Сечение кабеля — это площадь его поперечного сечения, обозначаемая S и измеряемая в миллиметрах квадратных, мм2. Если проводник многожильный, то это сумма площадей поперечного сечения всех проводников. От его правильного выбора зависит нормальная, бесперебойная и безопасная для вас и вашего дома работа электросети и электроприборов.
Содержание статьи:
Что нужно знать для выбора проводников и их сечений?
Для выбора проводника в первую очередь нужно знать для какой цели он будет применяться. В соответствии с назначением необходимо учитывать:
- напряжение сети;
- вид тока — переменный или постоянный;
- одно или трехфазная сеть;
- мощность нагрузки;
- вид и характер нагрузки — двигательная или стандартная, например, осветительная;
- коэффициент одновременного включения нагрузки с большими пусковыми токами — для кабелей, питающих группы электроприемников;
- подверженность к длительным перегрузкам сети;
- уровень токов короткого замыкания (ТКЗ).
Сечение кабеля мощной промышленной нагрузки рассчитывают, как правило, проектные институты и другие специализированные организации. Тут речь пойдет об электропроводке силовых, осветительных и вторичных цепей напряжением до и свыше 1 кВ переменного и 1,5 кВ постоянного тока, которые прокладывают:
- в жилых домах, зданиях — внутри и снаружи;
- на территориях частных домов, дач, коммерческих объектов и предприятий;
- строительных площадках.
Согласно требованиям Правил устройств электроустановок (ПУЭ) и стандарта МЭК 60364-5-52 "Низковольтные электрические установки. Выбор и монтаж электрооборудования. Системы электропроводки", поперечное сечение провода определяется с учетом:
- марки электропроводки и материала изоляции;
- способа монтажа;
- максимальной температуры нагрева жилы;
- длительно допустимых токов нагрузки (по таблицам ПУЭ) I дл. доп ≥ I раб. нб;
- механической стойкости;
- падения напряжения — в пределах, дозволенных для нормальной работы и пуска электроприемников;
- термической и электродинамической стойкости к максимальному ТКЗ;
- надежности защиты цепи автоматическими выключателями, предохранителями и устройствами релейной защиты от минимальных ТКЗ.
Выбор проводников по нагреву
Провода и кабели должны обеспечивать требования по предельно допустимой температуре нагрева жил в нормальных условиях работы, а также, в послеаварийных и ремонтных режимах.
За допустимые токи при нормальных условиях эксплуатации следует принимать такие их значения, при которых температура изоляции не превышает допустимых значений.
|
Тип изоляции
|
Максимальная температура, ℃
|
|
Для термопластической изоляции из поливинилхлорида (PVC), полиэтилена низкой плотности (PE) или высокой плотности (HDPE)
|
+70
|
|
Для термореактивной изоляции из сшитого полиэтилена (XLPE), этилен-пропиленовой резины (EPR) или высокомодульной этиленпропиленовой резины (НEPR)
|
+90
|
|
Для минеральной изоляции (с оболочкой из поливинилхлорида или без такой оболочки), доступной к касанию
|
+70 на оболочке
|
|
Для минеральной изоляции, недоступной к касанию, в том числе с горючими материалами
|
+105 на оболочке
|
Выбор проводников по максимально допустимому току нагрузки
Максимально допустимый ток (I длит.доп) — это ток, который проводник может проводить неограниченно долгое время без снижения его номинального срока эксплуатации. Сечение провода по току с учетом способа монтажа выбирают в соответствии с требованиями главы 1.3 ПУЭ по таблицам длительно допустимых нагрузок или определяют по документам производителя проводниково-кабельной продукции. Поперечное S зависит от материала жилы (алюминия или меди) и изоляции (например, поливинилхлорида), а также от количества активных проводников.
В качестве примера приведем часть таблицы с длительно допустимыми токами для проводов и шнуров с медными жилами с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией напряжением до 660 В
|
Сечение токоведущей жилы
|
Ток, А, для проводов, проложенных
|
|
Открыто
|
В одной трубе
|
|
2-х одно-
жильных
|
3-х одно-
жильных
|
4-х одно-
жильных
|
одного
двух-
жильного
|
одного
трех-
жильного
|
|
1,2
|
20
|
18
|
16
|
15
|
16
|
14,5
|
|
1,5
|
23
|
19
|
17
|
16
|
18
|
15
|
|
2
|
26
|
24
|
22
|
20
|
23
|
19
|
|
2,5
|
30
|
27
|
25
|
25
|
25
|
21
|
|
3
|
34
|
32
|
28
|
26
|
28
|
24
|
|
4
|
41
|
38
|
35
|
30
|
32
|
27
|
|
5
|
46
|
42
|
39
|
34
|
37
|
31
|
|
6
|
50
|
46
|
42
|
40
|
40
|
34
|
|
8
|
62
|
54
|
51
|
46
|
48
|
43
|
|
10
|
80
|
70
|
60
|
50
|
55
|
50
|
|
16
|
100
|
85
|
80
|
75
|
80
|
70
|
|
25
|
140
|
115
|
100
|
90
|
100
|
85
|
|
35
|
170
|
135
|
125
|
115
|
125
|
100
|
|
50
|
215
|
185
|
170
|
150
|
160
|
135
|
|
70
|
270
|
225
|
210
|
185
|
195
|
175
|
|
95
|
330
|
275
|
255
|
225
|
245
|
215
|
|
120
|
385
|
315
|
290
|
260
|
295
|
250
|
I длит.доп большинства типов кабелей определен для стандартных условий:
- t окр. среды в случае прокладки в воздухе + 25 ℃, при прокладке в земле + 15 ℃;
- прокладка в земле на глубине 0,7 м;
- тепловое сопротивление земли — 1,2 К·м/Вт.
Для СИП и защищенных проводов при определении I длит.доп стандартными являются условия:
- t воздуха + 25 С;
- скорость ветра 0,6 м/с;
- интенсивность солнечной радиации 1000 Вт/м2.
Поправочные коэффициенты
Если фактические условия эксплуатации значительно отличаются от стандартных, применяют поправочные коэффициенты для различных температур окружающей среды и способа прокладки, которые соответствуют разному материалу жил / изоляции и уровню напряжения.
Площадь поперечного разреза с учетом условий окружающей среды или особой прокладки выбирается по длительно допустимому току нагрузки, скорректированному для реальных условий эксплуатации по формуле:
I'длит.доп= I длит.доп· к1·к2·к3…, где
к1, к2, к3 — различные поправочные коэффициенты.
- Поправочные коэффициенты на t окр. среды приведены в ПУЭ и МЭК 60364-5-52. Для наиболее распространенных видов изоляции из поливинилхлорида (PVC), этиленпропиленового каучука (EPR) и сшитого полиэтилена (XLPE):
|
Температура окружающей среды, С
|
Проложенные в воздухе
|
Проложенные в земле
|
|
PVC
|
EPR, XLPE
|
PVC
|
EPR, XLPE
|
|
10
|
1,22
|
1,15
|
1,10
|
1,07
|
|
15
|
1,17
|
1,12
|
1,02
|
1,04
|
|
20
|
1,12
|
1,08
|
0,95
|
0,96
|
|
25
|
1,06
|
1,04
|
0,89
|
0,93
|
|
35
|
0,94
|
0,96
|
0,84
|
0,89
|
|
40
|
0,87
|
0,91
|
0,77
|
0,85
|
|
45
|
0,79
|
0,87
|
0,71
|
0,80
|
|
50
|
0,71
|
0,82
|
0,63
|
0,76
|
|
55
|
0,61
|
0,76
|
0,55
|
0,71
|
|
60
|
0,5
|
0,71
|
0,45
|
0,65
|
2. Поправочный коэффициент на термическое удельное сопротивление почвы при значениях, которые отличаются от стандартного, составляет от 0,75 при очень сухой или каменистой почве и до 1,05 при очень сырой, насыщенной влагой почве.
3. Для открыто проложенных проводов (в воздухе): К=0,68 – для 5 и 6 проводов, К=0,63 – от 7 до 9 и К= 0,6 – от 10 до 12.
4. Корректирующий коэффициент на влияние проложенных рядом кабелей в земле:
|
Расстояние между кабелями в просвете
|
Значение коэффициента при количестве кабеля
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
100 мм
|
1,00
|
0,90
|
0,85
|
0,80
|
0,78
|
0,75
|
|
200 мм
|
1,00
|
0,92
|
0,87
|
0,84
|
0,82
|
0,81
|
|
300 мм
|
1,00
|
0,93
|
0,90
|
0,87
|
0,86
|
0,85
|
Другие факторы влияют на выбор сечения кабелей с учетом их взаимного нагрева в зависимости от трассы прокладки, количества цепей и метода монтажа — открытая или закрытая прокладка. Процент загрузки также учитывается по таблицам перегрузки для соответствующих марок проводников.
Сечение провода по мощности можно выбрать, если вам известно только значение мощности (Ватт, Вт) бытовой техники, двигателей и других приборов. Из равенства Р=U·I·cosφ получаем выражения для вычисления тока:
- однофазной цепи переменного напряжения: I=Р/U·cosφ;
- трехфазной цепи переменного напряжения: I=Р/√3·U·cosφ,
где cosφ — коэффициент мощности, угол сдвига по фазе, характеризующий наличие реактивной составляющей в нагрузке.
Далее по таблицам главы 1.3 ПУЭ выбираем сечение проводников, исходя из вычисленных значений I нагрузки.
Потери напряжения
Расчет сечения кабеля с учетом потери напряжения в установившемся режиме обеспечивает нормированный уровень U в месте подключения электрических приемников (двигателей, сетей освещения и т.п.) и их правильную работу.
Потери напряжения возникают при передаче мощности от источника до нагрузки и зависят от сопротивления кабеля и его длины. Сечение и длину проводов и кабелей в цепях нужно выбирать таким образом, чтобы максимально допустимые потери напряжения не превышали:
- 5% — в распределительной сети низкого напряжения;
- 3 % — для освещения и вторичных цепей шкафов РЗА;
- 1,5 % — для приборов в цепях измерения.
Падение напряжения на участке цепи определяется по формуле:
ΔU=I·R, где
R — сопротивление кабеля, равное R=R уд·L;
R уд — удельное сопротивление (по справочным таблицам);
L — длина кабеля.
Выбор проводников по условиям короткого замыкания
Сечение жил электропроводки должны удовлетворять требованиям их защиты от короткого замыкания (КЗ) без выдержки времени, допустимой длительной нагрузки, термической устойчивости (для цепей переменного и постоянного тока U ≤ 1 кВ, аккумуляторной батареи, щита постоянного тока и цепей собственных нужд).
Минимальное сечение кабеля по условию термической устойчивости рассчитывается по формуле:
Sкаб. ≥ Sтер.min = √Вк/Ст =√IП0 ·(t отк.+Та)/Ст
Та=ХΣ/ω×RΣ, где
Вк — интеграл Джоуля для условий КЗ (тепловой импульс);
Ст — коэффициент, учитывающий теплоемкость материала проводника;
I П0 — периодическая составляющая ТКЗ в начальный момент времени;
Та — постоянная времени затухания апериодической составляющей ТКЗ;
tотк. — время срабатывания защиты или АВ в зоне ТКЗ.
Если сечение провода по длительно допустимому току оказалось меньше S, требуемого по условиям термической и электродинамической стойкости к ТКЗ, падения напряжения, механической прочности, защиты от перегрузки, то нужно принимать наибольшее сечение, которое требуют эти условия.
Расчет сечений в электрических сетях предполагает комплексный подход с выбором уставок защит и соблюдением их селективности, быстродействия, надежности и чувствительности. Такие расчеты выполняют проектные или специализированные организации. Если вам нужно выполнить расчет новой сети с разнообразной нагрузкой, обратитесь к специалистам. Непрофессионализм в электротехнике может обойтись дорого.
Если же вам нужно заменить существующий проводник, выберите аналогичный с сечением на одну ступень выше. В случае запитки нового электроприемника, воспользуйтесь самым простым, правильным и доступным способом — таблицам сечения кабеля, приведенным в главе 1.3 ПУЭ.
