전력 및 전류에 따른 케이블 단면적 계산 : 배선을 올바르게 계산하는 방법

할 계획이신가요? 전력망 현대화 아니면 새 전기 스토브를 연결하기 위해 전력선을 주방까지 추가로 연장하시겠습니까? 여기에서는 도체의 단면적과 이 매개변수가 전력 및 전류에 미치는 영향에 대한 최소한의 지식이 유용할 것입니다.

케이블 단면적을 잘못 계산하면 과열 및 단락이 발생하거나 부당한 비용이 발생한다는 데 동의합니다.

실패하기 때문에 설계 단계에서 계산을 수행하는 것이 매우 중요합니다. 숨겨진 배선 후속 교체에는 상당한 비용이 소요됩니다. 전기 네트워크의 추가 작동 문제를 피하기 위해 계산의 복잡성을 이해하도록 도와드립니다.

복잡한 계산에 부담을 주지 않기 위해 명확한 수식과 계산 옵션을 선택하고, 정보를 접근 가능한 형식으로 표시하고, 수식에 설명을 제공했습니다. 기사에는 주제별 사진과 비디오 자료도 추가되어 고려중인 문제의 본질을 명확하게 이해할 수 있습니다.

소비자 전력에 대한 단면적 계산

도체의 주요 목적은 소비자에게 필요한 양만큼 전기 에너지를 전달하는 것입니다. 초전도체는 정상적인 작동 조건에서는 사용할 수 없으므로 도체 재료의 저항을 고려해야 합니다.

필요한 구간 계산 도체 및 케이블 소비자의 총력에 따라 장기적인 운영 경험을 기반으로합니다.

먼저 다음 공식을 사용하여 계산을 수행하여 일반적인 계산 과정을 시작하겠습니다.

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

어디:

• 피 – 계산된 분기에 연결된 모든 소비자의 전력(와트)입니다.
• P1, P2, PN – 각각 첫 번째, 두 번째, n 번째 소비자의 전력(와트).

위의 공식을 사용하여 계산을 마치고 결과를 얻었으니 이제 표 형식의 데이터를 살펴보겠습니다.

이제 표 1에 따라 필요한 섹션을 선택해야 합니다.

표 1. 와이어 단면적은 항상 가장 가까운 큰 쪽(+)으로 선택해야 합니다.

1단계 - 무효전력 및 유효전력 계산

소비자 용량은 장비 문서에 표시되어 있습니다. 일반적으로 장비 데이터 시트에는 무효 전력과 함께 유효 전력이 표시됩니다.

활성 유형의 부하가 있는 장치는 효율성을 고려하여 수신된 모든 전기 에너지를 기계, 열 또는 기타 유형의 유용한 작업으로 변환합니다.

활성 부하가 있는 장치에는 백열등, 히터 및 전기 스토브가 포함됩니다.

이러한 장치의 경우 전류 및 전압에 따른 전력 계산은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

P=U*I,

어디:

• 피 - W 단위의 전력;
• 유 - V 단위의 전압;
• 나 – 현재 강도(A)

반응형 부하가 있는 장치는 소스에서 나오는 에너지를 축적한 다음 이를 반환할 수 있습니다. 이 교환은 전류 정현파와 전압 정현파의 변위로 인해 발생합니다.

제로 위상 변위에서 전력 P=U*I는 항상 양의 값을 갖습니다. 활성 유형의 부하가 있는 장치에는 전류 및 전압 위상 그래프가 있습니다(I, i - 전류, U, u - 전압, π - pi는 3.14와 같음).

무효 전력을 사용하는 장치에는 전기 모터, 모든 크기와 목적의 전자 장치, 변압기가 포함됩니다.

전류 정현파와 전압 정현파 사이에 위상 변이가 있는 경우 전력 P=U*I는 음수가 될 수 있습니다(I, i - 전류, U, u - 전압, π - pi는 3.14와 같음). 무효 전력 장치는 저장된 에너지를 다시 소스로 반환합니다.

전기 네트워크는 전기 에너지를 소스에서 부하로 한 방향으로 전달할 수 있도록 구축되었습니다.

따라서 반응성 부하가 있는 소비자로부터 반환된 에너지는 기생적이며 도체 및 기타 구성 요소를 가열하는 데 낭비됩니다.

무효 전력은 전압과 전류 정현파 사이의 위상각에 따라 달라집니다. 위상 변이 각도는 cosψ를 통해 표현됩니다.

총 전력을 찾으려면 다음 공식을 사용하십시오.

P = Q / cosψ,

어디 큐 – VAR의 무효 전력.

일반적으로 장치 데이터 시트에는 무효 전력 및 cosΦ가 표시됩니다.

예: 해머 드릴의 여권에는 무효 전력이 1200VAr이고 cosΦ = 0.7로 표시되어 있습니다.따라서 총 전력 소비량은 다음과 같습니다.

P = 1200/0.7 = 1714W

cosΦ를 찾을 수 없는 경우 대부분의 가전제품에 대해 cosΦ를 0.7로 간주할 수 있습니다.

2단계 - 동시성 및 마진 계수 검색

케이 – 무차원 동시성 계수는 ​​동시에 네트워크에 연결할 수 있는 소비자 수를 보여줍니다. 모든 장치가 동시에 전기를 소비하는 경우는 거의 없습니다.

TV와 뮤직센터를 동시에 운영할 가능성은 거의 없습니다. 확립된 관행에 따르면 K는 0.8과 동일하다고 볼 수 있습니다. 모든 소비자를 동시에 사용하려는 경우 K를 1로 설정해야 합니다.

제이 – 무차원 안전계수. 미래의 소비자를 위한 파워 리저브 생성을 특징으로 합니다.

진보는 멈추지 않고 매년 새롭고 놀랍고 유용한 전기 장치가 발명됩니다. 2050년까지 전력 소비량은 84% 증가할 것으로 예상된다. 일반적으로 J는 1.5와 2.0 사이로 간주됩니다.

3단계 - 기하학적 방법을 사용하여 계산 수행

모든 전기 계산에서는 도체의 단면적, 즉 코어의 단면적이 사용됩니다. mm 단위로 측정됨².

정확하게 계산하는 방법을 배워야 하는 경우가 많습니다. 와이어 직경 도체 전선.

이 경우 모놀리식 원형 와이어에 대한 간단한 기하학적 공식이 있습니다.

S = π*R² = π*D²/4, 혹은 그 반대로도

D = √(4*S / π)

직사각형 도체의 경우:

S = h * m,

어디:

• 에스 – 코어 면적(mm)²;
• 아르 자형 – 코어 반경(mm)
• 디 – 코어 직경(mm)
• h, m – 너비와 높이(각각 mm)
• π - 파이는 3.14이다.

하나의 도체가 둥근 단면의 여러 꼬인 전선으로 구성된 연선을 ​​구입하는 경우 계산은 다음 공식에 따라 수행됩니다.

S = N*D²/1,27,

어디 N – 코어의 와이어 수.

여러 와이어로 꼬인 코어가 있는 와이어는 일반적으로 모놀리식 와이어보다 전도성이 더 좋습니다. 이는 단면이 둥근 도체를 통한 전류 흐름의 특성 때문입니다.

전류는 도체를 따라 같은 전하가 이동하는 것입니다. 전하가 서로 반발하는 것처럼 전하 분포 밀도는 도체 표면쪽으로 이동합니다.

연선의 또 다른 장점은 유연성과 기계적 저항성입니다. 모놀리식 와이어는 가격이 저렴하며 주로 고정 설치에 사용됩니다.

4단계 - 실제 전력 단면적 계산

일: 주방에 있는 소비자의 총 전력은 5000W입니다(모든 반응 소비자의 전력이 다시 계산되었음을 의미). 모든 소비자는 단상 220V 네트워크에 연결되며 하나의 지점에서 전원을 공급받습니다.

표 2. 향후 추가 소비자를 연결할 계획이라면 일반 가전 제품에 필요한 전력 (+)이 표에 나와 있습니다.

해결책:

동시성 계수 K를 0.8로 가정하겠습니다. 주방은 끊임없는 혁신의 장소입니다. 안전계수는 J=2.0입니다. 총 예상 전력은 다음과 같습니다.

P = 5000*0.8*2 = 8000W = 8kW

계산된 검정력 값을 사용하여 표 1에서 가장 가까운 값을 찾습니다.

단상 네트워크에 가장 적합한 코어 단면적은 단면적이 4mm인 구리 도체입니다.². 6mm 알루미늄 코어와 유사한 와이어 크기².

단일 코어 배선의 경우 최소 직경은 각각 2.3mm 및 2.8mm입니다.멀티 코어 옵션을 사용하는 경우 개별 코어의 단면적이 합산됩니다.

현재 단면적 계산

케이블과 전선의 필요한 전류 및 전력 단면적을 계산하면 보다 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.이러한 계산을 통해 열 부하, 전선 브랜드, 배치 유형, 작동 조건 등을 포함하여 도체에 대한 다양한 요소의 전반적인 영향을 평가할 수 있습니다.

전체 계산은 다음 단계로 수행됩니다.

• 모든 소비자의 힘 선택;
• 도체를 통과하는 전류 계산;
• 표를 사용하여 적합한 단면을 선택합니다.

이 계산 옵션의 경우 보정 계수를 고려하지 않고 전류 및 전압 측면에서 소비자의 전력을 고려합니다. 현재 강도를 합산할 때 고려됩니다.

1단계 - 공식을 사용하여 현재 강도 계산

학교 물리학 과정을 잊어버린 사람들을 위해 시각적 치트 시트로 그래픽 다이어그램 형태의 기본 공식을 제공합니다.

"클래식 휠"은 공식의 관계와 전류 특성(I - 전류 강도, P - 전력, U - 전압, R - 코어 반경)의 상호 의존성을 명확하게 보여줍니다.

전력 P 및 라인 전압 U에 대한 전류 I의 의존성을 적어 보겠습니다.

나 = P/U_엘,

어디:

• 나 - 전류 강도(암페어 단위)
• 피 - 전력(와트)
• 유_엘 - 라인 전압(볼트).

라인 전압은 일반적으로 전원 공급 장치에 따라 달라지며 단상 또는 3상일 수 있습니다.

선형 전압과 위상 전압 간의 관계:

1. 유_엘 = U*cosΦ 단상 전압의 경우.
2. 유_엘 = U*√3*cosψ 3상 전압의 경우.

가정용 전기 소비자의 경우 cosΦ=1이 허용되므로 선형 전압을 다시 쓸 수 있습니다.

1. 유_엘 = 220V 단상 전압의 경우.
2. 유_엘 = 380V 3상 전압의 경우.

다음으로 다음 공식을 사용하여 소비되는 모든 전류를 요약합니다.

나는 = (I1+I2+…IN)*K*J,

어디:

• 나 - 총 전류(암페어)
• I1..IN – 암페어 단위의 각 소비자의 현재 강도;
• 케이 – 동시성 계수;
• 제이 - 안전 요소.

계수 K와 J는 총 전력을 계산할 때 사용된 값과 동일한 값을 갖습니다.

3상 네트워크에서 강도가 다른 전류가 서로 다른 위상 도체를 통해 흐르는 경우가 있을 수 있습니다.

이는 단상 및 3상 소비자가 동시에 3상 케이블에 연결될 때 발생합니다. 예를 들어, 3상 기계와 단상 조명에 전원이 공급됩니다.

자연스러운 질문이 생깁니다. 이러한 경우 연선의 단면적은 어떻게 계산됩니까? 대답은 간단합니다. 가장 많이 로드된 코어를 기준으로 계산이 이루어집니다.

2단계 - 표를 사용하여 적합한 섹션 선택

전기 설비(PEU) 운영 규칙에는 필요한 케이블 코어 단면적을 선택하기 위한 여러 표가 포함되어 있습니다.

도체의 전도도는 온도에 따라 달라집니다. 금속 도체의 경우 온도가 증가하면 저항이 증가합니다.

특정 임계값을 초과하면 프로세스가 자립됩니다. 저항이 높을수록, 온도가 높을수록, 저항도 높아집니다. 도체가 타거나 단락이 발생할 때까지.

다음 두 표(3과 4)는 전류와 설치 방법에 따른 도체 단면을 보여줍니다.

표 3. 먼저 전선 배치 방법을 선택해야 합니다. 이에 따라 냉각 효과가 결정됩니다(+).

케이블은 자체 절연체를 갖춘 모든 케이블 코어가 묶음으로 꼬여져 있으며 공통 절연 피복으로 둘러싸여 있다는 점에서 와이어와 다릅니다. 케이블 제품의 차이점과 유형에 대한 자세한 내용은 여기에 기록되어 있습니다. 기사.

표 4. 모든 도체 단면적 값에 대해 개방형 방식이 표시되지만 실제로는 기계적 강도(+)로 인해 3mm2 미만의 단면은 공개적으로 배치되지 않습니다.

표를 사용할 때 허용 연속 전류에는 다음 계수가 적용됩니다.

• 코어가 5~6개인 경우 0.68,
• 7-9 코어인 경우 0.63;
• 코어가 10~12개인 경우 0.6입니다.

감소 계수는 "공개" 열의 현재 값에 적용됩니다.

중성선과 접지선은 도체 수에 포함되지 않습니다.

PES 표준에 따르면 허용 연속 전류에 따른 중성선 단면적 선택은 위상 도체의 최소 50%로 이루어집니다.

다음 두 표(5와 6)는 땅에 놓을 때 허용되는 장기 전류의 의존성을 보여줍니다.

표 5. 공중 또는 접지 시 구리 케이블에 허용되는 장기 전류의 종속성

공개적으로 놓였을 때와 지면에 깊게 놓였을 때의 현재 하중은 다릅니다. 쟁반을 사용하여 땅에 눕히는 경우 동일한 것으로 간주됩니다.

표 6. 공중 또는 접지 시 알루미늄 케이블에 허용되는 연속 전류의 종속성

임시 전력 공급선 설치(개인 용도인 경우 운반)에는 다음 표 (7)이 적용됩니다.

표 7. 휴대용 호스 코드, 휴대용 호스 및 샤프트 케이블, 투광 조명 케이블, 유연한 휴대용 전선을 사용할 때 허용되는 연속 전류. 구리 도체만 사용됩니다.

케이블을 지면에 배치할 때 방열 특성 외에도 저항률을 고려해야 하며 이는 다음 표(8)에 반영되어 있습니다.

표 8. 케이블 단면적(+)을 계산할 때 허용되는 장기 전류에 대한 토양 유형 및 저항률에 따른 보정 계수

최대 6 mm의 구리 코어 계산 및 선택² 또는 최대 10mm의 알루미늄² 연속 전류처럼 수행됩니다.

단면적이 큰 경우에는 감소 계수를 적용할 수 있습니다.

0.875 * √T_PV

어디 티_PV - 사이클 지속시간에 대한 스위칭 지속시간의 비율.

전원을 켜는 데 걸리는 시간은 4분을 넘지 않습니다. 이 경우 주기는 10분을 초과해서는 안 됩니다.

전기 분배용 케이블을 선택할 때 목조 주택 내화성에 특별한주의를 기울입니다.

단계 #3 - 예제를 사용하여 도체의 전류 단면적 계산

일: 필요한 섹션을 계산 연결용 구리 케이블:

• 4000W 출력의 3상 목공 기계;
• 6000W 출력의 3상 용접기;
• 총 전력 25,000W의 집안 가전 제품;

연결은 땅에 깔린 5코어 케이블(3상 도체, 중성선 1개, 접지 1개)을 사용하여 이루어집니다.

케이블 및 전선 제품의 절연은 특정 작동 전압에 대해 계산됩니다. 제조업체가 표시한 제품의 작동 전압은 주전원 전압보다 높아야 한다는 점을 고려해야 합니다.

해결책.

1 단계. 3상 연결의 선형 전압을 계산합니다.

유_엘 = 220 * √3 = 380V

2 단계. 가전 ​​제품, 공작 기계 및 용접 기계에는 무효 전력이 있으므로 기계 및 장비의 전력은 다음과 같습니다.

피_저것들 = 25000 / 0.7 = 35700W

피_보르 = 10000 / 0.7 = 14300W

3단계. 가전 ​​제품을 연결하는 데 필요한 전류:

나_저것들 = 35700 / 220 = 162A

4단계. 장비를 연결하는 데 필요한 전류:

나_보르 = 14300 / 380 = 38A

5단계. 가전제품을 연결하는데 필요한 전류는 한 상을 기준으로 계산됩니다. 문제에 따르면 세 가지 단계가 있습니다. 따라서 전류는 위상 간에 분배될 수 있습니다. 단순화를 위해 균일한 분포를 가정합니다.

나_저것들 = 162 / 3 = 54A

6단계. 위상당 전류:

나_에프 = 38 + 54 = 92A

7단계. 장비와 가전 제품은 동시에 작동하지 않으며, 또한 1.5의 예비비를 확보합니다. 보정 계수를 적용한 후:

나_에프 = 92 * 1.5 * 0.8 = 110A

8단계. 케이블에 5개의 코어가 포함되어 있지만 3상 코어만 고려됩니다. 지상의 3코어 케이블 열의 표 8에 따르면 115A의 전류가 16mm의 코어 단면적에 해당함을 알 수 있습니다.².

9단계. Table 8에 따르면 토지의 특성에 따라 보정계수를 적용하였다. 일반적인 유형의 지구의 경우 계수는 1입니다.

10단계. 선택적으로 코어 직경을 계산합니다.

D = √(4*16 / 3.14) = 4.5mm

케이블 배치의 특성을 고려하지 않고 전력만을 기준으로 계산한 경우 코어 단면적은 25mm입니다.². 전류 강도를 계산하는 것은 더 복잡하지만 때로는 특히 멀티 코어 전원 케이블의 경우 상당한 비용을 절약할 수 있습니다.

전압과 전류 값의 관계에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 여기.

전압 강하 계산

초전도체를 제외한 모든 도체에는 저항이 있습니다. 따라서 케이블이나 전선의 길이가 길면 전압 강하가 발생합니다.

PES 표준에서는 케이블 코어의 단면적에서 전압 강하가 5%를 넘지 않도록 요구합니다.

표 9. 일반 금속 도체의 저항률(+)

이는 주로 단면적이 작은 저전압 케이블과 관련이 있습니다.

전압 강하 계산은 다음과 같습니다.

R = 2*(ρ * L) / S,

유_인주 = 나 * R,

유_% = (유_인주 /유_린) * 100,

어디:

• 2 – 전류가 반드시 두 개의 전선을 통해 흐른다는 사실로 인한 계수;
• 아르 자형 - 도체 저항, 옴;
• ρ — 도체 저항률, Ohm*mm²/중;
• 에스 – 도체 단면적, mm²;
• 유_인주 - 전압 강하, V;
• 유_% - U에 대한 전압 강하_린,%.

수식을 사용하면 필요한 계산을 독립적으로 수행할 수 있습니다.

운반 계산 예

일: 한 코어의 단면적이 1.5mm인 구리선의 전압 강하를 계산합니다.². 총 전력 7kW의 단상 전기 용접기를 연결하려면 와이어가 필요합니다. 와이어 길이 20m.

가정용 용접기를 전기 네트워크 분기에 연결하려는 경우 사용되는 케이블이 설계된 현재 체를 고려해야 합니다. 작동 장치의 총 전력이 더 높을 수도 있습니다. 가장 좋은 방법은 소비자를 별도의 지점에 연결하는 것입니다.

해결책:

1 단계. 표 9를 사용하여 구리선의 저항을 계산합니다.

R = 2*(0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47옴

2 단계. 도체를 통해 흐르는 전류:

나는 = 7000 / 220 = 31.8A

3단계. 전선의 전압 강하:

유_인주 = 31.8 * 0.47 = 14.95V

4단계. 전압 강하의 백분율을 계산합니다.

유_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

결론: 용접기를 연결하려면 단면적이 큰 도체가 필요합니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

다음 공식을 사용하여 도체 단면적 계산:

케이블 및 전선 제품 선택에 대한 전문가의 권장 사항:

위의 계산은 산업용 구리 및 알루미늄 도체에 유효합니다. 다른 유형의 도체의 경우 총 열 전달이 미리 계산됩니다.

이러한 데이터를 바탕으로 과도한 가열을 유발하지 않고 도체를 통해 흐를 수 있는 최대 전류가 계산됩니다.

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