Расчет и выбор сечения провода

Для прокладывания электрических сетей в зданиях разного назначения важно правильно подобрать провод и кабель. При их выборе нужно, прежде всего, обращать внимание на сечение проводки. Оно должно быть достаточным для безопасного прохождения тока нужной силы, чтобы электрической мощности хватало на обеспечение энергией всего электрооборудования, которое предполагается эксплуатировать в здании. От выбора проводов достаточного сечения зависит надежная и безаварийная работа электрических приборов и устройств, и безопасность людей.

Слишком тонкие провода будут перегреваться, что приведет к плавлению изоляции жил, замыканию или возгоранию электропроводки, а слишком толстые – лишняя трата денег, поскольку стоят они дороже. О том, как правильно рассчитать сечения проводов, мы и расскажем подробно в этой статье.

Что такое сечение провода и как его определить

Под сечением провода понимают площадь поперечного разреза токоведущей жилы. Для расчетов она принимается в мм². Чтобы увидеть сечение, необходимо просто перерезать провод под углом 90° и посмотреть на него с торца.

Для расчета площади сечения провода потребуется замерить его диаметр и определить площадь по формуле, хорошо знакомой из школьного курса геометрии:

S=3,14 D²/4 = 0,785 D²,

где S – площадь сечения, 3,14 – число «пи», а D – диаметр жилы.

Упрощенно можно принять, что площадь равна квадрату диаметра, умноженному на 0,8. Измерить же диаметр можно штангенциркулем или микрометром, предварительно удалив изоляцию с проводника. Для точности определения диаметра в многожильных проводах, необходимо замерить диаметр одной из жил и умножить его на их количество.

Если под рукой нет штангенциркуля или микрометра, определить диаметр можно с помощью линейки и карандаша. Для этого:

1. очистите проводник от изоляции на длину не менее 10 см;
2. в многожильном проводнике отсоедините одну из жил, которые обычно скручены вместе;
3. намотайте жилу на карандаш, укладывая витки вплотную, друг к другу;
4. замерьте длину намотки линейкой и посчитайте количество витков в ней.

Расчет диаметра жилы производят по формуле:

D=L / n,

где D – диаметр жилы в мм, L – длина намотки в мм и n – количество витков.

Для многожильного проводника диаметр, определенный по этой формуле нужно умножить на количество жил.

Что следует учитывать при выборе сечения проводки

Чтобы правильно выбрать кабель и провод подходящего сечения для электропроводки, необходимо учитывать такие важные параметры и характеристики, как:

• номинальную токовую нагрузку на кабель или совокупную мощность потребителей. Эти характеристики взаимосвязаны, и, зная одну из них, несложно рассчитать вторую;
• материал изготовления токопроводящей жилы, поскольку от него зависит электрическое сопротивление проводника. Чаще всего для электропроводки используют кабели и провода с медными или алюминиевыми жилами. При этом следует учитывать, что провод из алюминия выдерживает меньше изгибов (10-12 вместо 50 у меди) и имеет большее удельное сопротивление;
• вид изоляции – каждый изоляционный материал имеет свою максимально допустимую температуру нагрева, превышение которой ведет к расплавлению изоляции и возникновению аварийных ситуаций;
• способ прокладки кабелей – он влияет на их охлаждение;
• длину кабеля – чем длиннее проводник, тем больше потери электроэнергии, что следует учитывать, для обеспечения электрооборудования током с нужными характеристиками.

Способы расчета сечения кабелей проводки

Кабели, подводящие электричество к дому или квартире, а также распределяющие его по комнатам, должны обеспечивать все приборы и устройства достаточным количеством электроэнергии, не нагреваясь до критической температуры. Расчет площади производится по формулам, а результаты для удобства сводятся в специальные таблицы.

Определение сечения проводов по мощности

Чтобы определить площадь сечения проводов, нужно рассчитать совокупную мощность всех потребителей электроэнергии в квартире или комнате, в которую подводится электричество. Это можно сделать по формуле:

Р = (Р₁ + Р₂ + Р₃ +…+ Р_n) К_с К_з,

где Р – совокупная мощность потребления, Р₁, Р₂, Р₃ … Р_n – мощности каждого отдельного устройства, в Вт, К_с – коэффициент спроса, учитывающий возможность включения одновременно всех устройств, К_з – коэффициент запаса.

Коэффициент спроса принимается за 0,85, поскольку все приборы и устройства бывают редко включены одновременно. Вы можете определить его с большей точностью в долях от общего числа потребителей или принять равным 1, предусмотрев запас мощности.

Коэффициент запаса учитывает возможность установки в комнате или квартире новых приборов и устройств на перспективу. Его обычно принимают в пределах 1,15-1,2.

Потребляемую мощность каждого из приборов можно узнать в паспорте или техническом описании. Среднюю потребляемую мощность бытовых устройств, работающих от электричества, можно принять равной следующей величине, в Вт:

• электролампы – 100 (применение люминесцентных и светодиодных ламп снизит нагрузку на проводку, но для расчета лучше взять мощность лампы накаливания);
• телевизора – 200;
• холодильника – 400;
• компьютера – 550;
• кухонного комбайна – 700;
• утюга, пылесоса, электромясорубки – 1000;
•  электрического чайника и электродуховки – 1200;
• электрообогревателя – 1500;
• микроволновой печи – 1800;
• кондиционера – 2000;
•  электроплиты – 4000.

В качестве примера рассмотрим вариант расчета суммарной мощности оборудования для кухни, в которой необходимо обеспечить электропитание для двух ламп, холодильника, микроволновки, чайника, духового шкафа и электромясорубки. Примем коэффициент спроса К_с = 0,85, а коэффициент запаса К_з = 1,15. Получаем:

Р = (2*100 + 400 + 1800 + 1200 + 1200 + 1000)*0,85*1,15 = 5670 Вт = 5,67 кВт.

Зная суммарную мощность приборов и устройств в квартире, доме или комнате, определить, какой площади должно быть сечение токопроводящих жил в проводах и кабелях, можно с помощью таблиц, приведенных в ПУЭ-2017 («Правилах устройства электроустановок»). Глава 1.3 этих правил содержит таблицы зависимости площади сечения от тока и мощности для проводников, изготовленных из разных материалов, при различном виде изоляции и разных условиях прокладки.

Для мощности, рассчитанной в нашем примере, применяем следующую таблицу зависимости сечения проводки от мощности.

Для бытовой электрической сети напряжением 220 В, при прокладке медного кабеля в кухню закрытым способом, находим ближайшее к рассчитанной мощности (5670 Вт) значение в сторону увеличения – 5,9 кВт, которому соответствует сечение площадью 4 мм².

Мы выбираем медный проводник, как регламентировано ПУЭ для проводки внутри помещения (п. 7.1.34). Для экономии можно и нужно использовать такой кабель только на ввод в кухню, и выполнить разводку по розеткам проводами меньшего сечения, определив их площадь аналогичным образом. При этом следует учитывать, что сечение проводки, из соображений механической прочности, не должно быть меньше минимально допустимой величины, регламентируемой ПУЭ (таблица 7.1.1):

• 1,5 мм² для групповых сетей внутри квартир;
• 2,5 мм² для этажных линий до квартирных щитков и счетчиков электроэнергии;
• 4,0 мм² для стояков распределительной сети.

Как рассчитать сечение кабеля по току

Чтобы определить площадь сечения проводников по току, необходимо рассчитать номинальную токовую нагрузку по следующей формуле:

I = P / U,

где I – ток, в амперах, Р – суммарная мощность устройств, в Вт и U – напряжение сети в Вольтах. Для нашего примера имеем:

I = 5670 / 220 = 25,77 А

Из таблицы 1.3.4 ПУЭ выбираем для одного кабеля с тремя медными жилами (рабочей фазой, нулевой жилой и заземлением), проложенного в трубе, при токе в 27А сечение площадью 4 мм². Это совпадает с сечением проводки, рассчитанным по мощности. Мы взяли для расчета именно эту таблицу, поскольку чаще всего для проводки используют провода марок ШВВП и ПВС, и кабель ВВГ, которые имеют виниловую изоляцию и оболочку. В ПУЭ имеются таблицы и для других видов изоляции и материалов проводника.

Таблица 1.3.4 ПУЭ-2017

При расчете необходимой площади сечения проводов и кабелей по току или мощности с помощью таблиц ПУЭ мы не учитывали падение напряжения, которое при значительной длине проводки может достигать большой величины. Если потери составляют более 5%, сечение кабеля необходимо увеличить на один размер по таблицам ПУЭ. Проверить потери напряжения можно по следующей формуле:

U_п = I_н R,

где U_п – потери напряжения, I_н – ток нагрузки, R – сопротивление кабеля, которое рассчитывают по формуле:

R = rL / S,

где L – длина кабеля в метрах, r – удельное электрическое сопротивление (оно зависит от материала токопроводящей жилы и измеряется в Ом*мм²/м).

Для нашего примера, если принять длину кабеля 40 м получаем:

R = 0,0175 х 40 / 4 = 0,175 Ом,

Для расчета берем удельное электрическое сопротивление меди. Вычислив сопротивление кабеля, определяем потерю напряжения:

U_п = 25,77 х 0,175 = 4,5 В

Потеря напряжения в 5% от 220 В составит 11 В. В нашем случае потери меньше 5%, значит, увеличивать сечение проводки не требуется.

Расчет сечения кабеля по длине

В случае, когда Вам известна длина кабеля и суммарная  мощность потребителей электроэнергии, определить сечение токопроводящих жил можно с максимальной точностью по формуле:

S = rL / R

Вам нужно предварительно лишь рассчитать сопротивление проводки, зная напряжение в сети и токовую нагрузку на кабель (ее определяют, разделив суммарную мощность на напряжение).

Удельное электрическое сопротивление r для кабеля с медными жилами равно 0,0175, а с алюминиевыми – 0,0283 Ом*мм²/м.

Расчет сечения провода для трехфазной сети

Определение необходимой площади сечения электропроводки для трехфазной сети проводится аналогично изложенной выше методике. Но для расчета токовой нагрузки на кабель используется несколько измененная формула:

I = P / √3 U = P / 1,73 U,

где I – токовая нагрузка, Р – суммарная мощность устройств и приборов, работающих от электричества, U – напряжение сети (380 В).

Для монтажа электропроводки следует выбирать четырех- или пятижильный кабель и соответствующие таблицы в ПУЭ.

Надеемся, что эта статья поможет Вам самостоятельно рассчитать и выбрать кабель и провод с нужным сечением жил. Ну, а купить любую кабельно-проводниковую продукцию и все необходимое для ее монтажа вы можете в интернет-магазине «Кабель-Инвест».