Расчет сечения провода

Для надежной и безопасной эксплуатации проводки необходимо, чтобы провода и кабели имели надежную изоляцию и не грелись от проходящего тока. Кроме того, нужно оптимизировать расходы на материалы. Эти задачи решаются правильным выбором сечения проводов и кабелей.

Немного теории без расчетов

По закону Джоуля-Ленца в электрическом проводе выделяется тепло, пропорциональное квадрату тока. Это тепло рассеивается в окружающем пространстве, но с конечной скоростью, зависящей от теплопроводности среды. Если окружающая среда плохо проводит, или сама выделяет тепло, то провод способен перегреться вплоть до собственного плавления, не говоря уже о разрушении его изоляции.

ПУЭ (Правила устройства электроустановок), регламентируют многие показатели, влияющие на безопасность. Главная задача Правил – это обеспечение безопасности, назначение установок правила интересует лишь постольку, поскольку они должны быть безопасными. Многие величины можно брать прямо из таблиц ПУЭ, поскольку они уже рассчитаны. Часть данных придется рассчитывать.

Расчет сечения провода выполняется с двоякой целью. Во-первых, чтобы определить необходимую площадь сечения провода по заданному току, во-вторых (в некоторых случаях), чтобы определить падение напряжения в конце линии и выяснить, является оно допустимым или нет. Площадь поперечного сечения провода должна быть известной из его марки, но иногда встречается провод сечение которого неизвестно.

Выбор марки проводов

Для выполнения электропроводки следует брать те провода, которые рекомендуют ПУЭ. Некоторые марки напрямую запрещены в настоящее время. В частности, не допускается применение алюминиевых проводов для внутренней проводки. Каждая новая редакция ПУЭ выпускается после анализа статистических данных об эксплуатации материалов, в том числе аварий и несчастных случаев. Поэтому не стоит пренебрегать таким авторитетным документом.

Наиболее ходовые и практичные марки медных проводов, используемые в настоящее время: ВВГ, NYM, ППВ, ПВС. Есть и некоторые другие. Изоляция всех проводов двойная, обычно используется поливинилхлорид. Допустимый нагрев проводов ограничен величиной около +50°C. Жилы проводов могут быть однопроволочными или многопроволочными.

Последние более удобны при монтаже из-за свой гибкости, но к сожалению, более пожароопасны. Сечение проводов находится в пределах от 1,5 до десятков квадратных миллиметров. Какой провод использовать для проводки решает потребитель, взвесив его допустимость по правилам, поперечное сечение провода, удобство работы с ним и цену.

Определение площади сечения

Здесь о том, как определить сечение провода. Вообще, это задача из элементарной геометрии, но школьные знания быстро забываются и приходится вспоминать. Поскольку провод – это одна или несколько круглых проволок, то площадь сечения выражается

формулой:

где n – число проволок, d – диаметр проволоки в мм. В результате преобразований вместо чисел π и 4 мы получаем коэффициент 0.785. Результат получается в квадратных миллиметрах. Если проволок всего одна, тогда n = 1 и про него можно забыть.

Например, мы измерили микрометром диаметр провода и он оказался равным 1.02 мм. Тогда возводим это число в квадрат: 1.02 * 1.02 = 1.0404 и умножаем на 0.785. Получаем: S = 0.817 мм.кв, для практики можем считать этот результат достаточно точным. Для многопроволочных жил результат нужно дополнительно умножить на n.

Измерять диаметр проволоки следует штангенциркулем, лучше всего – микрометром. Но если таких приборов нет, можно измерить диаметр проволоки обычной миллиметровой линейкой, при помощи следующей хитрости (радиолюбительский способ): на карандаш или ровный твердый стержень вплотную наматывается столько витков проволоки, сколько удобно держать вместе.

Затем ширина намотки измеряется линейкой с точностью до 1 мм и делится на число витков. Важно при измерении избегать зазоров между витками и наползания витков друг на друга! Это плохо повлияет на точность.

СОВЕТ Сечение многожильного провода (точнее, многопроволочного) можно приблизительно оценить по его диаметру, если он аккуратно скручен, как в изоляции. Поправочный коэффициент на пустоту между проволоками 0.91.

Плотность тока

Плотность тока J влияет на степень нагрева проводов. Она измеряется в амперах на квадратный миллиметр. Для меди она несколько выше, чем для алюминия (это основные проводниковые материалы) и зависит от того, открытой считается проводка или нет. Открытая проложена по стенам, в лотках; закрытая – в стенах, трубах. Для медных проводов можно руководствоваться следующей таблицей стандартных сечений (J = 6 А/мм.кв):

Падение напряжения в линиях

Так как провода имеют сопротивление, то, как и прочие потребители, каждый из проводов линии является резистором в схеме делителя сопротивления (показан вполне правдоподобный пример):

Синим цветом отмечено напряжение относительно нейтрали, а красным – падающее на каждом участке цепи, полезном или паразитном.

Для квартирной проводки прежде это было несущественно, но теперь, после появления у потребителей мощных нагрузок, например, стиральных машин, установленных далеко от ввода, это небезразлично.

Пример выбора проводов в квартире

Чтобы выбрать сечение провода по диаметру, нужно руководствоваться потребляемой мощностью в линии и длиной трассы, как наглядно показывает предыдущий рисунок. Для осветительных приборов, особенно современных энергосберегающих, вполне можно взять минимальное допустимое по ПУЭ сечение 1,5 кв.мм медного провода.

Очень целесообразно отделить линию освещения от линий розеток. Это позволит ремонтировать розетки при свете, и наоборот, обезопасит ремонт светильников если использовать переноску или лампу, включенную в розетки.

Мощные линии желательно ничем не нагружать «по дороге» от щитка. Это сделает их питание стабильным. Линию для розеток общего назначения можно рассчитывать на пару нагрузок средней величины (1,5 кВт). Также важно отделить линию для питания электронного оборудования, связи и вычислительной техники, если они используются для ответственной работы.

И в заключение, в качестве примера, рассмотрим простой проект квартирной проводки. Исходными данными можно считать план помещения и расстановку электроприборов. Для каждого прибора нужно выяснить его мощность, для каждой линии сложить все мощности ее нагрузок, взяв некоторый запас «на вырост», так как есть тенденция на все большее потребление (кто мог представить в 1950-х годах стиралки по 8 кВт, когда утюги потребляли 375 Вт?).

Сначала нужно выполнить план квартиры с точным соблюдением масштаба и линейку на нем. Затем на план наносятся места установки электроприборов и их мощности:

Затем следует выполнить, возможно, по частям, проектирование линий освещения и розеток. Всю работу можно выполнить в каком-либо графическом редакторе, по слоям. Сейчас это доступно любому пользователю ПК. Необязательно соблюдать все правила выполнения чертежей, этот план вы делаете для себя.

Все вместе можно распечатать:

Благодаря линейке и масштабу можно непосредственно на листе (или в программе) делать измерения трасс. Так можно точно подсчитать (не забывая учитывать вертикальные участки) длину всех трасс и проводов групп освещения. На чертеже также отмечается, через какие распределительные коробки проходит трасса.

На этом плане одна линия освещения (оранжевый цвет) и три розеточные линии. Теперь почти очевидно, как выбрать провод. Для линии освещения берем самый тонкий, разрешенный ПУЭ, 1.5 кв.мм трехжильный провод, с желто-зеленым проводником защитной земли. Провода для розеточных линий потребуется немного рассчитать.

Линия Р1 (черный) потребует самого толстого провода, к ней присоединены наиболее мощные нагрузки: стиралка и водогрейный котел, которые в сумме составляют 12 кВт, причем вовсе не исключена их совместная работа, особенно зимой. Каким будет ток? I = 12000/220 = 54 А.

Смотрим в таблице выше. Нам подойдет провод 10 квадратов. Весьма удачно то, что эти розетки расположены близко к электрощитку, трасса получается короткой, недорогой и с малым падением напряжения. (Столь мощные нагрузки обычно характерны уже для трехфазной сети, но наш пример только иллюстрация.)

Вторая линия розеток Р2 в сумме потребляет 5 кВт. Здесь ток I = 5000/220 = 22 А. Подойдет провод сечением 4 квадрата. На кухне очень часто бывают включены все приборы и здесь даже можно взять провод 5 кв.мм.

Третья линия Р3 – самая протяженная. Общая нагрузка на ней составляет 2 кВт, но лучше учитывать возможное подключение обогревателей, например, в спальне или детской, поэтому лучше перестраховаться и добавить еще 3 кВт. Поэтому придется выбрать провод 4 кв.мм.

В конце самой длинной трассы стоит самая небольшая нагрузка – телевизор. Современные телевизоры и другая электроника способны работать при довольно пониженном напряжении (правда, при этом ухудшается тепловой режим их блоков питания, но раз производители обещают работу при 120-150 В, то мы можем считать, что все в порядке).

После всех расчетов остается только подсчитать длину материала каждого вида: трехжильных проводов (фаза, нейтраль и защитная земля) и накинуть процентов 10 на запас. Для участков от коробок до выключателей можно закупить двухжильный провод 1,5 мм.кв, так как у выключателей нет заземления, но эту тонкость вы можете учесть в вашем конкретном проекте. Составление такого плана предотвратит как нехватку провода, так и излишнюю трату денег. И то и другое почти неизбежно, если действовать наугад.