Расчет сечения кабеля по мощности: диаметр и нагрузка

Каждый электрик, пусть даже с небольшим опытом, должен знать, как правильно сделать выбор сечения кабеля. Без осуществления правильного расчета кабеля, ожидать качественной безопасности эксплуатации электрических приборов и техники не представляется возможным. Давайте рассмотрим более подробно, в чем заключается важность осуществления корректного расчета.

Для чего учиться делать расчеты?

Прежде всего, осуществление таких математических действий требуется для обеспечения безопасности помещения. Любой кабель или провод являются основными средствами для передачи и распределения тока, подводящего к электрическим приборам.

Практически каждый день, электрику необходимо подключить где-то электрическую кухонную плиту, починить розетку, установить новый светильник. Одним словом, необходимость произвести расчет сечения провода обусловлено обеспечением постоянного притока электроэнергии и избежание различных неприятных ситуаций, которые включают в себя некоторые повреждения в самой электрической проводке.

Если осуществить подключение прибора по кабелю и сечение выбранных проводов будет небольшим, неспособным в нужных объемах обеспечивать нормальное функционирование прибора, в таком случае сам кабель будет перегреваться, что, в свою очередь, приводит к медленному разрушению изоляции. Как следствие возможного возникновения короткого замыкания. В результате снижения надежности и срока службы эксплуатации электропроводки в помещении резко упадет или, более того, исчезнет, то есть сгорит.

Следует отметить, что правильный выбор сечения провода обеспечивает пожаробезопасность и электробезопасность в помещении.

Наиболее распространенной бытовой ситуацией, на сегодняшний день, является попытка сэкономить на стоимости провода, что неизбежно приводит к возникновению коротких замыканий или пожаров.

Именно по этой причине, перед тем как осуществлять электрическую проводку кабеля, выбрать сечение используемых проводов по всей квартире необходимо определить:

• количество бытовых приборов, которые будут находиться в квартире;
• суммарную мощность и потребляемую нагрузку приборов с учетом небольшого запаса;
• осуществить математические расчеты;
• определить тип и сечение необходимых проводов.

к содержанию ↑

Какие факторы оказывают влияние на нагрев проводов?

1. Площадь сечения жилы. Для более доступного представления простого человека следует отметить, что чем больше площадь сечения выбранного провода по своим размерам, тем больший ток оно может безопасно провести. Сечение используемых проводов можно определить 2 способами: по марке, измерить штангенциркулем.
2. Материал производства. Следует учесть, что медные провода обладают меньшим сопротивлением. Из чего следует, что нагревание будет осуществляться медленнее, нежели по алюминиевому.

3. Вариант исполнения проводки. Одиночный провод всегда может пропускать более высокий ток, чем по проводу, проложенному вместе с иными.
4. Исполнение прокладки. Сечение проложенных проводов в трубе всегда будет нагреваться быстрее, чем в открытой проводке, так как она обеспечивает хорошее охлаждение.
5. Изоляции. Качество и материал изоляции напрямую оказывают влияние на температурный диапазон, который может пропустить сечение выбранных проводов.

к содержанию ↑

Как делается приблизительный расчет потребляемой мощности?

Для того что бы узнать как определить сечение провода по мощности необходимо выполнить ряд последовательных действий:

1. Делаем полный список используемых электрических приборов в данном помещении.
2. Определить общую потребляемую мощность всего оборудования, которое находится в помещении. Для этого берем лист, на котором отмечен весь список приборов и помечаем напротив каждого его потребляемую мощность. Определить это значение возможно, сняв показания с этикетки на каждом приборе или изучить листок-вкладыш от техники.
3. Суммируем все полученные значения.

4. Определяем какие приборы будут находиться в непрерывной работе, сколько единиц в периодичной и число редко используемых. Такие мероприятия необходимы для расчета более точного значения сечение всех проводов.
5. Суммируем мощность постоянно работающих приборов и периодически включающих. Определяем приблизительное время работы проводки с такой нагрузкой (если коэффициент работы составляет 70%, то при дальнейших расчетах необходимо брать значение 0,7).
6. Делаем расчет сечения кабеля по мощности. Для этого общую мощность потребляемой энергии делим на коэффициент работы сети и получаем требуемое значение мощности провода. Используя специальную таблицу проводов, определяем сечение жил.

к содержанию ↑

Как определить точное значение потребляемой мощности в сети?

Чтоб определить точный расчет сечения кабеля по мощности в сети необходимо использовать данные о потреблении приборами тока с усредненного подсчета.

Однако, следует учесть, что данные на приборах зачатую проставляются среднего значения. Поэтому к этой цифре следует сразу добавить 5 % от полного значения.

Некоторые электрики полагают, что для проведения проводов освещения точечных светильников вполне достаточно сечение кабеля 0, 5 мм², для люстр – 1,5 мм², розеток – 2,5 мм².

Только нерадивый специалист станет утверждать, что реализация такой электрической схемы и сечения купленных проводов смотрятся вполне приемлемыми для использования в бытовых целях. Однако, как же вам быть, если, к примеру, на кухне включили одновременно холодильник, чайник электрический, телевизор и микроволновку?

Такая же неприятная ситуация произойдет с вами если в одну розетку включите одновременно кофеварку, стиральную машину и мультиварку.

к содержанию ↑

Какие особенности расчета скрытой проводки?

Для использования провода в скрытой проводке необходимо остановить свой выбор на кабеле, в котором сечение будущих проводов необходимо рассчитать на 20–30% больше от полученного значения. В скрытой проводке опасность возгорания может увеличиться в результате быстрого нагрева. В случае, если по каналу проходит более одной токоведущей линии, то следует увеличить сечение используемых проводов на 35-40%.

Следует отметить, что значения потребляемой нагрузки тока является более важным показателем, и настоящие профессионалы именно по нему могут корректно осуществить сечение кабеля.

к содержанию ↑

Как осуществить правильный выбор сечения проводника?

Для точного определения максимальной мощности следует знать потребляемый ток и вид фазы (одно- или трехфазная сеть).

Для однофазной сети суммарная мощность будет равна Р= 220*I*1,3, где I— это потребляемый суммарный ток.

Для трехфазной сети расчет осуществляется немного по-иному: Р= √3*380* I*1,3.

Однако, необходимо учесть, что сечение используемых проводов должно соответствовать критериям:

• длину токоведущей линии;
• способ реализации электропроводки;
• общие характеристики автомата.

Правильно подобранное сечение используемых проводов – это самый важный критерий для осуществления и прокладки надежной проводки в помещении. Всем известно, что только скупой платит дважды, и не только за кабель, но и за весь ремонт в целом.

Расчет сечения кабеля по мощности: диаметр и нагрузка

Расчет сечения кабеля по мощности: таблица с показателями

Автор aquatic На чтение 7 мин. Просмотров 19.7k. Обновлено 16.06.2020

Качество проведения электромонтажных работ  оказывает воздействие на безопасность целого здания. Определяющим фактором при проведении таких работ является показатель сечения кабеля. Для осуществления расчета нужно выяснить характеристики всех подключенных потребителей электричества. Необходимо провести расчет сечения кабеля по мощности. Таблица нужна, чтобы  посмотреть требуемые показатели.

Качественный и подходящий кабель обеспечивает безопасную и долговечную работу любой сети

Расчет сечения кабеля по мощности: таблица с важными характеристиками

Оптимальная площадь сечения кабеля позволяет протекать максимальному количеству тока и при этом не нагревается. Выполняя проект электропроводки, важно найти правильное значение для диаметра провода, который бы подходил под определенные условия потребляемой мощности. Чтобы выполнить вычисления, требуется определить показатель общего тока. При этом нужно выяснить мощность всего оборудования, которое подключено к кабелю.

Такая таблица поможет подобрать оптимальные параметры

Перед работой вычисляется сечение провода и нагрузка. Таблица поможет найти эти значения. Для стандартной сети 220 вольт, примерное значение тока рассчитывается так, I(ток)=(Р1+Р2+….+Рn)/220, Pn – мощность. Например, оптимальный ток для алюминиевого провода – 8 А/мм, а для медного – 10 А/мм.

В таблице показано, как проводить расчеты, зная технические характеристики

Расчет по нагрузке

Даже определив нужное значение, можно произвести определенные поправки по нагрузке. Ведь нечасто все приборы работают одновременно в сети. Чтобы данные были более точными, необходимо значение сечения умножить на Кс (поправочный коэффициент). В случае, если будет включаться всё оборудование в одно и то же время, то данный коэф-т не применяется.

Чтобы выполнить вычисления правильно применяют таблицу расчетов сечения кабеля по мощности. Нужно учитывать, что существует два типа данного параметра: реактивная и активная.

Так проводится расчет с учетом нагрузки

В электрических сетях протекает ток переменного типа, показатель которого может меняться. Активная мощность нужна, чтобы рассчитать среднее показатели. Активную мощность имеют электрические нагреватели и лампы накаливания. Если в сети присутствуют электромоторы и трансформаторы, то могут возникать некоторые отклонения. При этом и формируется реактивная мощность. При расчетах показатель реактивной нагрузки отражается в виде коэффициента (cosф).

Особенности потребления тока

Полезная информация! В быту среднее значение cosф равняется 0,8. А у компьютера такой показатель равен 0,6-0,7.

Расчет по длине

Вычисления параметров по длине необходимы при возведении производственных линий, когда кабель подвергается мощным нагрузкам. Для расчетов применяют таблицу сечения кабеля по мощности и току. При перемещении тока по магистралям проявляются потери мощности, которые зависят от сопротивления, появляющегося в цепи.

По техническим параметрам, самое большое значение падения напряжения не должно быть больше пяти процентов.

Применение таблицы помогает узнать значение сечения кабеля по длине

Использование таблицы сечения проводов по мощности

На практике для проведения подсчетов применяется таблица. Расчет сечения кабеля по мощности осуществляется с учетом показанной зависимости параметров тока и мощности от сечения. Существуют специальные стандарты возведения электроустановок, где можно посмотреть информацию по нужным измерениям. В таблице представлены распространенные значения.

Узнать точный показатель можно, используя различные параметры

Чтобы подобрать кабель под определенную нагрузку, необходимо провести некоторые расчеты:

• рассчитать показатель силы тока;
• округлить до наибольшего показателя, используя таблицу;
• подобрать ближайший стандартный параметр.

Статья по теме:

Как повесить люстру на натяжной потолок. Видео пошагового монтажа позволит всю работу произвести самостоятельно без обращения к специалистам. Что нужно подготовить для работы и как избежать ошибок мы и расскажем в статье.

Формула расчетов мощности по току и напряжению

Если уже имеются какие-то кабели в наличии, то чтобы узнать нужное значение, следует применить штангенциркуль. При этом измеряется сечение и рассчитывается площадь. Так как кабель имеет округлую форму, то расчет производится для площади окружности и выглядит так: S(площадь)= π(3,14)R(радиус)2. Можно правильно определить, используя таблицу, сечение медного провода по мощности.

Стандартные формулы для определения силы тока

Важная информация! Большинство производителей уменьшают размер сечения для экономии материала. Поэтому, совершая покупку, воспользуйтесь штангенциркулем и самостоятельно промеряйте провод, а затем рассчитайте площадь. Это позволит избежать проблем с превышением нагрузки. Если провод состоит из нескольких скрученных элементов, то нужно промерить сечение одного элемента и перемножить на их количество.

Варианты кабеля для разных назначений

Какие есть примеры?

Определенная схема позволит вам сделать правильный выбор сечения кабеля для своей квартиры. Прежде всего, спланируйте места, в которых будут размещаться источники света и розетки. Также следует выяснить, какая техника будет подключаться к каждой группе. Это позволит составить план подсоединения всех элементов, а также рассчитать длину проводки. Не забывайте прибавлять по 2 см на стыки проводов.

Определение сечения провода с учетом разных видов нагрузки

Применяя полученные значения, по формулам вычисляется значение силы тока и по таблице определяется сечение. Например, требуется узнать сечение провода для бытового прибора, мощность которого 2400 Вт. Считаем: I = 2400/220 = 10,91 А. После округления остается 11 А.

Схемы прокладки кабелей

Чтобы определить точный показатель площади сечения применяются разные коэффициенты. Особенно данные значения актуальны для сети 380 В. Для увеличения запаса прочности к полученному показателю стоит прибавить еще 5 А.

Схема трехжильной проводки

Стоит учитывать, что для квартир применяются трехжильные провода. Воспользовавшись таблицами, можно подобрать самое близкое значение тока и соответствующее сечение провода. Можно посмотреть какое нужно сечение провода для 3 кВт, а также для других значений.

У проводов разного типа предусмотрены свои тонкости расчетов. Трехфазный ток применяется там, где нужно оборудование значительной мощности. Например, такое используется в производственных целях.

Для выявления нужных параметров на производствах важно точно рассчитать все коэффициенты, а также учесть потери мощности при колебаниях в напряжении. Выполняя электромонтажные работы дома, не нужно проводить сложные расчеты.

Следует знать о различиях алюминиевого и медного провода. Медный вариант отличается более высокой ценой, но при этом превосходит аналог по техническим характеристикам. Алюминиевые изделия могут крошиться на сгибах, а также окисляются и имеют более низкий показатель теплопроводности. По технике безопасности в жилых зданиях используется только продукция из меди.

Основные материалы для кабелей

Так как переменный ток передвигается по трем каналам, то для монтажных работ используется трехжильный кабель. При установке акустических приборов применяются кабели, имеющие минимальное значение сопротивления. Это поможет улучшить качество сигнала и устранить возможные помехи. Для подключения подобных конструкций применяются провода, размер которых 2*15 или 2*25.

Подобрать оптимальный показатель сечения для применения в быту помогут некоторые средние значения. Для розеток стоит приобрести кабель 2,5 мм2, а для оформления освещения – 1,5 мм2. Оборудование с более высокой мощностью требует сечения размером 4-6 мм2.

Варианты соединения проводов

Специальная таблица окажет помощь, если возникают сомнения при расчетах. Для определения точных показателей нужно учитывать все факторы, которые оказывают влияние на ток в цепи. Это длина отдельных участков, метод укладки, тип изоляции и допустимое значение перегрева. Все данные помогают увеличить производительность в производственных масштабах и более эффективно применять электрическую энергию.

Расчет сечения кабеля и провода по мощности и току, для подключения частного дома (видео) 

Расчет сечения провода по потребляемой мощности. Особенности расчета

В данной статье будет рассказано о том, как провести расчет сечения провода по потребляемой мощности самостоятельно. Знать это нужно не только при монтаже электропроводки в доме, но и при проведении работ в автомобилях, например. Если сечение провода окажется недостаточным, то он начнет нагреваться очень сильно, что приведет к существенной потере уровня безопасности. Учитывая все рекомендации, которые будут изложены ниже, вы сможете самостоятельно рассчитать параметры проводов для монтажа электроснабжения в доме. Но если не уверены в своих силах, лучше обратитесь к специалистам в этой области. Причем нужно отметить, что расчет сечения провода по потребляемой мощности (12В и 220В) производится аналогично.

Проведение расчета длины электропроводки

Для любого типа электронной системы самым главным условием стабильной и безаварийной работы является грамотный расчет сечений всех проводов по току и мощности. Первым делом следует вычислить максимальную длину всей электропроводки. Существует несколько способов это сделать:

1. Измерение расстояния от щитков до розеток, выключателей согласно схеме монтажа. Причем сделать это можно линейкой на заранее приготовленном плане электропроводки – достаточно полученные значения длин умножить на масштаб.
2. И второй, более точный способ – это вооружиться линейкой и пройтись по всем комнатам, проводя замеры. Причем нужно учитывать, что провода должны как-то соединяться, поэтому всегда должен присутствовать запас – хотя бы по одному-два сантиметра с каждого края проводки.

Теперь можно приступить к следующему шагу.

Расчет нагрузки на проводку

Чтобы вычислить суммарную нагрузку, нужно сложить все минимальные мощности потребителей по дому. Допустим, вы проводите расчет для кухни, в ней установлены светильники, микроволновая печь, электрические чайник и плита, посудомоечная машина и так далее. Все мощности необходимо суммировать (смотрите на задних крышках потребляемую мощность, но придется вычислить самостоятельно по этому параметру еще ток). После умножаете на поправочный коэффициент 0,75. Он еще называется коэффициентом одновременности. Суть его ясна из самого названия. Эта цифра, которая получится в результате вычислений, вам необходима будет в дальнейшем для проведения расчетов параметров проводов. Обратите внимание на то, что вся система электроснабжения должна быть безопасной, надежной и прочной. Это основные требования, которые необходимо учитывать, когда производится расчет сечения провода по потребляемой мощности 12В и 220В.

Ток потребления электроустановок

Теперь о том, как произвести расчет потребляемого тока электрического прибора. Можно сделать это в уме, а можно и на калькуляторе. Смотрите инструкцию к прибору, какое значение потребляемой мощности у него. Само собой, в бытовой электросети течет переменный ток с напряжением 220 вольт. Следовательно, воспользовавшись простой формулой (потребляемую мощность разделить на напряжение питания), можно вычислить ток. Например, электрочайник имеет мощность 1000 Вт. Значит, если разделить 1000 на 220, получим значение, примерно равное 4,55 ампера. Производится очень просто расчет сечения провода по потребляемой мощности. Как осуществить это, рассказано в статье. В режиме работы чайник потребляет из сети 4,55 ампера (для защиты необходимо устанавливать автоматический выключатель большего номинала). Но обратите внимание на то, что не всегда это точное значение. Например, если в конструкции электроприбора имеется двигатель, можно увеличить примерно на 25 % полученное значение – ток потребления мотора в режиме запуска значительно больше, нежели во время работы на холостом ходу.

Рекомендации ПУЭ

Но можно воспользоваться сводом правил и стандартов. Имеется такой документ, как Правила устройства электроустановок, именно он регламентирует все нормы проведения монтажа проводки не только в частных владениях, но и на заводах, фабриках и т. д. По этим правилам стандарт электропроводки – это способность выдержать нагрузку в 25 ампер длительное время. Поэтому в квартирах вся электропроводка должна выполняться только с использованием медного провода, сечение его — не меньше 5 кв. мм. Каждая жила должна иметь сечение свыше 2,5 кв. мм. Диаметр проводника должен быть 1,8 мм.

Чтобы вся электропроводка работала максимально безопасно, на вводе производится монтаж автоматического выключателя. Он обезопасит квартиру от коротких замыканий. Также в последнее время большинством владельцев жилплощадей производится монтаж устройств защитного отключения, которые моментально действуют на изменение сопротивления в цепи. Другими словами, если вы случайно коснетесь оголенных проводов под напряжением, они моментально обесточатся и вы не получите удар. Автоматические выключатели необходимо рассчитывать по току, причем выбирать обязательно с запасом, чтобы всегда имелась возможность установить в доме какой-либо электроприбор. Грамотный расчет сечения провода по потребляемой мощности (как осуществить правильный выбор проводов, вы узнаете из данного материала) – это залог того, что функционировать электроснабжение будет правильно и эффективно.

Материалы для изготовления проводов

Как правило, монтаж электропроводки в частном доме или квартире делают с использованием трехжильных проводов. Причем у каждой жилы — отдельная изоляция, все они имеют различную расцветку – коричневый, синий, желто-зеленый (стандарт). Жила – это именно та часть провода, по которой протекает ток. Она может быть как однопроволочной, так и многопроволочной. В некоторых марках провода используется хлопчатобумажная оплетка поверх жил. Материалы для изготовления жил проводов:

1. Сталь.
2. Медь.
3. Алюминий.

Иногда можно встретить комбинированные, например, медный провод многопроволочный с несколькими стальными проводниками. Но такие использовались для осуществления полевой телефонной связи – по медным передавался сигнал, а стальные использовались по большей части для проведения крепления к опорам. Поэтому в этой статье о таких проводах разговор идти не будет. Для квартир и частных домов идеальным оказывается медный провод. Он долговечный, надежный, характеристики намного выше, нежели у дешевого алюминия. Конечно, цена медного провода кусается, но стоит упомянуть о том, что его срок службы (гарантированный) — 50 лет.

Марки проводов

Для прокладки электропроводки лучше всего использовать две марки проводов – ВВГнг и ВВГ. Первый имеет окончание «-нг», что говорит о том, что изоляция не горит. Используется он для осуществления электропроводки внутри сооружений и зданий, а также в земле, на открытом воздухе. Стабильно работает в диапазоне температур -50… +50. Гарантированный срок службы — не менее 30 лет. Кабель может быть с двумя, тремя или четырьмя жилами, сечение каждой — в диапазоне 1,5… 35 кв. мм. Обратите также внимание на то, что необходимо проводить расчет сечения провода по потребляемой мощности и длине (в случае с воздушной длинной линией).

Внимательно смотрите на то, чтобы перед названием провода не было буквы «А» (например, АВВГ). Это говорит о том, что внутри жилы изготовлены из алюминия. Имеются также зарубежные аналоги – кабель марки NYM, имеющий круглую форму, соответствует стандартам, принятым в Германии (VDE0250). Жилы медные, изоляция не подвержена горению. Круглая форма провода намного удобнее в том случае, если необходимо проводить монтаж сквозь стену. А вот для проведения проводки внутри помещений оказывается удобнее плоский отечественный.

Провода из алюминия

Они имеют маленький вес, а самое главное, низкую стоимость. Поэтому пригодятся для тех случаев, когда нужно прокладывать длинные линии по воздуху. Если все работы проводить грамотно и правильно, вы получите идеальную воздушную линию, так как у алюминия имеется одно огромное преимущество – он не подвержен окислению (в отличие от меди). Но часто проводка из алюминия использовалась и в домах (как правило, в старых). Провод раньше было проще достать, и стоил он копейки. Необходимо отметить, что расчет сечения провода по потребляемой мощности (особенности этого процесса известны каждому электрику) является главным этапом в создании проекта электроснабжения дома. Но нужно обращать внимание на одну особенность – сечение алюминиевого провода должно быть больше, нежели медного, чтобы выдержать одинаковую нагрузку.

Таблица для расчета сечения по мощности

Также нужно упомянуть и о том, что на алюминиевые провода предельно допустимая токовая нагрузка намного меньше, нежели для медных. Таблица ниже поможет рассчитать сечение жил алюминиевой проводки.

Диаметр жилы провода, мм
1,6	1,8	2	2,3	2,5	2,7	3,2	3,6	4,5	5,6	6,2
Сечение провода, кв. мм
2	2,5	3	4	5	6	8	10	16	25	30
Максимальный ток при длительной нагрузке, А
14	16	18	21	24	26	31	38	55	65	75
Максимальная мощность нагрузки, кВт
3	3,5	4	4,6	5,3	5,7	6,8	8,4	12	14	16

Сечение проводов в зависимости от типа проводки

Существует два типа монтажа электрической проводки в домах – открытый и закрытый. Как вы понимаете, нужно учитывать и этот нюанс при проведении расчетов. Скрытая монтируется внутри перекрытий, а также в бороздках и каналах, в трубах и т. д. Закрытая проводка имеет более высокие требования, так как у нее меньшая способность к охлаждению. А любой провод при длительном воздействии большой нагрузки нагревается очень сильно. Поэтому в случае когда осуществляете расчет сечения провода по потребляемой мощности, влияние на нагрев обязательно учитывайте. Необходимо также принимать во внимание еще следующие параметры:

1. Длительную токовую нагрузку.
2. Потерю напряжения.

При увеличении длины провода уменьшается напряжение. Следовательно, чтобы уменьшить потери по напряжению, необходимо увеличить сечение жил провода. Если речь идет о небольшом доме или даже комнате, то значение потерь крайне низкое, ими можно пренебречь. Но если же проводится расчет длинной линии, от этого не уйти. Ведь расчет сечения провода по потребляемой мощности (влияние длины очень большое) зависит от такого параметра, как протяженность линии.

Расчет провода по мощности

Итак, вам потребуется знать следующие характеристики:

1. Материал, из которого состоят жилы кабеля.
2. Максимальную потребляемую мощность.
3. Напряжение питания.

Обратите внимание на то, что при протекании любого тока происходит повышение температуры и выделение некоторого количества тепла. Причем количество тепла пропорционально всей мощности, которая рассеивается на куске электропроводки. Если подобрать неверное сечение, то произойдет чрезмерный нагрев, а результат может быть плачевным – воспламенение электропроводки и пожар. Поэтому стоит провести точный расчет сечения провода по потребляемой мощности. Факторы риска слишком большие, и их много.

Оптимальные параметры

Оптимальные сечения:

1. Для разводки розеток – 2,5 кв. мм.
2. Осветительная группа – 1,5 кв. мм.
3. Электрические приборы высокой мощности (электроплитка) – 4-6 кв. мм.

При этом обратите внимание на то, что медные провода могут выдержать следующие нагрузки:

1. Провод 1,5 кв. мм – до 4,1 кВт (нагрузка по току — 19 ампер).
2. 2,5 кв. мм – до 5,9 кВт (по току — до 27 ампер).
3. 4-6 кв. мм – более 8-10 кВт.

Поэтому при увеличении нагрузки у вас всегда будет довольно большой резерв.

Заключение

Теперь вы знаете, как произвести расчет сечения провода по потребляемой мощности (определение важных характеристик и прочих мелких факторов вам отныне известно). Исходя из всех вышеперечисленных данных, вы сможете самостоятельно, не прибегая к помощи профессионалов, составить правильно план электроснабжения для своего дома или квартиры.

Калькулятор расчета сечения кабеля по диаметру

Правильный выбор электрического кабеля для питания электрооборудования – залог длительной и стабильной работы установок. Использование неподходящего провода влечет за собой серьезные негативные последствия.

Физика процесса порчи электрической линии вследствие использования неподходящего провода такова: из-за недостатка места в кабельной жиле для свободного передвижения электронов повышается плотность тока; это приводит к избыточному выделению энергии и повышению температуры металла. Когда температура становится слишком высокой, оплавляется изоляционная оболочка линии, что может стать причиной пожара.

Чтобы избежать неприятностей, необходимо использовать кабель с жилами подходящей толщины. Один из способов определить площадь сечения кабеля – отталкиваться от диаметра его жил.

Калькулятор расчета сечения по диаметру

Для простоты вычислений разработан калькулятор расчета сечения кабеля по диаметру. В его основе лежат формулы, по которым можно найти площадь сечения одножильных и многожильных проводов.

Измерять сечение нужно измеряя жилу без изоляции иначе нечего не получится.

Когда речь идет о вычислении десятков и сотен значений, онлайн-калькулятор способен существенно упростить жизнь электрикам и проектировщикам электрических сетей за счет удобства и повышения скорости расчетов. Достаточно ввести значение диаметра жилы, а при необходимости указать количество проволок, если кабель многожильный, и сервис покажет искомое сечение провода.

Формула расчета

Вычислить площадь сечения электрического провода можно разными способами в зависимости от его типа. Для всех случаев применяется единая формула расчета сечения кабеля по диаметру. Она имеет следующий вид:

D – диаметр жилы.

Диаметр жилы обычно указывается на оплетке провода или на общем ярлыке с другими техническими характеристиками. При необходимости определить это значение можно двумя способами: с применением штангенциркуля и вручную.

Первым способом измерить диаметр жилы очень просто. Для этого ее необходимо очистить от изоляционной оболочки, после чего воспользоваться штангенциркулем. Значение, которое он покажет, и есть диаметр жилы.

Если провод многожильный, необходимо распустить пучок, пересчитать проволоки и измерить штангенциркулем только одну из них. Определять диаметр пучка целиком смысла нет – такой результат будет некорректным из-за наличия пустот. В этом случае формула расчета сечения будет иметь вид:

D – диаметр жилы;

а – количество проволок в жиле.

При отсутствии штангенциркуля диаметр жилы можно определить вручную. Для этого ее небольшой отрезок необходимо освободить от изоляционной оболочки и намотать на тонкий цилиндрический предмет, например, на карандаш. Витки должны плотно прилегать друг к другу. В этом случае формула вычисления диаметра жилы провода выглядит так:

L – длина намотки проволоки;

N – число полных витков.

Чем больше длина намотки жилы, тем точнее получится результат.

Выбор по таблице

Зная диаметр провода, можно определить его сечение по готовой таблице зависимости. Таблица расчета сечения кабеля по диаметру жилы выглядит таким образом:

Диаметр проводника, мм	Сечение проводника, мм2
0.8	0.5
1	0.75
1.1	1
1.2	1.2
1.4	1.5
1.6	2
1.8	2.5
2	3
2.3	4
2.5	5
2.8	6
3.2	8
3.6	10
4.5	16

Когда сечение известно, можно определить значения допустимых мощности и тока для медного или алюминиевого провода. Таким образом удастся выяснить, на какие параметры нагрузки рассчитана токопроводящая жила. Для этого понадобится таблица зависимости сечения от максимального тока и мощности.

В воздухе (лотки, короба,пустоты,каналы)						Сечение,кв.мм	В земле
Медные жилы			Алюминиевые жилы				Медные жилы			Алюминиевые жилы
Ток. А	Мощность, кВт		Тон. А	Мощность, кВт			Ток, А	Мощность, кВт		Ток. А	Мощность,кВт
	220 (В)	380 (В)		220(В)	380 (В)			220(В)	380 (В)		220(В)
19	4.1	17.5				1,5	77	5.9	17.7
35	5.5	16.4	19	4.1	17.5	7,5	38	8.3	75	79	6.3
35	7.7	73	77	5.9	17.7	4	49	10.7	33.S	38	8.4
*2	9.7	77.6	37	7	71	6	60	13.3	39.5	46	10.1
55	17.1	36.7	47	9.7	77.6	10	90	19.8	S9.7	70	15.4
75	16.5	49.3	60	13.7	39.5	16	115	753	75.7	90	19,8

Как рассчитать сечение кабеля по мощности, длине, току

На сегодняшний день существует широкий ассортимент кабельной продукции, с поперечным сечением жил от 0,35 мм.кв. и выше.

Если неправильно выбрать сечение кабеля для бытовой проводки, то результат может иметь два итога:

1. Чересчур толстая жила «ударит» по Вашему бюджету, т.к. ее погонный метр будет стоить дороже.
2. При неподходящем диаметре проводника (меньшем, чем необходимо), жилы начнут нагреваться и плавить изоляцию, что вскоре приведет к самовозгоранию электропроводки и короткому замыканию.

Как Вы понимаете, и тот и другой итог неутешительный, поэтому перед монтажом электропроводки в доме и квартире необходимо правильно рассчитать сечение кабеля в зависимости от мощности, силы тока и длины линии. Сейчас мы подробно рассмотрим каждую из методик.

Расчет по мощности электроприборов

Для каждого кабеля есть определенная величина тока (мощности), которую он способен выдержать при работе электроприборов. Если ток (мощность), потребляемый всеми приборами, будет превышать допустимую величину для токопроводящей жилы, то в скором времени аварии не избежать.

Чтобы самостоятельно рассчитать мощность электроприборов в доме, необходимо на лист бумаги выписать характеристики каждого прибора отдельно (плиты, телевизора, светильников, пылесоса и т.д.). После этого все значения суммируются, и готовое число используется для выбора кабеля с жилами с оптимальной площадью поперечного сечения.

Формула расчета имеет вид:

Pобщ = (P1+P2+P3+…+Pn)*0.8,

Где: P1..Pn–мощность каждого прибора, кВт

Обращаем Ваше внимание на то, что получившееся число необходимо умножить на поправочный коэффициент – 0,8. Этот коэффициент обозначает, что из всех электроприборов одновременно работать будет только 80%. Такой расчет более логичный, потому что, к примеру, пылесосом либо феном Вы точно не будете пользоваться в течение длительного времени без перерыва.

Таблицы выбора сечения кабеля по мощности:

Это приведенные и упрощенные таблицы, более точные значения вы можете найти в ПУЭ п.1.3.10-1.3.11.

Как вы видите, для каждого определенного вида кабеля табличные значения имеют свои данные. Все что Вам нужно, это найти ближайшее значение мощности и посмотреть соответствующее сечение жил.

Чтобы Вы наглядно поняли, как правильно рассчитать кабель по мощности, приведем простой пример:

Мы подсчитали, что суммарная мощность всех электроприборов в квартире составляет 13 кВт. Данное значение необходимо умножить на коэффициент 0,8, что в результате даст 10,4 кВт действительной нагрузки. Далее в таблице ищем подходящее значение в колонке. Нас устраивает цифра «10,1» при однофазной сети (напряжение 220В) и «10,5», если сеть трехфазная.

Это значит, что нужно выбрать такое сечение жил кабеля, который будет питать все расчётные приборы – в квартире, комнате или каком-либо другом помещении. То есть такой расчёт нужно проводить для каждой розеточной группы, запитанной от одного кабеля, или для каждого прибора, если он запитан напрямую от щитка. В примере выше, мы привели расчет площади поперечного сечения жил вводного кабеля на весь дом или квартиру.

Итого, выбор сечения останавливаем на 6-миллиметровом проводнике при однофазной сети либо 1,5-миллиметровом при трехфазной сети. Как вы видите, все довольно просто и даже электрик-новичок справится с таким заданием самостоятельно!

Расчет по токовой нагрузке

Расчет сечения кабеля по току более точный, поэтому лучше всего пользоваться им. Суть аналогична, но только в данном случае необходимо определить токовую нагрузку на электропроводку. Для начала по формулам считаем силу тока по каждому из приборов.

Если в доме однофазная сеть, для расчета необходимо воспользоваться следующей формулой:Для трехфазной сети формула будет иметь вид:Где, P – мощность электроприбора, кВт

cos Фи- коэффициент мощности

Более подробно о формулах, связанных с вычислением мощности, можно прочитать в статье: https://samelectrik.ru/kak-najti-moshhnost-toka.html.

Далее все токи суммируются и по табличным значениям необходимо выбрать сечение кабеля по току.

Обращаем Ваше внимание на то, что от условий прокладки проводника будут зависеть значения табличных величин. При монтаже открытой электропроводки допустимые токовые нагрузки и мощность будут значительно большими, чем при прокладке проводки в трубе.

Повторимся, любой расчет сечения проводится для конкретного прибора или их группы.

Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности:

Расчет по длине

Ну и последний способ, позволяющий рассчитать сечение кабеля – по длине. Суть следующих вычислений заключается в том, что каждый проводник имеет свое сопротивление, которое с увеличением протяженности линии способствует потерям напряжения (чем больше расстояние, тем больше и потери). В том случае, если величина потерь превысит отметку в 5%, необходимо выбрать проводник с жилами покрупнее.

Для вычислений используется следующая методика:

• Нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов и силу тока (выше мы предоставили соответствующие формулы).
• Выполняется расчет сопротивления электропроводки. Формула имеет следующий вид: удельное сопротивление проводника (p) * длину (в метрах). Получившееся значение необходимо разделить на выбранное поперечное сечение кабеля.

R=(p*L)/S, где p — табличная величина

Обращаем Ваше внимание на то, что длина прохождения тока должна умножаться в два раза, т.к. ток изначально идет по одной жиле, а потом возвращается назад по другой.

• Рассчитываются потери напряжения: сила тока умножается на рассчитанное сопротивление.

U_потерь=I_{нагрузки}*R_{провода}

ПОТЕРИ=(U_потерь/U_ном)*100%

• Определяется величина потерь: потери напряжения делятся на напряжение в сети и умножаются на 100%.
• Итоговое число анализируется. Если значение меньше 5%, оставляем выбранное сечение жилы. В противном случае подбираем более «толстый» проводник.

Допустим мы рассчитали, что сопротивление жил у нас 0,5 Ома, а ток 16 Ампер, тогда:

U_потерь=16*0,5=8 Вольт

ПОТЕРИ=(8/220)*100%=0,03636*100%=3,6%

Что вполне допустимо для большинства случаев, согласно ГОСТ 29322-14 «Стандартные напряжения». Подробнее в статье: https://samelectrik.ru/kakoe-otklonenie-napryazheniya-v-seti-schitaetsya-predelnym.html.

Таблица удельных сопротивлений:

 

Если Вы протягиваете линию на довольно протяженное расстояние, обязательно производите расчет с учетом потерь по длине, иначе будет высокая вероятность неправильного выбора сечения кабеля.

Видео примеры расчетов

Наглядные видео примеры всегда позволяют лучше усвоить информацию, поэтому предоставляем их к Вашему вниманию:

Видео инструкция: как самому рассчитать сечение жил

Видео инструкция: как правильно выбрать диаметр кабеля?

Похожие материалы:

Расчеты проектных параметров трансформатора

Мы собираемся изучить расчет конструкции небольшого трансформатора. Для быстрого просмотра и сводки расчетов см. Таблицы в конце этой статьи. (Таблица 1) (Таблица 2) Для лучшего понимания выполните следующие шаги для расчетов. Убедитесь, что вы знаете Основы Transfomer

Расчетные параметры

Для проектирования трансформатора нам потребуется:

1. Номинальная мощность
2. Уровни напряжения (первичный и вторичный)
3. Токи с обеих сторон
4. Диаметр / размер провода первичной и вторичной катушек
5. Площадь сердечника железа
6. Количество витков (первичная и вторичная)

спроектировать понижающий трансформатор 50 ВА с 230 В на 12 В.Необходимые расчеты вместе с формулами подробно приведены ниже:

Поскольку мы собираемся спроектировать небольшой трансформатор (малой номинальной мощности), мы пренебрегаем потерями в сердечнике и меди, поскольку они не имеют значения в небольших трансформаторах и серьезно учитываются при проектировании силовых трансформаторов (трансформации с высокой номинальной мощностью)

Расчет трансформатора:

Основные вычисления:

Рассчитайте площадь ядра (центральной конечности) по следующей формуле:

Где,
$ A_i $ = Площадь сердечника
$ f $ = Рабочая частота
$ B_m $ = плотность магнитного потока
$ T_e $ = число оборотов на вольт

(для вывода этой формулы нажмите здесь)

Допущения:

Итак, мы знаем частоту энергосистемы.2 $

$$ T_e = 2,6 \; (витков \; на \; вольт) $$
Итак, витков на вольт составляет 2,6 витков на вольт.

Расчет первичной обмотки

Для расчета конструкции трансформатора мы сначала рассчитываем параметры для первичной стороны, затем вторичной стороны.

Расчет первичного тока

Первичное напряжение = Vp = 230 В
Первичный ток ($ I_1 $):

Пусть трансформатор, который мы собираемся спроектировать, имеет КПД 95% ($ \ eta $).
Итак,

Следовательно, Первичный ток = 0.23 усилителя

Количество витков

Число витков первичной стороны можно рассчитать как:
Общее число витков ($ N_1 $) = витков на вольт x напряжение первичной стороны
N1 = 2,6 x 230 = 600 витков

$$ N_1 = 2,6 \ раз 230 \ N_1 \ примерно 600 \; оборотов $$

Размер первичного проводника

Поскольку плотность тока определяется током на единицу площади, то есть плотность = I / A

$$ \ delta = \ frac {I} {A} $$
As, для меди плотность тока принята равной $ 2.2 $ (2,3 А на кв. Мм). Итак, для участка медного провода первичной стороны ( а1 )

Итак, из стандартной таблицы AWG мы можем узнать размер этой области. что составляет 27 AWG.
Из стандартной американской таблицы размеров проволоки мы можем выбрать проволоку той же толщины. Видно, что оказывается, что требуется провод первичной стороны калибра 27, который может проводить требуемый ток. (для таблицы AWG нажмите здесь)

Выбор провода также может быть выполнен путем расчета первичного тока и перекрестного соответствия стандартной таблице медных проводов в соответствии с их текущими характеристиками.

Расчет вторичной обмотки

Вторичное напряжение = $ V_s = 12 \; V $

Расчет вторичного тока

Размер вторичного провода для расчета конструкции трансформатора

a2 = (4,2 A / 2,3) = 1,83 мм2

Из стандартной медной проволоки, таблицы видно, что проволока этой толщины имеет калибр 15. Итак, для расчета конструкции трансформатора для вторичной обмотки нам понадобится провод 15 калибра.
Следовательно, вторичный провод = 15 AWG

Вторичное число витков

Число витков вторичной стороны можно рассчитать как:
Общее число витков ($ N_2 $) = количество витков на вольт x напряжение вторичной стороны

N2 = 2.3 $

Масса меди первичной стороны

Периметр шпульки = 1,75 x 4 = 7 дюймов = 0,1778 м
Периметр шпульки = $ (1,75 \ умножить на 4) \ = 7 \; дюйм \ приблизительно 0,1778 \; м $
Итак,
длина одного витка = 0,1778 м
и

Общая длина всех витков первичной обмотки = L1
L1 = (длина одного витка) x (общее количество витков первичной обмотки)
L1 = 0,1778 x 600 = 106 м (приблизительно)

Ас,
площадь первичного проводника = 0 $.2 $. Итак, общий объем вторичной обмотки:

Итак, нам понадобится ок. 100 грамм провода 15 калибра для вторичной обмотки.
Наконец, из приведенных выше расчетов мы можем суммировать в следующей таблице:

Таблица 1: Расчет для первичной стороны конструкции трансформатора Таблица 2: Краткое описание конструкции вторичной обмотки трансформатора

На этом этапе вы выполнили расчет конструкции трансформатора и получили характеристики компонентов трансформатора.Теперь, чтобы сделать в твердой форме, рассмотрим несколько простейших шагов аппаратной реализации вычислений :

Вот еще одна статья по оптимизации сердечника трансформатора с использованием генетического алгоритма — эвристического метода оптимизации.

Для любых запросов и дальнейшей помощи, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже и ставьте лайки на нашей странице facebook для получения новых обновлений. Изучите проекты для вашего проекта последнего года у опытных инженеров.

.

Калькулятор ВЧ индуктивности для однослойных спиральных круглых проволочных катушек

Серж Ю. Строобандт, ON4AA

Copyright 2007–2020, под лицензией Creative Commons BY-NC-SA

0. Дом
2. Калькулятор индуктивности

Обеспечение высокого качества

Катушки

, обеспечивающие наивысший коэффициент качества, требуют проволоки, ленты или трубки большого диаметра и обычно имеют кубическую форму ; я.е. длина катушки равна диаметру катушки.

Чем отличается этот калькулятор индуктивности от остальных?

Д-р Джеймс Ф. Корум, K1AON

Вычислитель индуктивности, представленный на этой странице, уникален тем, что использует волноводный режим со спиральной оболочкой n = 0 для определения индуктивности катушки независимо от ее электрической длины. В отличие от калькуляторов квазистатической индуктивности, этот калькулятор индуктивности RF позволяет более точно прогнозировать индуктивность на высоких частотах с помощью , включая эффекты линии передачи , проявляющиеся при более длинных катушках.Кроме того, калькулятор точно следует методологии Национального института стандартов и технологий (NIST) для применения коэффициентов коррекции круглой проволоки и неоднородности, а учитывает как эффект близости, так и скин-эффект.

Разработка этого калькулятора была в основном основана на статье братьев Корум в обзоре IEEE Microwave Review за 2001 год ⁷ и формулах коррекции, представленных в книге Дэвида Найта, G3YNH, теоретический обзор, ¹ , дополненной несколькими личными дополнениями.

Какую схему замещения следует использовать?

Обе эквивалентные схемы дают точно такое же полное сопротивление катушки на расчетной частоте.

Для узкополосных приложений около единственной проектной частоты может использоваться эффективная эквивалентная схема. При необходимости могут быть рассчитаны дополнительные эквивалентные схемы для дополнительных расчетных частот.

Схема замещения с сосредоточенными параметрами приведена здесь в основном для сравнения с другими калькуляторами.За счет параллельного добавления сосредоточенной паразитной емкости эта эквивалентная схема пытается имитировать частотную характеристику импеданса катушки. Это будет точно только для ограниченного диапазона частот, сосредоточенного вокруг проектной частоты.

Для чего можно использовать этот калькулятор?

спиральная антенна

Калькулятор возвращает значения для коэффициента осевого распространения β и характеристического импеданса Z _c волновода со спиральной оболочкой n = 0 (T ₀ ) для любых размеров спирали и любой частоты.

Эта информация пригодится при проектировании:

• Нагрузочные катушки High-Q для уменьшения размеров антенны (детали конструкции),
• Одинарная или многоядерная приемная антенна с известной резонансной частотой,
• Спиральные антенны, , эквивалентные стержневой диэлектрической антенне,
• Катушка Тесла источники высокого напряжения (см. Рисунок далее),
• РЧ катушки для магнитно-резонансной томографии (МРТ) ,
• Лампа бегущей волны (ЛБВ) спиралей (рисунок ниже).

В чем проблема других вычислителей индуктивности?

Том Раух, W8JI

Том Раух, W8JI, в своем известном исследовании индукторов с высокой добротностью однажды пожаловался, что многие программы моделирования индукторов не учитывают два важных эффекта:

• Паразитная емкость через катушку индуктивности,
• Эффект близости , вызывает уменьшение Q по мере сближения витков.

Например, JavaScript-калькулятор RF Coil Design от VE3KL игнорирует эти эффекты.

Точно так же некогда очень популярная компьютерная программа, названная «COIL» Брайаном Бизли ex-K6STI, оказалась основана на наборе ошибочных формул, ^1,10,11 , как было тщательно указано Дэвидом Найтом, G3YNH. К счастью, эта программа больше не продается.

Как рассчитывается мода спирального волновода?

Фридрих Вильгельм Бессель

Катушку лучше всего рассматривать как спиральный волновод, по которому распространяется своего рода спиральная поверхностная волна. Фазовая скорость распространения такого спирального волновода составляет с дисперсией, что означает, что она разная для разных частот. (Это не относится к обычным линиям передачи, таким как коаксиальный или открытый провод.) Более низкие частоты распространяются медленнее по катушке. Фактическая фазовая скорость на конкретной частоте для конкретной волновой моды получается путем решения трансцендентного уравнения на собственные значения, включающего модифицированные функции Бесселя первого (I _n ) и второго рода (K _n ) соответственно для внутреннего и снаружи спирали. ^7,8

Dr T. J. Dekker

Поскольку такое уравнение не может быть решено обычными аналитическими средствами, настоящий калькулятор определит фазовую скорость β моды спирали оболочки самого низкого порядка (n = 0) на расчетной частоте, используя метод Теодоруса (Дирк) Дж. Деккера ^12–14 комбинированный метод вычисления корня пополам и секущей . Для этого калькулятора версия SLATEC FORTRAN ¹⁵ алгоритма Деккера была переведена Дэвидом Биннером в код JavaScript, а затем, с уважением, в код Brython.

Аналогичный алгоритм также используется для определения частоты, на которой катушка выглядит как четвертьволновой резонатор. Это первая собственная резонансная частота катушки.

Более подробную информацию об используемых формулах и алгоритмах можно получить непосредственно из исходного кода Brython этого калькулятора.

Почему все еще нужны поправочные коэффициенты?

Несмотря на то, что модель волновода со спиральной оболочкой является наиболее точной из имеющихся на сегодняшний день, она, безусловно, имеет ряд ограничений.Они берут свое начало в самом определении — спирали оболочки, : — идеализированная анизотропно проводящая цилиндрическая поверхность, которая проводит только в спиральном направлении. ⁷

Выбирая спираль оболочки в качестве модели для цилиндрической катушки из круглой проволоки, делаются следующие допущения:

1. Провод отлично проводит.
2. Провод бесконечно тонкий.
3. Витки катушки бесконечно замкнуты.
4. Наконец, поскольку более высокие (n> 0) моды волновода со спиральной оболочкой не учитываются, концевые эффекты в виде неоднородностей поля не рассматриваются. Следовательно, спираль оболочки должна быть очень длинной и относительно тонкой, чтобы концевые эффекты стали незначительными.

К счастью, эти допущения совпадают с допущениями, сделанными при использовании формулы геометрической индуктивности. Это означает, что те же поправочные коэффициенты могут быть применены к результатам модели волновода со спиральной оболочкой, а именно:

• Поправочный коэффициент неравномерности поля k _L в соответствии с Lundin ^1,3 для моделирования конечных эффектов коротких и толстых катушек (высокий \ (\ frac {D} {\ ell} \) соотношение),
• A Поправочный коэффициент самоиндукции круглого провода k _с по Rosa, ^1,4,5
• Коэффициент поправки на взаимную индуктивность круглого провода k _м по Knight, ^1,6
• Уменьшенный эффективный диаметр катушки для моделирования гашения тока в проводе под влиянием близости соседних обмоток,
• Последовательное сопротивление переменному току для моделирования скин-эффекта, включая дополнительную концевую коррекцию для двух концевых витков, на которые действует только половина эффекта близости.

Нет ли небольшого отклонения от расчетной индуктивности?

Да, есть; вокруг ℓ = D. Thomas Bruhns, K7ITM обнаружил этот небольшой недостаток. Это полностью из-за по сути прерывистой формулировки справочной формулы Лундина. Эта приближенная формула используется для получения поправочного коэффициента неоднородности поля k _L без особых вычислительных затрат. Неравномерность расчетных индуктивностей появляется только тогда, когда ℓ = D. Она проявляется только тогда, когда сумма поправочных коэффициентов (k _s + k _m ) относительно мала по сравнению с k _L ; я.е. для очень толстых поворотов с малым шагом. Однако даже в этом случае ошибка не превышает ± 0,0003%. ¹

Делаются ли какие-то другие приближения?

Д-р Дэвид В. Найт, G3YNH

Да, есть еще несколько приближений. Они вводятся только тогда, когда вычислительная выгода существенна и когда влияние на точность меньше любого допустимого производственного допуска. Помимо ранее обсуждавшейся формулы из справочника Лундина, аппроксимационная формула Дэвида Найта ¹ используется для определения поправочного коэффициента k _m для взаимной индуктивности круглого провода. ¹ Эффективный диаметр D _eff также оценивается просто потому, что в настоящее время нет известного способа его расчета (см. Ниже).

Основывается ли этот калькулятор на каких-либо эмпирических данных?

Коэффициент близости Φ, используемый для расчета сопротивления катушки переменному току, интерполируется из таблицы экспериментальных данных Медхерста. ² Коэффициент близости Φ определяется как отношение общего сопротивления переменному току, включая вклад эффекта близости к сопротивлению переменного тока без вклада эффекта близости.

\ [\ Phi \ Equiv \ frac {R_ {ac, \ Phi}} {R_ {ac}} \]

Как эффективный диаметр D _eff связан с коэффициентом близости Φ?

Другие вычислители индуктивности обычно используют средний и внутренний физические диаметры (соответственно: D и D — d), чтобы ограничить индуктивность катушки между двумя широко разнесенными теоретическими пределами ¹ . Однако часто упоминается, что фактический эффективный диаметр D _eff катушки должен быть связан с коэффициентом близости Φ.Чтобы устранить неоднозначность результата диапазона индуктивности, была выведена новая наивная формула аппроксимации. В этом приближении эффективный диаметр D _eff является простой функцией фактора близости Φ. В результате этих усилий этот калькулятор индуктивности вернет только одно значение индуктивности.

Эффективный диаметр и его предполагаемое отношение к коэффициенту близости Φ (см. Текст)

Хотя расчет индуктивности по этой формуле более конкретен, чем брекетинг эффективного диаметра, он остается приблизительным по двум причинам:

1. Как и в случае с брекетингом диаметра, эта формула в равной степени предполагает, что ток под действием эффекта близости гаснет, сохраняя при этом круговое поперечное распределение.Скорее всего, это не так.
2. Как и в случае брекетинга диаметра, формула не учитывает частотно-зависимые возмущения поперечного распределения тока, такие как скин-эффект.

Эти нарушения в поперечном распределении тока не учитываются и могут перемещать центр распределения тока дальше внутрь. Это уменьшает эффективный диаметр и, как следствие, индуктивность еще больше. Таким образом, индуктивность, полученная с помощью этого калькулятора, будет немного завышена.Тем не менее, указанная индуктивность в большинстве случаев будет более точной и, безусловно, менее неоднозначной, чем теоретические крайние значения (или их среднее значение), указанные другими вычислителями индуктивности.

Индуктивность и, следовательно, добротность вблизи резонанса огромны; Это может быть правильно?

Как объяснялось ранее, правильный способ увидеть индуктор — это спиральный волновод, закороченный на одном конце, поскольку предполагается, что он питается от источника напряжения. На любой частоте можно определить коэффициент осевого распространения β и характеристический импеданс Z _c эквивалентной линии передачи.

Входной импеданс на другом конце будет тангенциальной функцией электрической длины катушки. Следовательно, когда электрическая длина приближается к четверти длины волны или \ (\ frac {\ pi} {2} \) рад, результирующий входной импеданс и, следовательно, индуктивность будут чрезвычайно высокими. Омические потери остаются сравнительно низкими, поэтому добротность Q будет огромной вблизи резонанса.

Катушка Тесла использует это явление для создания чрезвычайно высоких напряжений в диапазоне нескольких сотен кВ. ⁷ Калькуляторы индуктивности, которые не показывают такого реального поведения, основаны на геометрических формулах.

Пробой напряжения воздуха на одном конце катушки Тесла. Источник: oneTesla

Расчетная индуктивность отрицательна; Это может быть правильно?

Вы работаете с катушкой выше ее первой собственной резонансной частоты. Катушка с электрической длиной между 90 ° и 180 ° (и нечетными кратными этой величине) будет вести себя как конденсатор, а не как катушка индуктивности. Это еще раз указывает на то, что первый собственный резонанс катушки на самом деле является параллельным резонансом. Из-за емкостного поведения в этом диапазоне индуктивность катушки будет отрицательной.

Паразитная емкость C _p намного выше, чем у других калькуляторов; Это может быть правильно?

Понятие паразитной емкости — вот что это такое; корректирующий элемент в схеме с сосредоточенными параметрами катушки, эквивалентный для решения проблемы частотной независимости формулы худшей геометрической индуктивности. ⁷

Используя формулы на основе спирального волновода, настоящий калькулятор работает намного лучше при оценке индуктивности на высоких частотах. Таким образом, калькулятор компенсирует эквивалент схемы с сосредоточенными параметрами даже больше, чем другие калькуляторы. Это приводит к более высоким значениям для C _p .

В конце концов, от старомодной концепции эквивалента сосредоточенной схемы лучше отказаться. Вместо этого фокусируется на эффективных значениях на проектной частоте для индуктивности, реактивного сопротивления, последовательного сопротивления и ненагруженной Q.

В чем проблема проектирования катушек с использованием EZNEC?

Прагматики среди нас, вероятно, хотели бы использовать EZNEC, программу моделирования антенн, которая позволяет вам очень удобно определять спиральные структуры катушек. Однако этот ценный метод не лишен недостатков:

• Катушки в EZNEC определены как полилинии. Спроецированный многоугольник полилинии должен иметь ту же площадь, что и спроецированный круг реальной спиральной катушки. Я предоставлю читателю возможность выполнить это тригонометрическое упражнение.
• Чем больше сегментов в ломаной линии, тем точнее модель будет представлять реальную спиральную катушку. Однако EZNEC имеет нижний предел длины сегмента, который пропорционален длине волны.
• С учетом двух предыдущих пунктов, довольно громоздко оптимизировать конструкцию змеевика с использованием EZNEC.

Катушка EZNEC модель

На практике часто намного проще, быстрее и точнее прибегнуть к вышеуказанному калькулятору вместо создания геометрической модели катушки EZNEC. После получения результатов с помощью этого калькулятора катушку можно легко смоделировать как нагрузку Лапласа в любой модели антенны EZNEC.

Шаг намотки однослойной катушки определяется как

\ [\ begin {уравнение} p \ эквив \ frac {\ ell} {N} \ end {уравнение} \]

Фактор близости \ (\ Phi \) интерполирован на основе эмпирических данных Медхерста. ^1,2

\ [\ begin {уравнение} \ Phi = f_ \ text {Medhurst} \ left (\ frac {\ ell} {D}, \ frac {p} {d} \ right) \ end {уравнение} \]

Наивная приближенная формула для эффективного диаметра \ (D_ \ text {eff} \) была выведена автором:

\ [\ begin {уравнение} D_ \ text {eff} = D — d \ cdot \ left (1 — \ frac {1} {\ sqrt {\ Phi}} \ right) \ end {уравнение} \]

Поправочные коэффициенты

\ (k_ \ text {L} \) — коэффициент коррекции неоднородности поля по Лундину.2} — \ frac {4D_ \ text {eff}} {3 \ pi \ ell} \ end {формула} \]

\ (k_ \ text {s} \) — поправочный коэффициент для самоиндукции круглого проводника по Найту и Розе. ^1,4,5

\ [k_ \ text {s} = \ frac {5} {4} — \ ln {\ left (2 \, \ frac {p} {d} \ right)} \]

\ (k _ {\ text {m}} \) — поправочный коэффициент на взаимную индуктивность между обмотками круглого проводника по Найту. ^1,6

\ [k _ {\ text {m}} = \ ln {(2 \ pi)} — \ frac {3} {2} — \ frac {\ ln {(N)}} {6N} — \ frac {0 .2)} \, \ Phi \, \ frac {N — 1} {N} \]

Для одиночного контура поправочный коэффициент близкого конца \ (\ frac {N — 1} {N} \) в приведенной выше формуле заменен коэффициентом 1.

Исправленная геометрическая формула токового листа

Не зависящая от частоты последовательная индуктивность \ (L _ {\ text {s}} \) по геометрической формуле катушки токового слоя с поправкой на неоднородность поля, самоиндукцию круглого проводника и взаимную связь составляет: ^{1,3– 6}

\ [L_ \ text {s} = \ mu_0 \ left [\ pi \ frac {(D_ \ text {eff} N) ^ 2} {4 \ ell} — D_ \ text {eff} N \ frac {k_ \ текст {s} + k_ \ text {m}} {2} \ right] \]

Характеристический импеданс волноводной моды спиральной оболочки

Эффективный угол наклона рассчитывается по тригонометрии:

\ [\ psi = \ arctan {\ frac {p} {\ pi \, D_ \ text {eff}}} \]

Герц показал, что произвольное электромагнитное поле в однородной линейной изотропной среде без источника может быть определено в терминах единственного векторного потенциала \ (\ Pi \). ¹⁶ Предполагая временную зависимость \ (\ e {\, \ j \ omega t} \), волна в поле векторного потенциала Герца может быть записана как:

\ [\ vec {\ Pi} (x) = \ vec {\ Pi} (0) \ e {- \ gamma x} \]

Постоянная распространения \ (\ gamma \) — комплексная величина:

\ [\ gamma = \ alpha + \ j \ beta \]

где: \ (\ alpha \) — постоянная затухания, а \ (\ beta \) — фазовая постоянная.

Однако, поскольку затухание в воздушной среде незначительно, принято записывать волновое уравнение исключительно в функции комплексной фазовой постоянной \ (\ beta \):

\ [\ vec {\ Pi} (x) = \ vec {\ Pi} (0) \ e {- \ j \ beta x} \]

где \ (\ beta = \ beta ‘- \ j \ beta’ ‘\), такие, что \ (\ gamma \ Equiv \ j \ beta = \ j (\ beta ‘- \ j \ beta’ ‘) = \ beta’ ‘+ \ j \ beta’ \ Rightarrow \ beta » \ Equiv \ alpha \) .2} \]

Характеристический импеданс \ (Z_ \ text {c} \) волноводной моды со спиральной оболочкой \ (n = 0 \) на расчетной частоте равен: ⁷

\ [Z_ \ text {c} = \ frac {60 \ beta} {k_0} \, \ text {I} _0 (\ tau a) \; \ text {K} _0 (\ tau a) \]

Формула волновода со спиральной оболочкой и скорректированной оболочкой

\ [L_ \ text {eff, s} = \ frac {Z_ \ text {c}} {\ omega} \, \ tan (\ beta \, \ ell) \; k_ \ text {L} — \ mu_0 D_ \ text {eff} N \ frac {k_ \ text {s} + k_ \ text {m}} {2} \]

Эффективная эквивалентная схема

\ [X_ \ text {eff, s} = \ omega L_ \ text {eff, s} \]

\ [Q_ \ text {eff} \ Equiv \ frac {X_ \ text {eff, s}} {R_ \ text {eff, s}} \]

Схема замещения с сосредоточенными параметрами

Чтобы рассчитать сосредоточенную эквивалентную схему, сначала известная последовательная эффективная эквивалентная схема преобразуется в ее параллельную версию:

\ [R_ \ text {eff, p} = \ left (Q_ \ text {eff} ^ 2 + 1 \ right) R_ \ text {eff, s} \ qquad X_ \ text {eff, p} = \ frac {Q_ \ text {eff} ^ 2 + 1} {Q_ \ text {eff} ^ 2} X_ \ text {eff, s} \]

Аналогично, эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами может быть преобразована в схему только с параллельными компонентами, в которой \ (Q_L \) и \ (R_ \ text {s} \) остаются неизвестными:

\ [R_ \ text {p} = \ left (Q_L ^ 2 + 1 \ right) R_ \ text {s} \ qquad X_ {L_ \ text {p}} = \ frac {Q_L ^ 2 + 1} {Q_L ^ 2} X_ {L_ \ text {s}} \]

Можно записать еще три тождества; первая гласит, что параллельные резисторы в обеих схемах замещения одни и те же:

\ [R_ \ text {p} = R_ \ text {eff, p} \ qquad Q_L \ Equiv \ frac {X_ {L_ \ text {s}}} {R_ \ text {s}} \ qquad X_ {L_ \ text {s}} = \ omega L_ \ text {s} \]

Подстановка позволяет записать сокращенное квадратное уравнение в \ (Q_L \):

\ [R_ \ text {p} = \ left (Q_L ^ 2 + 1 \ right) \ frac {X_ {L \ text {s}}} {Q_L} \ quad \ Rightarrow \ quad Q_L ^ 2 — \ frac {R_ \ text {p}} {X_ {L \ text {s}}} Q_L +1 = 0 \]

Это дает следующие решения для \ (Q_L \) и \ (R_ \ text {s} \):

\ [Q_L = \ frac {R_ \ text {p}} {2 X_ {L \ text {s}}} + \ sqrt {\ left (\ frac {R_ \ text {p}} {2 X_ {L \ текст {s}}} \ right) ^ 2 — 1} \ qquad R_ \ text {s} = \ frac {X_ {L_ \ text {s}}} {Q_L} \]

На данный момент известны как \ ({X_ \ text {eff, p}} \), так и его компонент \ (X_ {L_ \ text {p}} \).Следовательно, теперь можно выделить параллельную паразитную емкость \ (C_ \ text {p} \) на расчетной частоте:

\ [\ frac {1} {X_ {C_ \ text {p}}} = \ frac {1} {X_ \ text {eff, p}} — \ frac {1} {X_ {L_ \ text {p} }} = \ frac {X_ {L_ \ text {p}} — X_ \ text {eff, p}} {X_ \ text {eff, p} \: X_ {L_ \ text {p}}} \ quad \ Rightarrow \ quad X_ {C_ \ text {p}} = \ frac {X_ \ text {eff, p} \: X_ {L_ \ text {p}}} {X_ {L_ \ text {p}} — X_ \ текст {eff, p}} \]

\ [C_ \ text {p} = — \ frac {1} {\ omega X_ {C_ \ text {p}}} \]

Собственная резонансная частота

Собственная резонансная частота приблизительно равна:

\ [\ beta \ ell \ rightarrow \ frac {\ pi} {2} \]

где: \ (k_0 = \ sqrt {\ beta ^ 2 — \ tau ^ 2} \), дисперсионная функция трансцендентной спирали оболочки решается численно для поперечного (радиального) волнового числа, \ (\ omega = k_0 c_0 \) и \ (f_ \ text {res} = \ frac {\ omega} {2 \ pi} \).

Код Brython этого калькулятора доступен ниже. Код Brython не предназначен для автономной работы, хотя он выглядит почти идентично Python 3. Код Brython выполняется на стороне клиента в браузере, где он транскодируется для защиты Javascript.

8. Роберт Э. Коллин. Основы микроволновой техники. В: 2-е изд. Wiley-IEEE Press; 2001: 580-583.

12. T. J. Dekker, W. Hoffmann. Алгол 60 Процедуры числовой алгебры, часть 2 .Mathematisch Centrum Amsterdam; 1968.

13. T. J. Dekker. Нахождение нуля с помощью последовательной линейной интерполяции. В: Б. Дежон, П. Хенрици, ред. Конструктивные аспекты основной теоремы алгебры . Нью-Йорк; 1969.

16. Дж. А. Страттон. Электромагнитная теория . Макгроу-Хилл; 1941.

.

Расчет минимальных уровней тока короткого замыкания

Если защитное устройство в цепи предназначено только для защиты от короткого замыкания, важно, чтобы оно работало с уверенностью при минимально возможном уровне тока короткого замыкания, который может возникнуть в цепи.

Как правило, в цепях низкого напряжения одно защитное устройство защищает от всех уровней тока, от порога перегрузки до максимальной отключающей способности устройства по номинальному току короткого замыкания.Защитное устройство должно работать в течение максимального времени, чтобы гарантировать безопасность людей и цепи, при любом токе короткого замыкания или токе повреждения, которые могут возникнуть. Чтобы проверить это поведение, необходимо вычислить минимальный ток короткого замыкания или ток короткого замыкания.

Кроме того, в некоторых случаях используются устройства защиты от перегрузки и отдельные устройства защиты от короткого замыкания.

Примеры таких устройств

Рис. G43 — На рис. G45 показаны некоторые общие схемы, в которых защита от перегрузки и короткого замыкания достигается отдельными устройствами.

Рис. G43 — Цепь защищена предохранителями типа AM

Рис. G44 — Цепь защищена автоматическим выключателем без теплового реле перегрузки

Рис. G45 — Автоматический выключатель D обеспечивает защиту от короткого замыкания вплоть до нагрузки

Как показано на Рисунок G43 и Рисунок G44, наиболее распространенные схемы, использующие отдельные устройства, управляют и защищают двигатели.

Рисунок G45 представляет собой частичное отступление от основных правил защиты и обычно используется в цепях шинопроводов (системы шинопроводов), рельсах освещения и т. Д.

Регулируемый привод

На рисунке G46 показаны функции, обеспечиваемые частотно-регулируемым приводом, и, если необходимо, некоторые дополнительные функции, обеспечиваемые такими устройствами, как автоматический выключатель, тепловое реле, УЗО.

Рис. G46 — Защита для приводов с регулируемой скоростью

Обеспечение защиты	Защита обычно обеспечивается частотно-регулируемым приводом	Дополнительная защита, если не обеспечивается приводом с регулируемой скоростью
Перегрузка кабеля	Да	CB / тепловое реле
Перегрузка двигателя	Да	CB / тепловое реле
Короткое замыкание на выходе	Да
Перегрузка привода с регулируемой скоростью	Да
Повышенное напряжение	Да
Пониженное напряжение	Да
Обрыв фазы	Да
Короткое замыкание на входе		Автоматический выключатель (отключение при коротком замыкании)
Внутренняя неисправность		Автоматический выключатель (отключение при коротком замыкании и перегрузке)
Замыкание на землю на выходе (косвенный контакт)	(самозащита)	УЗО ≥ 300 мА или выключатель в системе заземления TN
Ошибка прямого контакта		УЗО ≤ 30 мА

Обязательные условия

Защитное устройство должно соответствовать:

• уставка мгновенного отключения Im мин для автоматического выключателя
• сварочный ток Ia мин для предохранителя

Следовательно, защитное устройство должно удовлетворять двум следующим условиям:

• Его отключающая способность должна быть больше, чем Isc, трехфазный ток короткого замыкания в точке установки
• Устранение минимально возможного тока короткого замыкания в цепи за время tc, совместимое с тепловыми ограничениями проводников цепи:

tc≤k2S2Iscmin2 {\ displaystyle tc \ leq {\ frac {k ^ {2} S ^ {2}} {Isc_ {min} \, ^ {2}}}} (действительно для tc <5 секунд)

где S — площадь поперечного сечения кабеля, k — коэффициент, зависящий от кабеля материал проводника, изоляционный материал и начальная температура.

Пример: для медного сшитого полиэтилена, начальная температура 90 ° C, k = 143 (см. IEC60364-4-43 §434.3.2, таблица 43A и , рисунок G52).

Сравнение кривой характеристик срабатывания предохранителя или предохранителя защитных устройств с предельными кривыми тепловых ограничений для проводника показывает, что это условие выполняется, если:

• Isc (min)> Im (уровень уставки тока срабатывания автоматического выключателя с мгновенной или короткой выдержкой времени), (см. рис. G47)
• Isc (min)> Ia для защиты предохранителями.Значение тока Ia соответствует точке пересечения кривой предохранителя и кривой термостойкости кабеля (см. рис. G48 и рис. G49)

рис. G47 — Защита автоматическим выключателем

Рис. G48 — Защита предохранителями типа AM

Рис. G49 — Защита предохранителями типа gG

Практическая методика расчета Lmax

На практике это означает, что длина цепи после защитного устройства не должна превышать расчетную максимальную длину: Lmax = 0.8 U Sph3ρIm {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {0.8 \ U \ S_ {ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Необходимо проверить ограничивающее влияние импеданса длинных проводников цепи на величину токов короткого замыкания и соответственно ограничить длину цепи.

Для защиты людей (защита от короткого замыкания или косвенные контакты) методы расчета максимальной длины цепи представлены в главе F для системы TN и системы IT (вторая неисправность).

Два других случая рассматриваются ниже, для межфазных коротких замыканий и между фазой и нейтралью.

1 — Расчет L _max для 3-фазной 3-проводной цепи

Минимальный ток короткого замыкания возникает при коротком замыкании двух фазных проводов на удаленном конце цепи (см. рис. G50).

Рис. G50 — Определение L для трехфазной трехпроводной схемы

При использовании «традиционного метода» предполагается, что напряжение в точке защиты P составляет 80% от номинального напряжения во время короткого замыкания, так что 0,8 U = Isc Zd, где:

Zd = полное сопротивление контура короткого замыкания
Isc = ток короткого замыкания (фаза / фаза)
U = номинальное межфазное напряжение

Для кабелей ≤ 120 мм ² реактивным сопротивлением можно пренебречь, так что Zd = ρ2LSph {\ displaystyle Zd = \ rho {\ frac {2L} {Sph}}} ^[1]

где:

ρ = удельное сопротивление материала проводника при средней температуре во время короткого замыкания,
Sph = c.s.a. фазного проводника в мм ²
L = длина в метрах

Условие для защиты кабеля: Im ≤ Isc с Im = током отключения, что гарантирует мгновенное срабатывание автоматического выключателя.

Это приводит к Im≤0,8UZd {\ displaystyle Im \ leq {\ frac {0.8U} {Zd}}}, что дает L≤0,8 U Sph3ρIm {\ displaystyle L \ leq {\ frac {0.8 \ U \ S_ { ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Для проводников аналогичной природы U и ρ являются постоянными (U = 400 В для межфазного замыкания, ρ = 0.023 Ом.мм² / м ^[2] для медных проводников), поэтому верхняя формула может быть записана как:

Lmax = k SphIm {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {k \ S_ {ph}} {I_ {m}}}}

с Lmax = максимальная длина цепи в метрах

Для промышленных автоматических выключателей (IEC 60947-2) значение Im дается с допуском ± 20%, поэтому Lmax следует рассчитывать для Im + 20% (наихудший случай).

Значения коэффициента k

представлены в следующей таблице для медных кабелей с учетом этих 20% и в зависимости от поперечного сечения для Sph> 120 мм² ^[1]

Поперечное сечение (мм 2 )	≤ 120	150	185	240	300
k (для 400 В)	5800	5040	4830	4640	4460

2 — Расчет L _max для 3-фазной 4-проводной цепи 230/400 В

Минимальный Isc возникает, когда короткое замыкание происходит между фазным проводом и нейтралью в конце цепи.

Требуется расчет, аналогичный приведенному в примере 1 выше, но для однофазного замыкания (230 В).

• Если Sn (нейтральное поперечное сечение) = Sph

Lmax = k Sph / Im с k, рассчитанным для 230 В, как показано в таблице ниже

Поперечное сечение (мм 2 )	≤ 120	150	185	240	300
k (для 230 В)	3333	2898	2777	2668	2565

• Если Sn (сечение нейтрали) 2 )

Lmax = 6666SphIm11 + m {\ displaystyle L_ {max} = 6666 {\ frac {Sph} {Im}} {\ frac {1} {1 + m}}}

м = SphSn {\ displaystyle m = {\ frac {Sph} {Sn}}}

Табличные значения для Lmax

На основе практического метода расчета, подробно описанного в предыдущем параграфе, можно подготовить предварительно рассчитанные таблицы.

На практике таблицы Рис. F25 — Рис. F28, уже использованные в главе «Защита от поражения электрическим током и электрические пожары для расчета замыканий на землю», также могут быть использованы здесь, но с применением поправочных коэффициентов в рис. G51 ниже, чтобы получить значение Lmax, связанное с межфазным коротким замыканием или между фазой и нейтралью.

Примечание : для алюминиевых проводов полученную длину необходимо снова умножить на 0,62.

Рис.G51 — поправочный коэффициент, применяемый к длинам, полученным от Рис. F25 до Рис. F28, для получения Lmax с учетом межфазных коротких замыканий или межфазных коротких замыканий

Детали схемы
3-фазная 3-проводная цепь 400 В или 1-фазная 2-проводная цепь 400 В (без нейтрали)		1,73
1-фазный 2-проводный (фаза и нейтраль) цепь 230 В		1
3-фазная 4-проводная цепь 230/400 В или 2-фазная 3-проводная цепь 230/400 В (т.е.e с нейтралью)	Sph / S нейтральный = 1	1
	Sph / S нейтральный = 2	0,67

Примеры

Пример 1

В трехфазной трехпроводной установке на 400 В защиту от короткого замыкания двигателя мощностью 22 кВт (50 А) обеспечивает магнитный выключатель типа GV4L, мгновенное отключение по току короткого замыкания установлено на 700 А (точность ± 20%), т.е. в худшем случае для отключения потребуется 700 x 1,2 = 840 А.

Кабель c.s.a. = 10 мм², проводник — медь.

В рис. F25 столбец Im = 700 A пересекает строку c.s.a. = 10 мм² при значении Lmax 48 м. Рис. G51 дает коэффициент 1,73, применяемый к этому значению для 3-фазной 3-проводной цепи (без нейтрали). Автоматический выключатель защищает кабель от короткого замыкания, следовательно, при условии, что его длина не превышает 48 x 1,73 = 83 метра.

Пример 2

В цепи 3L + N 400 В защита обеспечивается автоматическим выключателем на 220 А типа NSX250N с расцепителем micrologic 2 с мгновенной защитой от короткого замыкания, установленной на 3000 А (± 20%), т.е.е. наихудший случай 3600 А, чтобы быть уверенным в отключении.

Кабель c.s.a. = 120 мм², материал жилы — алюминий.

В рис. F25 столбец Im = 3200 A (первое значение> 3000 A, так как таблица уже включает + 20% от Im в расчет) пересекает строку c.s.a. = 120 мм² при значении Lmax 125 м. Для трехфазной 4-проводной цепи 400 В (с нейтралью) применяемый поправочный коэффициент из Рис. G51 равен 1. В дополнение, поскольку проводник алюминиевый, коэффициент равен 0. ^{1 2} Для c.s.a. > 120 мм ² , сопротивление, рассчитанное для проводов, должно быть увеличено с учетом неоднородной плотности тока в проводнике (из-за эффектов «скин-эффекта» и «близости»). Подходящие значения следующие:

• 150 мм ² : R + 15%
• 185 мм ² : R + 20%
• 240 мм ² : R + 25%
• 300 мм ² : R + 30%

^ Удельное сопротивление медных кабелей из EPR / XLPE при прохождении тока короткого замыкания, например, для максимальной температуры, которую они могут выдерживать = 90 ° C (см. Рисунок G37).

.

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

---

---

Введение

На этой странице простой метод расчета частоты сети с закрытым сердечником. силовые трансформаторы. Он предназначен для домашнего пивоварения, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если этот метод и некоторые уравнения могут быть обобщенно, в расчет принимаются только классические сердечники, составленные из стальных пластин. Счет.

---

Размер ядра

При проектировании трансформатора питания с замкнутым сердечником первым шагом является чтобы выбрать подходящий сердечник по мощности, устройство должно ручка.Обычно для большой мощности требуются большие жилы. На самом деле нет никаких теоретических или физических причин, препятствующих маленькому ядру от обработки большой мощности, но по практическим соображениям на малом ядре, не хватает места для всех обмоток: большой сердечник — единственный выбор. Для того, чтобы с самого начала выбрать довольно хорошее ядро, следующие эмпирическая формула (для рабочей частоты 50 Гц) может помочь:

Это уравнение связывает (полную) мощность P с поперечным сечением жилы. поверхность А с учетом КПД сердечника η (греч. «эта»).При измерении поперечного сечения жилы следует удалить около 5%, чтобы учесть толщину лака на ферромагнитных пластинах составляя ядро. Сечение A — это минимальное сечение магнитного цепь, обычно измеряемая там, где расположены обмотки, как показано на рисунок ниже:

На приведенной выше диаграмме показан сердечник с двойной петлей, который на сегодняшний день является наиболее распространенным. тип сердечника из-за его низкого потока утечки и небольших размеров.Это называется «двойной петлей», потому что магнитное поле, создаваемое катушки в середине сердечника петляют половину на левой части сердечника и половина в правой части. В этом случае важно измерить поперечное сечение жилы внутри обмотки (как показано), где поток не делится пополам. Если ваш трансформатор имеет одну магнитную петлю, например тороидальный трансформатор, чем поперечное сечение одинаковое по всему сердечнику и не имеет значения, где вы это измеряете.

Эффективность зависит от материала, из которого изготовлена ​​сердцевина; если неизвестно, таблица ниже даст общее представление:

Материал основной пластины	Плотность магнитного потока φ [Вт / м 2 ]	Эффективность сердечника η [1/1]
Текстурированная кремнистая сталь (C-образная), M5	1.3	0,88
Текстурированная кремнистая сталь (пластины 0,35 мм), M6	1,2	0,84
Неориентированная кремнистая сталь среднего размера (пластины 0,5 мм), M7	1,1	0,82
Стандартная кремниевая сталь без ориентированной зернистости (или для тяжелых условий эксплуатации)	1,0	0,80
Низкоуглеродистая сталь	0,8	0,70

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает уменьшение ядра на 5%. поперечное сечение.

---

Плотность потока в активной зоне

Затем необходимо определить плотность потока сердечника φ (греч. «фи»). Опять же, это зависит от материала, и, если он не известен, та же таблица будет Помогите. Если трансформатор должен работать непрерывно или в плохо вентилируемом помещении. окружающей среде, небольшое уменьшение плотности потока (например, на 10%) приведет к снизить потери и сохранить трансформатор в холодном состоянии за счет большего количества железа и больше меди. Обратное можно рассмотреть для снижения стоимости материалов в трансформаторах. используется только в течение коротких периодов времени или не предназначен для работы на полной мощности непрерывно.

После определения плотности потока можно рассчитать трансформатор постоянная γ , выражающая количество витков на вольт всех обмотки по следующей формуле:

Коэффициент 10 ⁶ учитывает, что поперечное сечение жилы выражено в мм ² . По поводу этой формулы следует отметить еще несколько моментов: например, низкий частоты требуют больше витков, и вы могли заметить, что 60 Гц трансформаторы, которые обычно немного меньше эквивалентных 50 Гц ед.Более того, низкая магнитная индукция также требует большего количества витков, что означает, что для уменьшения потока в сердечнике (и уменьшения потерь) приходится наматывать больше витков, даже если это кажется нелогичным. И последнее замечание: большие сердечники требуют нескольких оборотов: если вы когда-нибудь смотрели внутри огромных трансформаторов высокого напряжения, используемых энергетическими компаниями для своих высоковольтные линии электропередач, у них всего несколько сотен витков для многих киловольт, а небольшой трансформатор 230 В внутри вашего будильника тысячи поворотов.

---

Расчет обмоток

Теперь, когда мы знаем постоянную трансформатора γ , легко рассчитать количество витков N для каждой обмотки по формуле:

Обратите внимание, что все напряжения и токи являются среднеквадратичными значениями, а плотность потока выражается ее пиковым значением, чтобы избежать насыщения: это объясняет член √2 в уравнении постоянной трансформатора.

Для вторичных обмоток рекомендуется немного увеличить количество витков, скажем, на 5% или около того, чтобы компенсировать потери в трансформаторе.

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает фактор 5% для вторичного оказывается.

Вы могли заметить, что количество витков зависит от размера сердечника и магнитного потока. плотность, но не по мощности. Итак, если вашему трансформатору требуется более одной вторичной обмотки, просто повторите расчет обмоток на каждую вторичную.Но в этом случае выбирайте сердечник достаточно большой, чтобы вместить все обмотки или, в Другими словами, выберите размер сердечника в соответствии с общей мощностью всех вторичные обмотки. Также используйте первичный провод с поперечным сечением, достаточно большим, чтобы выдержать общую мощность.

---

Выбор правильного провода

Последний шаг — рассчитать диаметр провода для каждой обмотки. Для этого необходимо выбрать плотность тока проводника c . Хороший компромисс — 2,5 А / мм ² .Более низкое значение потребует больше меди, но приведет к меньшим потерям: это подходит для тяжелых трансформаторов. Более высокое значение потребует меньше меди и сделает трансформатор более дешевым, но из-за повышенного нагрева это будет приемлемо только при кратковременном использовании время работы на полной мощности или может потребоваться охлаждение. Стандартные значения составляют от 2 до 3 А / мм ² . После определения плотности тока можно рассчитать диаметр проволоки. используя следующее уравнение:

Или для c = 2.5 А / мм ² :

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

---

На практике

Теперь, когда вычисления окончены, начинается самое сложное: будет ли рассчитанные обмотки подходят на выбранный сердечник? Что ж, ответ непростой и зависит от большого количества факторов: сечение и форма провода, радиус изгиба провода, качество намотки, наличие изолирующей фольги между слоями обмотки и т. д.С другой стороны, некоторый опыт будет полезнее, чем много уравнения.

Купить пустой сердечник трансформатора сложно, и обычно начинаются домашние проекты. от старого трансформатора, чтобы раскрутить и восстановить. Не все трансформаторы можно разобрать: некоторые склеены смола, которая слишком сильна, чтобы удалить ее без изгиба основных пластин. К счастью, многие трансформаторы можно разобрать, сняв крышку. который скрепляет все пластины вместе или шлифованием двух сварных швов поперек все тарелки.Затем каждую пластину необходимо осторожно снять, чтобы получить доступ к обмотки. Гнутые или поцарапанные пластины следует выбросить.

Если повезет, можно повторно использовать первичную обмотку и восстановить только вторичный, если первичный не наматывается на вторичный или не имеет неподходящее количество оборотов. Решая, следует ли оставить обмотку как есть или нет, полезно определить его количество витков, но подсчитать их без разматывая катушку.К счастью, есть способ определить количество витков: до разбирая сердечник, просто намотайте несколько витков (скажем, 5 или около того) изолированного провода вокруг обмоток и измерьте напряжение, наведенное в этом самодельном вторичный при нормальном питании трансформатора. По этому значению легко рассчитать количество витков на вольт трансформатора. и вычислим количество витков каждой обмотки без фактического подсчета их.

После того, как новые обмотки намотаны, самое время восстановить сердечник, ставим все пластины на место.Без силового пресса их все вернуть будет сложно, но если на в конце остается одна-две пластины, трансформатор все равно будет работать нормально. Но по этой причине следует немного завышать размер трансформатора при выполнении расчеты, выбрав меньшее поперечное сечение жилы. Когда трансформатор запитан, сила на пластинах сердечника значительна. и важно их крепко держать или склеивать; в противном случае ядро будет вибрировать и будет очень шумно.

Многие трансформаторы имеют пластины сердечника E-I, подобные изображенному на рисунке выше.При восстановлении сердечника пластины должны быть скрещены: E-I для одной слой и I-E для следующего и так далее. Это минимизирует воздушный зазор и помогает поддерживать высокий коэффициент связи.

Всегда используйте эмалированный медный провод для всех обмоток. Изолированный провод из ПВХ (обычный электрический провод) — очень плохая идея, потому что слой изоляции очень толстый, занимает много места в сердечнике и является очень плохой проводник тепла: ваш трансформатор очень быстро перегреется.

Всегда кладите слой изолирующей фольги между первичной и вторичной обмотками. если они расположены близко друг к другу, чтобы предотвратить опасность поражения электрическим током в случае нарушение изоляции провода.Используйте что-нибудь тонкое, не горит, и это хороший изолятор. Я использую каптоновую ленту, но может подойти и обычная изолента.

Изоляция эмалированного медного провода обычно составляет до 1000 В (пик ценность). Если возможно, ознакомьтесь со спецификациями проводов, предоставленными его производитель. Если напряжение на крыле превышает это значение, лучше разделить намотка на два или более слоев, разделенных изолирующей фольгой между ними.

---

Заключение

Представлен простой метод расчета сетевых силовых трансформаторов. и я надеюсь, что это поможет домашним пивоварам в разработке собственных трансформаторов. в соответствии с их конкретными потребностями.Намотка собственных трансформаторов часто является единственным доступным выбором, когда требуются необычные напряжения. Но разобрав трансформатор, сделайте новые обмотки и вставьте обратно вместе — это много работы, поэтому перед тем, как получится сразу с первой попытки.

---

Используемые символы

Символ	Описание	Установка
А	Сечение жилы	мм 2
d	Диаметр проволоки	мм
f	Рабочая частота	Гц
I	Среднеквадратичный ток обмотки	А
N	Количество витков	1/1
п.	Полная мощность трансформатора	ВА
U	Действующее значение напряжения обмотки	В
γ	Количество витков на V	витков / В
η	Эффективность сердечника	1/1
φ	Плотность магнитного потока сердечника	Вт / м 2

Примечание: 1 Вт / м ² = 1 T = 10’000 Гаусс

---

Библиография

• Nuova Elettronica, Vol.6, p134
• Nuova Elettronica, Riv 179, p66

---

---

.