Расчет (выбор) сечения проводов

Провода выбирают на основе трех основных расчетов:

1. расчет проводов на нагрев;

2. по падениям напряжения;

3. по механической прочности.

Расчет проводов на нагрев:

Расчет на нагрев преследует цель подбора сечения проводов, при котором не происходит нагрев проводов выше допустимого (для пластмассовой изоляции допустимый предел t = 70 ^оС, с резиновой изоляцией 55 ^оС).

Расчет на нагрев различных элементов обычно проводится на основании уравнения теплового баланса, т.е. энергию, нагревающую элемент приравнивают энергии, отдаваемой элементом в окружающую среду

.

Энергия электрического тока, нагревающая провод рассчитается по формуле Джоуля-Ленца

 .

Энергия, отдаваемая в окружающую среду, - по известной формуле теплоотдачи 

,                                        

где   - коэффициент теплоотдачи поверхности;   

                                       F– площадь поверхности;

                                       T – температура;                     

F = πdl,здесь d и l – диаметр и длина провода.

Решая равенство

можно найти диаметр провода, по которому, в свою очередь, площадь поперечного сечения провода - главный параметр провода.

Однако, для упрощения расчетов принята более простая табличная форма подбора сечений проводов по величине так называемого допустимого тока и известных (задаваемых) параметрах: материал провода (медь, алюминий), вид прокладки проводов (в трубе совместно с другими нагревающимися проводами или проложен открыто), окружающая среда жил провода (изоляция или воздух). Таблицы для подпора сечения проводов содержатся в ПУЭ (правила устройства электроустановок).

Допустимый ток (Iд) обычно рассчитывается по току перегорания (срабатывания) предварительно выбранного предохранителя, защищающего цепь с выбираемыми проводами от короткого замыкания. Предохранитель же выбирается по величине расчетного тока, протекающего по проводу.

Iд = Iп∙1,25.  Здесь Iп –ток выбранного стандартного плавкого предохранителя; 1,25 – коэффициент запаса, обеспечивающий перегорание в первую очередь предохранителя, а не проводов.

Расчет проводов по падениям напряжения:

Расчет по падениям напряжения преследует цель подбора сечений проводов, отвечающих нормам качества электроэнергии, подводимой к потребителям.

Рассмотрим магистраль питания потребителей (условно показаны как лампочки на электрических схемах). На каждом участке магистрали, характеризующимися длинами: l₁,  l _2,  l _3,  l ₄, протекают токи, соответственно I₁, I₂, I₃, I₄ (в зависимости от мощности каждого конкретного потребителя).

Суммарное абсолютное значение падения напряжений ∆U_Σ в проводах на самом удаленном от источника потребителе Р₄ может быть подсчитано по формуле:

                                                ∆U_Σ =∑∆U_i = ∑I_iR_i =(ρ/SU)∑P_il_i ,

при этом   P_i – мощности, передаваемые на участках, характеризующимися длинами: l₁,  l _2,  l _3,  l ₄. На участке l ₄ будет передаваться мощность Р₄, на участке l ₃ будет передаваться мощность Р₃ + Р₄, на участке l ₂ - Р₂ + Р₃ + Р₄, на участке l ₁ - Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄.                                                                                   

Относительное значение падения напряжения при известном номинальном напряжении потребителей U_ном (например, 220 В) составит:

                                    ∆U = (∆U_Σ/ U_ном)100%.

Относительное падение напряжения не должно превышать установленной величины (обычно 5%).                                          ∆U≤ 5%.

Расчет проводов по механической прочности:

Провода по механической прочности могут быть рассчитаны по формулам сопромата или теории упругости.

На практике расчет по механической прочности обычно сводится к сравнению выбранных сечений проводов с минимально допустимыми сечениями в каждом конкретном случае материала и способа прокладки провода. Минимально допустимые сечения проводов для разных конкретных случаев при этом сводятся в таблицы.

На основании расчета установлено, что провода, прокладываемые внутри помещений должны отвечать требованиям механической прочности: алюминиевые - сечения не ниже 2,5 кв. мм, медные – не ниже 1,5 кв.мм. Для проводов воздушных линий обычно устанавливается, чтобы алюминиевые провода были сечением не ниже16 кв. мм, медные – не ниже 6 кв.мм.