділимо на 10 і отримуємо 2,2 кв.мм. Округлюємо до найближчого верхнього номіналу та отримуємо 2,5 кв. мм. Це цілком вписується у табличні дані.

Але: спрощена формула розрахунку діє тільки для мереж, де сила струму вбирається у 40 Ампер. Для потужніших ліній, розташованих зовні будівлі, наприклад, на введенні, показник може досягати й 80 Ампер. Тому треба зробити більший запас по перерізу і ділити показник сили струму вже не на десять, але на 8.

Визначення струмів у трифазній мережі: корисні поради та інструкції

Щоб визначити оптимальний переріз дроту для мережі 380 використовується формула, що включає коефіцієнт потужності.

Ось ця формула: I = P / (U * cosφ).

Потужність необхідно розділити на напругу, помножену на коефіцієнт потужності. Зазначимо, що останній показник для трифазної мережі становить √3 ≈ 1,7.

Давайте розрахуємо, яким має бути переріз кабелю для трифазної електроплити. Отже, наша модель має чотири конфорки потужністю по 1-1,5 кВт кожна. Це означає, що максимальне енергоспоживання плити становитиме 6 кВт. Вважаємо показник струму за нашою формулою: 6 кВт/(380 В × 1,7) = 9,3 А. Згідно з таблицею нам буде потрібна модель п'ятипровідниковий кабель з перерізом провідника в 1 мм2.

Врахування втрати напруги

При розрахунках вище ми користувалися показниками з таблиці. Однак варто пам'ятати, що не було враховано падіння показника напруги. Слід враховувати, що він може досягати пристойної величини, якщо проводка довга. Тому якщо втрати напруги перевищують 5%, необхідно збільшити розмір перерізу.

Для обчислення показника втрат напруги використовується формула: Uп = Iн R.

Струм навантаження (Iн) необхідно помножити на показник опору (R). Для розрахунку опору необхідно використовувати формулу R = rL / S, де rL — це опір, помножений на довжину дроту в метрах. Про це ми писали у розділі про розрахунок перерізу дроту за довжиною.

Наприклад, у нас дріт завдовжки 40 метрів. Розраховуємо опір за формулою R = 0,0175 х 40 / 4 = 0,175 Ом, беручи до уваги показник електричного опору міді.

Виявивши опір, вважаємо показник втрати напруги.

Uп = 25,77 х 0,175 = 4,5 В

5% від 220 В — це 11 В втрат. Але оскільки для нашого випадку ми отримуємо менше ніж 5% втрат, збільшувати площу поперечного перерізу дроту нам не потрібно.

Вибір перерізу кабелю для квартири чи приватного будинку: що потрібно знати

У цьому розділі зібрали рекомендації та нюанси, які необхідно враховувати, щоб вибрати дріт з оптимальним перерізом.

Отже, товщини кабелю має вистачати для того, щоб через нього проходила необхідну для живлення всіх пристрій кількість струму. Але кабель не повинен нагріватися понад 60 градусів. Якщо жили нагріються сильніше за допустимі межі, то може статися аварія. Крім того, товщини дроту має бути достатньо для забезпечення потрібного рівня механічної міцності. Наприклад, деякі види кабелю для підвісного монтажу посилюють за допомогою сталевого троса. Він стійкий до механічних навантажень.

Також зазначимо, що кабелі з алюмінієвими жилами характеризуються меншою струмопровідністю, ніж моделі з мідними жилами. Наприклад, щоб провести струм до 40 Ампер, алюмінієвий дріт повинен бути товстішим за мідний на 20%.

У 90% випадків для побутового використання вибирають мідні дроти, оскільки такі кабелі:

• простіше та зручніше в монтажі;

• стійкіше до окислення та перегинів;

• довше служать;

• краще проводить електричний струм.

Єдиний мінус мідних кабелів полягає в тому, що вони коштують дорожче за алюмінієві. Тому у високовольтних лініях електропередач, які характеризуються великою протяжністю, використовуються алюмінієві кабелі.

Найбільшою популярністю для побутової експлуатації використовується такий переріз мідного кабелю:

• 0,75 мм

• 1 мм

• 1,5 мм

• 2,5 мм

• 4 мм ².

Для позначення типорозмірів використовується система AWG (американська товщина дротів).