電力ネットワークをアップグレードするか、または電力線をキッチンに延長して新しい電気ストーブを接続する予定ですか?ここでは、導体の断面と、このパラメーターが電力とアンペア数に及ぼす影響についての最小限の知識が役立ちます。
ケーブル断面の誤った計算は、過熱および短絡または不当なコストにつながることに同意します。
隠れた配線の失敗とその後の交換はかなりのコストを伴うため、設計段階で計算を実行することは非常に重要です。送電網の以降の操作での問題を回避するために、計算の複雑さに対処するお手伝いをします。
複雑な計算に負担をかけないように、わかりやすい式と計算オプションを選択し、アクセス可能な形式で情報を提供し、式に説明を提供しました。また、記事にはテーマ別の写真やビデオ資料が追加され、検討中の問題の本質を明確に理解できるようになりました。
消費者の能力に応じた断面積の計算
導体の主な目的は、必要な量の電気エネルギーを消費者に供給することです。超伝導体は通常の動作条件下では利用できないため、導体材料の抵抗を考慮する必要があります。
消費者の総電力に応じた導体とケーブルの必要な断面積の計算は、長期的な運転経験に基づいています。
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配線装置用のさまざまなタイプのケーブル
家庭用の導体の異なる厚さ
さまざまなケーブルブランドのコア数
より線ケーブルのオプション
一般的な計算プロセスを開始するには、まず式を使用して計算を実行します。
P =(P1 + P2 + .. PN)* K * J,
どこ:
- P -ワットで計算されたブランチに接続されているすべての消費者の力。
- P1、P2、PN -最初の消費者の電力、2番目の消費者の電力、n番目の電力のワット数。
上記の式による計算の最後に結果を受け取ったので、表のデータに移ります。
次に、表1に従って必要なセクションを選択する必要があります。
表1.ワイヤー導体の断面は常に最も近い大きい側(+)で選択する必要があります
ステージ1-無効電力と有効電力の計算
消費者の能力は、機器のドキュメントに示されています。通常、機器証明書は無効電力とともに有効電力を示します。
アクティブタイプの負荷を持つデバイスは、効率を考慮に入れて、受け取ったすべての電気エネルギーを有用な仕事に変換します。
アクティブ負荷のあるデバイスには、白熱灯、ヒーター、電気ストーブが含まれます。
このようなデバイスの場合、電流と電圧の電力の計算は次の形式になります。
P = U * I,
どこ:
- P -ワット単位の電力;
- U -V単位の電圧;
- 私 -Aの現在の強さ
リアクティブタイプの負荷を持つデバイスは、エネルギー源からエネルギーを蓄積し、それを戻すことができます。このような交換は、正弦波電流と正弦波電圧の変位が原因で発生します。
位相変位がゼロの場合、パワーP = U * Iは常に正の値になります。このような電流と電圧の位相のグラフは、アクティブタイプの負荷を持つデバイスで利用できます(I、iは電流の強さ、U、uは電圧、πは3.14に等しい数piです)。
無効電力デバイスには、電気モーター、あらゆるサイズと目的の電子デバイス、および変圧器が含まれます。
正弦波電流と正弦波電圧の間に位相シフトがある場合、電力P = U * Iは負になる可能性があります(I、iは電流、U、uは電圧、πは3.14に等しい数piです)。無効電力デバイスは、蓄積されたエネルギーをソースに戻します
電気ネットワークは、電気エネルギーを電源から負荷へ一方向に伝送できるように構築されています。
したがって、無効負荷を伴う消費者の戻りエネルギーは寄生的であり、導体や他のコンポーネントの加熱に費やされます。
無効電力は、電圧と電流の正弦波の間の位相角に依存します。位相角はcosφで表されます。
全力を見つけるには、次の式を使用します。
P = Q /cosφ,
どこ Q -無効電力(VA)。
通常、デバイスのパスポートデータは無効電力とcosφを示します。
例:パスポートでは、穿孔器は1200 VARの無効電力とcosφ= 0.7を示します。したがって、総消費電力は次のようになります。
P = 1200 / 0.7 = 1714 W
cosφが見つからなかった場合、大多数の家電製品では、cosφを0.7とすることができます。
ステージ2-同時性とマージンの係数の検索
K -無次元同時性係数。ネットワークに同時に含めることができるコンシューマの数を示します。すべてのデバイスが同時に電力を消費することはほとんどありません。
テレビと音楽センターが同時に稼働することはまずありません。確立された慣行から、Kは0.8と等しくなるように取ることができます。すべてのコンシューマーを同時に使用する場合は、Kを1に設定する必要があります。
J -無次元安全係数。これは、将来の消費者のためのパワーリザーブの作成を特徴付けます。
進歩は止まらず、毎年新しくて驚くべき新しくて便利な電化製品が発明されています。 2050年までに、電力消費量は84%に達すると予想されています。通常、Jは1.5〜2.0と想定されます。
ステージ3-幾何計算の実行
すべての電気的計算では、導体の断面積-コアセクションが使用されます。 mmで測定2.
多くの場合、導体のワイヤーの直径に応じてワイヤーの断面を正しく計算する方法を学ぶ必要があります。
この場合、モノリシックラウンドワイヤの単純な幾何学的式があります。
S =π* R2 =π* D2/4、またはその逆
D =√(4 * S /π)
長方形断面の導体の場合:
S = h * m,
どこ:
- S -コア領域(mm)2;
- R -コアの半径(mm)。
- D -コアの直径(mm)。
- h、m -幅と高さ、それぞれmm;
- π 数piは3.14です。
1本の導体が円形断面の多数のツイストワイヤで構成されているより線を購入した場合、計算は次の式に従って実行されます。
S = N * D2/1,27,
どこ N -静脈内のワイヤーの数。
数本のワイヤーを撚り合わせたワイヤーは、一般にモノリシックよりも導電性が優れています。これは、円形導体を流れる電流の特性によるものです。
電流は、導体に沿った同じ電荷の動きです。同じ名前の電荷は反発するため、電荷分布密度は導体の表面にシフトします。
より線のもう1つの利点は、柔軟性と機械的抵抗です。モノリシックワイヤは安価で、主に固定設置に使用されます。
ステージ#4 —実際にパワーセクションを計算します
仕事:台所の消費者の総電力は5000ワットです(つまり、すべての反応消費者の電力が再計算されます)。すべてのコンシューマは、単相220 Vネットワークに接続され、1つのブランチから電力を供給されます。
表2.将来的に追加の消費者を接続することを計画している場合、表は一般的な家電製品の必要な容量を示しています(+)
決定:
同時係数Kは0.8に等しいと仮定されます。キッチンは絶え間ない革新の場であり、気にしないでください。安全係数はJ = 2.0です。推定容量の合計は次のとおりです。
P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW
設計力の値を使用して、表1で最も近い値を探します。
単相ネットワークに最も適した導体断面は、4 mmの断面を持つ銅導体です。2。アルミニウムコア6 mmの同様のワイヤーサイズ2.
シングルコア配線の場合、最小直径はそれぞれ2.3 mmおよび2.8 mmです。マルチコアオプションの場合、個々のコアの断面積が合計されます。
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現在の断面の計算
ケーブルとワイヤの電流と電力に必要な断面積を計算すると、より正確な結果が得られます。このような計算により、熱負荷、ワイヤーグレード、敷設の種類、動作条件など、導体に対するさまざまな要因の一般的な影響を評価できます。
計算全体は、次の手順で実行されます。
- すべての消費者の力の選択;
- 導体を通過する電流の計算;
- 表に従って適切な断面を選択します。
このバージョンの計算では、補正係数を考慮せずに、電圧を持つ消費者の現在の電力が使用されます。それらは、現在の強さを合計するときに考慮されます。
ステージ#1-数式による現在の強度の計算
学校の物理学コースを忘れた方のために、視覚的なチートシートとしてグラフィックダイアグラムの形式で基本的な数式を提供します。
「クラシックホイール」は、数式の相互接続と電流の特性の相互依存性を示します(I-電流強度、P-電力、U-電圧、R-コア半径)
電流強度Iの電力Pとライン電圧Uへの依存性を書きましょう:
I = P / Ul,
どこ:
- 私 -アンペア単位で取得した現在の強度。
- P -ワット単位の電力;
- Ul -ボルト単位のライン電圧。
一般的な場合の線形電圧は、電源に依存し、単相および三相です。
線形電圧と相電圧の関係:
- Ul = U *cosφ 単相電圧の場合。
- Ul = U *√3*cosφ 三相電圧の場合。
家電製品の場合、cosφ= 1となるため、線形電圧を書き換えることができます。
- Ul = 220 V 単相電圧用。
- Ul = 380 V 三相電圧用。
次に、式で消費されるすべての電流を要約します。
I =(I1 + I2 + ... IN)* K * J,
どこ:
- 私 -アンペア単位の合計電流強度;
- I1..IN -各消費者の現在の強さ(アンペア)
- K -同時係数;
- J - 安全係数。
係数KとJは、総電力の計算に使用されたものと同じ値を持っています。
三相ネットワークでは、強度の異なる電流が異なる相導体を流れる場合があります。
これは、単相コンシューマと三相コンシューマが三相ケーブルに同時に接続されている場合に発生します。たとえば、三相機械と単相照明に電力が供給されます。
自然な問題が発生します。そのような場合、より線の断面はどのように計算されますか?答えは簡単です。最も負荷の高いコアに対して計算が行われます。
ステージ2-表に従って適切なセクションを選択する
電気設備(PES)の操作に関する規則では、必要なケーブルコアセクションを選択するためのいくつかの表が提供されています。
導体の導電率は温度に依存します。金属導体の場合、抵抗は温度の上昇とともに増加します。
特定のしきい値を超えると、プロセスは自立します。抵抗が高いほど、温度が高くなるほど、抵抗が高くなります。導体が焼損するか短絡を引き起こすまで。
次の2つの表(3および4)は、電流と取り付け方法に応じた導体の断面を示しています。
表3.最初に、ワイヤーの敷設方法を選択する必要があります。これは、冷却がどの程度効率的に行われるかに依存します(+)
ケーブルがワイヤと異なるのは、ケーブル上に独自の絶縁を施したすべてのワイヤが撚り合わされて束にされ、共通の絶縁シースで囲まれている点です。この記事では、ケーブル製品の違いとタイプの詳細について説明します。
表4。導体の断面のすべての値に対してオープンメソッドが示されていますが、実際には、3 mm2未満の断面は機械的強度の理由から公然と敷設されていません(+)
テーブルを使用する場合、許容連続電流には次の要素が適用されます。
- 5-6人が住んでいた場合0.68;
- 7-9が住んでいた場合は0.63。
- 10-12が生きていれば0.6。
減少係数は、「オープン」列の現在の値に適用されます。
ゼロおよび接地導体は、導体の数には含まれません。
PES規格によれば、許容連続電流に対するゼロコアの断面積は、位相コアの少なくとも50%として選択されます。
次の2つの表(5および6)は、地面に置いた場合の許容連続電流の依存性を示しています。
表5.空気または地面に敷設する場合の銅ケーブルの許容連続電流依存性
敷設時と地中深くした時の電流負荷が異なります。トレイを使用して地面に敷設する場合、それらは等しくなります。
表6.空気または地面に敷設する場合のアルミニウムケーブルの許容連続電流依存性
次の表(7)は、一時的な電源ラインの配置に適用されます(私用の場合はキャリー)。
表7.ポータブルホースコード、ポータブルホースおよび鉱山ケーブル、サーチライト、フレキシブルポータブルワイヤを使用する場合の許容連続電流。銅導体のみ使用
地面にケーブルを敷設する場合、除熱特性に加えて、次の表(8)に反映されている抵抗率を考慮する必要があります。
表8.ケーブルの断面積(+)を計算する際の、許容連続電流に対する土壌の種類と抵抗率に応じた補正係数
最大6 mmの銅導体の計算と選択2 または10 mmまでのアルミニウム2 連続電流と同様に実施。
断面積が大きい場合、縮小係数を適用することができます。
0.875 *√Tpv
どこ Tpv -包含の期間とサイクルの期間の比率。
包含の期間は、4分以下の計算から取得されます。この場合、サイクルは10分を超えてはなりません。
木造住宅で電気を配線するためのケーブルを選択するとき、その耐火性に特別な注意が払われます。
ステージ3-例を使用した電流導体の断面の計算
仕事:接続に必要な銅ケーブルの断面積を計算します。
- 4000 W三相木工機械;
- 6000 W三相溶接機;
- 総容量が25,000ワットの家の中の家電製品。
接続は、地面に敷設された5芯ケーブル(3相導体、1つはゼロ、もう1つは接地)によって行われます。
ケーブル製品の絶縁は、動作電圧の特定の値に基づいて計算されます。それは彼の製品のメーカーの動作電圧がネットワーク内の電圧よりも高くなければならないことに注意すべきです
決定。
ステップ1。 三相接続の線形電圧を計算します。
Ul = 220 *√3= 380 V
ステップ2。 家電製品、工作機械、溶接機には無効電力があるため、機械装置の電力は次のようになります。
Pそれら = 25000 / 0.7 = 35700 W
P回転 = 10000 / 0.7 = 14300 W
ステップ3。家電製品を接続するために必要な電流:
私それら = 35700/220 = 162 A
ステップ4。機器を接続するために必要な電流:
私回転 = 14300/380 = 38 A
ステップ5。家電製品を接続するために必要な電流は、1つのフェーズの計算に基づいて計算されます。問題の状態によって、3つのフェーズがあります。その結果、電流を段階的に分配することができます。簡単にするために、均一な分布を想定します。
私それら = 162/3 = 54 A
ステップ6。 フェーズごとの電流:
私f = 38 + 54 = 92 A
ステップ#7。 機器と家庭用電化製品は同時に動作しませんが、これを除き、1.5のマージンを設定します。補正係数を適用した後:
私f = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 A
ステップ#8 ケーブルには5コアが含まれていますが、考慮されるのは3相コアのみです。列の表8によると、3芯ケーブルが地面にあり、115 Aの電流が16 mmのコアの断面に対応していることがわかります。2.
ステップ#9。表8に従って、地球の特性に応じた補正係数を適用します。通常の土地タイプの場合、係数は1です。
ステップ#10。オプションで、コアの直径を計算します。
D =√(4 * 16 / 3.14)= 4.5 mm
ケーブルの機能を考慮せずに電力のみで計算した場合、コアの断面積は25 mmになります。2。現在の強度の計算はより複雑ですが、特にマルチコアの電源ケーブルに関しては、かなりの費用を節約できる場合があります。
電圧と電流の関係については、こちらをご覧ください。
電圧降下の計算
超伝導体を除くすべての導体には抵抗があります。したがって、十分なケーブルまたはワイヤ長では、電圧降下が発生します。
PES規格では、ケーブルコアの断面は、電圧降下が5%以下になるようにする必要があります。
表9.一般的な金属導体の抵抗率(+)
これは主に、断面積が小さい低電圧ケーブルに関連しています。
電圧降下の計算は次のとおりです。
R = 2 *(ρ* L)/ S,
Uパッド = I * R,
U% =(Uパッド / U林) * 100,
どこ:
- 2 -電流は必ず2つのコアを流れるという事実による係数。
- R -導体の抵抗、オーム;
- ρ -導体の比抵抗、オーム* mm2/ m;
- S -導体のセクション、mm2;
- Uパッド -電圧降下、V;
- U% -Uに関する電圧降下林,%.
式を使用すると、必要な計算を個別に実行できます。
キャリー計算例
仕事:コアの断面が1.5 mmの銅線の電圧降下を計算します2。総電力7 kWの単相電気溶接機を接続するには、ワイヤーが必要です。ワイヤー長さ20 m。
家庭用溶接機を主電源ブランチに接続する場合は、ケーブルが設計されている状況を考慮する必要があります。動作しているデバイスの総電力が高くなる可能性があります。最良のオプションは、消費者を個々のブランチに接続することです
決定:
ステップ1。 表9を使用して銅線の抵抗を計算します。
R = 2 *(0.0175 * 20)/ 1.5 = 0.47オーム
ステップ2。 導体に沿って流れる電流:
I = 7000/220 = 31.8 A
ステップ3。 ワイヤーの電圧降下:
Uパッド = 31.8 * 0.47 = 14.95 V
ステップ#4。 電圧降下の割合を計算します。
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
結論:溶接機を接続するには、断面積の大きい導体が必要です。
次の式による導体の断面積の計算:
ケーブルおよびワイヤー製品の選択に関する専門家の推奨事項:
上記の計算は、産業用の銅およびアルミニウム導体に有効です。他のタイプの導体の場合、総熱伝達は事前に計算されます。
これらのデータに基づいて、過剰な加熱を引き起こすことなく、導体を流れることができる最大電流が計算されます。
ケーブル断面の計算方法について質問がある場合、または個人的な経験を共有したい場合は、この記事にコメントを残してください。フィードバックボックスは下にあります。