Pre dlhú a spoľahlivú káblovú službu je potrebné ju správne vybrať a vypočítať. Elektrikári pri inštalácii rozvodov väčšinou volia prierez vodičov najmä na základe skúseností. Niekedy to vedie k chybám. Výpočet prierezu kábla je potrebný predovšetkým z hľadiska elektrickej bezpečnosti. Nesprávne bude, ak je priemer vodiča menší alebo väčší, ako je požadované.
Káblová časť je príliš nízka
Tento prípad je najnebezpečnejší, pretože pri vysokej prúdovej hustote sa vodiče prehrievajú, pričom sa izolácia roztaví a dôjde ku skratu. To môže tiež zničiť elektrické zariadenie, spôsobiť požiar a pracovníci môžu dostať energiu. Ak pre kábel nainštalujete istič, bude fungovať príliš často, čo spôsobí určité nepohodlie.
Káblová časť je vyššia, ako sa vyžaduje
Hlavným faktorom je tu ekonomický. Čím väčší je prierez drôtu, tým je drahší. Ak urobíte elektroinštaláciu celého bytu s veľkou rezervou, bude to stáť veľké množstvo. Niekedy je vhodné urobiť hlavný vstup väčšieho prierezu, ak sa očakáva ďalšie zvýšenie zaťaženia domácej siete.
Ak nastavíte vhodný istič pre kábel, nasledujúce linky budú preťažené, keď niektorý z nich nevypne istič.
Ako vypočítať veľkosť kábla?
Pred inštaláciou je vhodné vypočítať prierez kábla podľa zaťaženia. Každý vodič má určitý výkon, ktorý by nemal byť menší ako výkon pripojených elektrických spotrebičov.
Výpočet výkonu
Najjednoduchším spôsobom je vypočítať celkové zaťaženie vstupného vodiča. Výpočet prierezu kábla podľa zaťaženia sa zníži na určenie celkového výkonu spotrebičov. Každý z nich má svoje vlastné označenie uvedené na puzdre alebo v pase. Potom sa celkový výkon vynásobí faktorom 0,75. Dôvodom je skutočnosť, že všetky zariadenia nemožno zapnúť súčasne. Na konečné určenie požadovanej veľkosti sa používa tabuľka výpočtu prierezu kábla.
Výpočet prierezu kábla podľa prúdu
Presnejšou metódou je výpočet aktuálneho zaťaženia. Prierez kábla sa vypočíta určením prúdu, ktorý ním prechádza. Pre jednofázovú sieť sa používa vzorec:
Icalc.=P/(Unom∙cosφ),
kde P - výkon záťaže, Unom. - sieťové napätie (220 V).
Ak je celkový výkon aktívnych záťaží v dome 10kW, potom menovitý prúd Icalc.=10000/220 ≈ 46 A. Keď sa prierez kábla vypočíta podľa prúdu, vykoná sa korekcia na podmienky kladenia kábla (uvedené v niektorých špeciálnych tabuľkách), ako aj preťaženie pri zapínaní elektrických spotrebičov približne nad 5 A. Výsledkom je, že Icalc.=46 + 5=51 A.
Hrúbka jadier je určená referenčnou knihou. Výpočet prierezu kábla pomocou tabuliek uľahčuje nájdenie správnej veľkosti pre trvalý prúd. Pre trojžilový kábel položený do domu vzduchom musíte zvoliť hodnotu v smere väčšieho štandardného úseku. Je to 10 mm2. Správnosť vlastného výpočtu je možné skontrolovať pomocou online kalkulačky - výpočet úseku kábla, ktorú nájdete na niektorých zdrojoch.
Vyhrievanie kábla počas prietoku prúdu
Keď záťaž beží, v kábli sa vytvára teplo:
Q=I2Rn w/cm, kde I je prúd, R je elektrický odpor, n je počet jadier.
Z výrazu vyplýva, že množstvo uvoľneného výkonu je úmerné druhej mocnine prúdu pretekajúceho drôtom.
Výpočet prípustného prúdu podľa teploty ohrevu vodiča
Kábel sa nemôže zohrievať donekonečna, pretože teplo sa odvádza do okolia. Nakoniec nastane rovnováha a nastaví sa konštantná teplota vodičov.
Pre stabilný proces platí pomer:
P=∆t/∑S=(tw - tav)/(∑S),
kde ∆t=tw-tav - rozdiel medzi teplotou média a jadra, ∑S - teplotná odolnosť.
Dlhodobo prípustný prúd prechádzajúci káblom sa zistí z výrazu:
Iadd=√((tadd - tav)/(Rn ∑S)),
kde tadditional - prípustná teplota ohrevu jadra (závisí od typu kábla a spôsobu inštalácie). Zvyčajne je to 70 stupňov v normálnom režime a 80 v núdzovom režime.
Podmienky odvádzania tepla pri vedení kábla
Keď je kábel položený v prostredí, odvod tepla je určený jeho zložením a vlhkosťou. Vypočítaný odpor pôdy sa zvyčajne predpokladá na 120 Ohm∙°C/W (íl s pieskom pri obsahu vlhkosti 12-14%). Pre upresnenie by ste mali poznať zloženie média, po ktorom si podľa tabuliek zistíte odolnosť materiálu. Na zvýšenie tepelnej vodivosti je výkop pokrytý hlinkou. Prítomnosť stavebného odpadu a kameňov v ňom nie je povolená.
Prenos tepla z kábla vzduchom je veľmi nízky. Ešte viac sa zhoršuje pri ukladaní do káblového kanála, kde sa objavujú ďalšie vzduchové vrstvy. Tu by sa aktuálne zaťaženie malo znížiť v porovnaní s vypočítaným. V technických charakteristikách káblov a vodičov je uvedená prípustná teplota skratu, ktorá je pre PVC izoláciu 120 ° C. Odolnosť pôdy je 70% z celkového počtu a je hlavnou vo výpočtoch. V priebehu času sa vodivosť izolácie zvyšuje, keď sa vysychá. Toto je potrebné vziať do úvahy pri výpočtoch.
Pokles napätia kábla
Vzhľadom na to, že vodiče majú elektrický odpor, časť napätia sa spotrebuje na ich ohrev a k spotrebiteľovi prichádza menej ako na začiatku vedenia. Výsledkom je strata potenciálu pozdĺž dĺžky drôtu v dôsledku tepelných strát.
Kábel je potrebné vyberať nielen podľa prierezu, aby bol zaistený jeho výkon, ale treba brať do úvahy aj vzdialenosť, na ktorú sa prenáša energia. Zvýšenie zaťaženia vedie k zvýšeniu prúdu cez vodič. Zároveň sa zvyšujú straty.
Na reflektory je privedené malé napätie. Ak sa mierne zníži, je to okamžite viditeľné. Ak vyberiete nesprávne káble, žiarovky umiestnené ďalej od zdroja napájania vyzerajú matne. Napätie je výrazne znížené v každej ďalšej sekcii a to sa odráža na jase osvetlenia. Preto je potrebné vypočítať prierez kábla po dĺžke.
Najdôležitejšou časťou kábla je spotrebič umiestnený najďalej od zvyšku. Straty sa berú do úvahy predovšetkým pre toto zaťaženie.
Na sekcii L vodiča bude pokles napätia:
∆U=(Pr + Qx)L/Un,
kde P a Q sú aktívny a jalový výkon, ra x sú aktívny a reaktancia sekcie L a Un - menovité napätie, pri ktorom záťaž normálne funguje.
Prípustné ∆U zo zdrojov napájania na hlavné vstupy nepresahujú ±5% pre osvetlenie obytných budov a elektrických obvodov. Od vstupu po záťaž by straty nemali byť vyššie ako 4 %. Pri dlhých vedeniach treba brať do úvahy indukčnú reaktanciu kábla, ktorá závisí od vzdialenosti medzi susednými vodičmi.
Metódy spájania spotrebiteľov
Záťaže je možné pripojiť rôznymi spôsobmi. Najbežnejšie sú tieto spôsoby:
- na konci siete;
- spotrebitelia sú rovnomerne rozmiestnení pozdĺž línie;
- vedenie s rovnomerne rozloženým zaťažením je pripojené k rozšírenému úseku.
Príklad 1
Výkon spotrebiča je 4 kW. Dĺžka kábla je 20 m, odpor ρ=0,0175 Ohm∙mm2.
Prúd je určený zo vzťahu: I=P/Unom=4∙1000/220=18,2 A.
Potom sa zoberie tabuľka výpočtu prierezu kábla a vyberie sa vhodná veľkosť. Pre medený drôt to bude S=1,5 mm2.
Vzorec výpočtu prierezu kábla: S=2ρl/R. Pomocou neho môžete určiť elektrický odpor kábla: R=2∙0,0175∙20/1, 5=0,46 Ohm.
Zo známej hodnoty R môžeme určiť ∆U=IR/U∙100 %=18,2100∙0,46/220∙100=3,8 %.
Výsledok výpočtu nepresahuje 5 %, čo znamená, že straty budú prijateľné. V prípade veľkých strát by bolo potrebné zväčšiť prierez žíl kábla výberom susedného väčšieho rozmeru zo štandardného sortimentu - 2,5 mm2.
Príklad 2
Tri svetelné okruhy sú zapojené paralelne k sebe na jednu fázu záťažovo vyváženého trojfázového vedenia, ktoré pozostáva zo štvoržilového kábla 70 mm2 50 m dlhé a nesúce prúd 150 A. Pre každýosvetľovacie vedenia dlhé 20 m prenášajú prúd 20 A.
Straty medzi fázami pri skutočnom zaťažení sú: ∆Uphase=150∙0,05∙0,55=4,1 V. Teraz musíte určiť stratu medzi neutrálom a fáza, keďže osvetlenie je pripojené na napätie 220 V: ∆Ufn=4, 1/√3=2, 36 V.
Na jednom pripojenom okruhu osvetlenia bude úbytok napätia: ∆U=18∙20∙0, 02=7, 2 V. Celkové straty sú určené súčtom Utotal=(2, 4+7, 2)/230∙100=4,2 %. Vypočítaná hodnota je pod prípustnou stratou, ktorá je 6 %.
Záver
Na ochranu vodičov pred prehriatím pri dlhodobom zaťažení sa pomocou tabuliek vypočíta prierez kábla podľa dlhodobo prípustného prúdu. Okrem toho je potrebné správne vypočítať drôty a káble tak, aby strata napätia v nich nebola väčšia ako normálna. Zároveň sa s nimi sčítajú straty v napájacom obvode.
