Самостоятельный расчет сечения кабеля по мощности

Во всех странах Европы и СНГ принята стандартизация кабелей по площади поперечного сечения. Регуляция этих параметров выполняется согласно соответствующего ПЭУ, или, как называют еще этот норматив, «Правила устройства электроустановок». Выбор нужного сечения кабеля по допустимым параметрам тока осуществляется посредством специальных таблиц.

Расчеты «на глаз» являются неправильными и грозят нарушением техники безопасности, что может спровоцировать КЗ, пробои в проводке и т.п. Данный показатель может существенно отличаться для каждого отдельного жилья, в зависимости от количества установленных там потребителей электропитания, их мощности. Отсутствие правильного предварительного расчета перед монтажом проводки может обернуться дорогостоящим ремонтом квартиры или электросети, угрозой жизни людям.

Для чего нужен расчет сечения кабеля?

Правильный выбор сечения электрического кабеля позволит смонтировать проводку таким образом, чтобы жители квартиры были в безопасности, как и их имущество. В погоне за экономией многие выбираются для разводки по квартире кабеля меньшей толщины или нужной, только вместо медной сердцевины останавливаются на алюминиевой.

Это приводит к таким последствиям:

• Прохождение токов большой мощности по несоответствующему кабелю приводит к его нагреванию, что разрушает изоляцию или просто перегорает, оставляя слабую цепь без питания.
• В некоторых случаях резкие скачки электричества способны настолько разогреть металл проводов, что возникает возгорание за счет термического воздействия на окружающие воспламеняющиеся объекты, например, обои, вагонку или другие покрытия стены.
• С повышением температуры кабеля в цепи растет сопротивление, что провоцирует изменения вольтамперных характеристик участка электропитания, для многих приборов такое «соседство» чревато поломками.
• Разрушенная изоляция оголяет провод, который для человека может быть опасным при контакте с ним, уберечься достаточно сложно, если место дефекта неизвестно.
• Найти проблемный сегмент проводки, вмурованной в стену, достаточно сложно, что в некоторых случаях требует замены проводки по всей длине от источника к проблемному месту. В конечном итоге выливается в крупную сумму, поскольку необходимо заплатить за работу электрика, купить новый, но уже с нормальными характеристиками, кабель, произвести ремонтные работы по ходу залегания провода.

Очевидно, что экономия на организации электросети в доме – это не лучший вариант сохранения своих средств. Тем более, что помимо финансовых затрат на ремонт проводки и квартиры в местах ее демонтажа, есть риск здоровью и всему имуществу. Пожаро- и электробезопасность является приоритетным правилом.

Чтобы правильно подобрать нужный кабель, необходимо выполнить следующие предварительные расчеты:

• Посчитать, для каждого помещения общее число установленных электроприборов.
• Для каждой точки подключения к электросети рассчитать рабочую суммарную нагрузку.

ПРИМЕР: К первой розетке будет подключаться вытяжка мощностью 500 Вт, электроплита на 5 кВт и посудомоечная машина 2 кВт. От второй розетки питается холодильник 800 Вт, микроволновая печь на 1,5 кВт и электрочайник на 2 кВт. Тогда суммарная нагрузка на первую точку составит 7,5 кВт, а на другую – 4,3 кВт, таким образом, на кухню будет идти нагрузка на 11,8 кВт. Это без учета светильника, поэтому всегда необходимо делать запас минимум на 20-30%, чтобы не только обезопасить себя, но и иметь возможность в будущем добавить какой-то электроприбор и не заставлять работать проводку на своем экстремальном пороге.

Выбрав материал проводника (алюминий или медь), необходимо произвести расчет нужного сечения в соответствии с полученной величиной нагрузки на отдельное помещение.

Все зависит от того, как будет организовываться сеть, предусмотрен электрораспределительный считок с разводкой по потребителям, точки планируется соединять параллельно или последовательно.

ВАЖНО: Электропроводимость меди больше, чем алюминия, поэтому провода из этих материалов одинакового сечения не будут давать равный результат при расчете по мощности, что необходимо учитывать.

Что влияет на нагрев проводов?

Причина перегрева проводки может крыться в разных проблемах сети, поэтому для правильного расчета необходимо знать основные «слабые места» кабелей, из-за которых у них поднимается температура. При прохождении тока по металлу, материал нагревается всегда, однако снижение этого параметра достигается разными методами.

Провода греются, в зависимости от:

• Качество и материал изоляционного покрытия не соответствуют требуемым параметрам. Низкокачественный диэлектрический материал оболочек кабелей легко подвергается разрушению от термического воздействия при прямом контакте, проводя тепло лучше.
• Какой способ укладки проводки использовался. Для открытых проводов показатель нагрева гораздо ниже, чем для плотно «упакованных» в закрытую пластиковую трубу.
• Тип жил в кабеле. Различают многожильные и одножильные. Разница заключается в том, что одинакового сечения моножильная проводка способна выдержать большую силу тока, чем несколько более тонких проводков, хотя многожильный кабель более гибкий и удобный для монтажа.
• Материал сердцевины. Величина нагрева зависит от физических качеств металла. Медь обладает более низким сопротивлением, чем алюминий, поэтому меньше греется и может передавать токи более высокого напряжения и силы при одинаковом сечении.
• Площадь поперечного сечения кабеля. Все изучали в школе скин-эффект – течение электрического тока по поверхности проводника. Чем больше площадь сечения – тем больше площадь поверхности, по которой передается электричество, поэтому толстые провода способны передавать значительные нагрузки, а тонкие при таких показателях просто перегорают.

Устройство кабеля

Для лучшего понимания процесса расчета проводника по сечению в зависимости от мощности потребляемого тока, необходимо понимать суть процесса передачи электричества. Для наглядности лучше представить несколько тонких водопроводных труб, которые необходимо располагать по окружности параллельно друг другу.

Чем шире эта окружность, тем большее количество таких труб поместится при плотном расположении. Напор на выходе крупной систем будет гораздо больше, чем у маленькой. С электричеством также, в силу того, что ток течет по поверхности проводника, толстые кабели смогут поддерживать большие нагрузки.

Неправильное вычисление сечения по мощности выполняется, когда:

• Токоведущая жила слишком широкая. Затраты на проводку возрастают существенно, нерационально используется ресурс кабеля.
• Ширина токоведущего канала меньше необходимой. Плотность тока возрастает, нагревая проводник и изоляцию, что приводит к утечке электричества и образованию «слабых мест» на кабеле, повышая пожароопасность проводки.

В первом случае для жизни опасности нет, но неоправданно высокие затраты на материал.

Простой способ

Формула мощности заключается в вычислении посредством умножения напряжения в проводнике на силу протекающего тока. Бытовая сеть рассчитана на напряжение 220 В, поэтому для определения сечения кабеля необходимо знать мощность и силу тока в цепи. После расчета предполагаемой нагрузки и силы тока по таблицам ПЭУ находится размер кабеля. Этот расчет подходит для розеток.

Для питания осветительных приборов, которые подключаются к отдельному выходу с распределителя, традиционно берется кабель сечением 1,5 кв. мм. Если розетки будут использоваться для питания нескольких мощных приборов, например, телевизора или фена, то нужно правильно распределять нагрузку, соотнося ее с диаметром провода согласно показателям мощности потребителей. При отсутствии возможности разбития розеточных групп рекомендуется приобретать медный кабель с сечением 6 кв. мм.

Площадь сечения и диаметр

Определить площадь сечения кабеля проще всего по диаметру сердцевины. Диаметр измеряется в мм, а площадь – в кв. мм. Согласно этим показателям можно найти в таблице допустимую мощность по типу и размеру провода. При отсутствии данных о диаметре проводки, площадь находится по такой формуле:

S = 3,14 * D2 / 4 = 0,785D2,
где:
S – площадь поперечного сечения кабеля;
D – значение диаметра.

Если форма сердцевины проводника квадратная или прямоугольная, то сечение вычисляется умножением ширины на длину, как площадь прямоугольника.

Выбор сечения проводника

Критерии соответствия сечения выбранных проводников:

1. Конфигурация электрощита. Питание всех имеющихся потребителей от одного автоматического выключателя создаст непосильную нагрузку на него, что провоцирует нагрев клемм и регулярное срабатывание. Для устранения проблемы рекомендуется разделить на несколько групп электропроводку с отдельным выключателем в щитке.
2. Тип используемого кабеля. Медный провод более дорогой и качественный, но правильный расчет алюминиевой проводки позволит собрать нужную конфигурацию с меньшими затратами.
3. Длина проводника. Является главным критерием для кабелей из алюминия. При большом метраже наблюдаются существенные потери электричества в сети, поэтому следует делать большую прибавку запаса. Для меди при скрытом монтаже достаточно прибавки в размере 20-30 %.

Точный расчет сечения кабеля должен производиться с учетом таких показателей:

• Тип и вид изоляции.
• Длина участков и их конфигурация.
• Вариант и способ прокладки (наружная или скрытая).
• Температурный режим помещения.
• Процент и уровень влажности в комнате.
• Максимально допустимый перегрев.
• Разница показателей мощности потребителей, подключаемых к одной розетке.

Существуют нижние границы размера сечения кабеля для разных участков бытовой электросети:

• Для розеток нужен провод с сечением не меньше 3,5 кв. мм.
• Подключение элементов освещения питаются от проводки не тоньше 1,5 кв. мм.
• Питание оборудования с повышенной мощностью требует кабеля с сечением от 4-6 кв. мм.

Это правило действует при разграничении групп потребителей по мощности в электрощите для повышения защиты оборудования, безопасности всей системы.

Расчет на основе нагрузки

Процесс расчета примерного сечения нужной проводки для квартиры можно произвести самостоятельно, сделать это не сложно. Однако все работы по устройству электросети в помещении следует доверять опытным специалистам.

Расчет поперечного сечения проводника производится в следующем порядке:

1. Все приборы, которые находятся в помещении и питаются от электросети, подсчитываются и заносятся в список.
2. Согласно имеющимся у приборов паспортам, записывается напротив каждого устройства значение номинальной мощности.
3. Определяется продолжительность подключения каждого прибора при одновременной работе, также вносится в список.
4. Рассчитывается поправочный коэффициент, который зависит от времени работы в сутки и вычисляется в процентном соотношении к 24 часам, записывается напротив каждого прибора.
5. После умножения номинальной мощности оборудования на поправочный коэффициент, производится суммирование всех полученных значений приборов списка.
6. Полученное значение необходимо найти в специальной таблице, в зависимости от выбранного материала проводки, прибавить к нему примерно 15 % «про запас».

ВАЖНО: Полученные цифры, как и указанные в паспорте устройств данные по номинальной мощности, являются усредненными показателями, поэтому следует прибавить еще 5 % к этим значениям.

Существует очень распространенное заблуждение о возможности монтажа проводки с различным диаметром сердцевины, в зависимости от потребителя. Это может привести к возгоранию (редко, но случается), разрушению изоляционного слоя, короткому замыканию, поскольку в одном помещении пущенная от одного распределителя электрика будет разрушительно действовать на несоответствующие по мощности светильники или другие мелкие потребители, запитанные на тонкие кабели. Такая ситуация не редкая для подключения нескольких электроприборов к одной точке, например, стиральной машины, кофеварки и мультиварки.

Особенности расчета мощности скрытой проводки

Если проводник расположен на поверхности и контактирует с воздухом, то получает большую возможность отдавать вырабатываемое тепло, сохраняя низкую температуру. Плотно упакованные провода не могут настолько хорошо остужаться за счет отсутствия циркулирующего воздуха, поэтому нагреваются более интенсивно.

Первое правило для монтажа скрытой проводки гласит о необходимости проведения расчетов с запасом примерно 20-30 %, чтобы в процессе эксплуатации избежать перегрева. Согласно второй норме, наличие нескольких проводников в одном канале требует запаса не меньше 40 %.

ВАЖНО: Единственный корректный способ вычисления сечения кабеля –значение потребляемой мощности.

Не рекомендуется делать плотную укладку кабелей, лучше для каждого из самостоятельных проводов оборудовать отдельную гофротрубу.

Расчет сечения кабеля по мощности

После произведения подсчета мощности для отдельного помещения или группы потребителей, следует провести вычисление силы тока в бытовой сети с напряжением 220 В. Для этого существует формула:

I = (P1 + P2 + … + Pn) / U220,
где:
I – искомая сила тока;
P1 … Pn – мощность каждого потребителя по списку – от первого до n-ого;
U220 – напряжение в сети, в нашем случае это 220 В.

Формула расчета для трехфазной сети с напряжением 380 В выглядит так:

I = (P1 + P2 + …. + Pn) / √3 / U380
где:
U380 – напряжение в трехфазной сети, равное 380 В.

Сила тока I, полученная в расчетах измеряется в Амперах, обозначается А.

Таблицы составляются согласно показателю пропускной способности металла в проводнике. Для меди это значение равно 10 А на 1 мм, для алюминия – 8 А на 1 мм.

Определить сечение согласно пропускной способности следует по такой формуле:

S = I / Z,
где:
Z – пропускная способность кабеля.

ПРИМЕР: Сеть бытовая с напряжением 220 В. Для кухни требуется рассчитать сечение проводника при учете подключения потребителей с общей мощностью 5 кВт.
I = (P1 + P2 + …. + Pn) / U220 = Pобщ / U220 = 5 000 / 220 = 22,73 ≈ 23 (А)
Для расчета запаса следует воспользоваться правилом «5 А», что означает к полученному значению прибавить еще 5 Ампер:
I = 23 + 5 = 28 (А)
Учитывая монтаж проводки с использованием трехжильных кабелей, по таблице для полученного значения тока минимальная площадь сечения провода будет равной 3 кв. мм.

Таблица соотношения величины тока и минимального сечения кабеля

Таблица мощности, тока и сечения медных проводов

Согласно ПЭУ, допускается расчет сечения проводника в зависимости мощности потребителей. Для медного сердечника кабеля приведены в таблице вычисления для сети с напряжением 380 В и 220 В.

Согласно данному документу, в жилых зданиях рекомендуется прокладывать кабеля с медными жилами. Для обеспечения питания инженерного оборудования некоторых типов допускается посредством алюминиевой проводки с минимальным сечением не менее 2,5 кв. мм.

Таблица мощности, тока и сечения алюминиевых проводов

Согласно данным таблицы, для определения сечения алюминиевой сердцевины проводки следует учитывать такие поправочные коэффициенты: согласно расположению (в земле, скрыто, открыто), по температурному режиму, в зависимости от влажности и т.п. В приведенной ниже таблицы расчеты верны для проводов с резиновой или пластмассовой изоляцией марок АППВ, ВВГ, АВВГ, ВПП, ППВ, ПВС, ВВП и др. Кабели с бумажным экранированием или без изоляции должны рассчитываться по соответствующим их типу таблицам.

Длина и сечение

Из полученного значения расчетов по сечению кабеля нужно определять допустимую длину электропроводки. Это особенно актуально при создании удлинителей. Точные значения, которые получаются в расчетах, дополнительно следует увеличивать на 15 см (коммутационный запас для обжима, сварки или пайки). Эта операция особенно важна для участков с большими дополнительными нагрузками при эксплуатации электросети.

Для бытового вычисления используется следующая формула:

I = P / U * cosφ,
где:
Р – мощность потребителей, Вт;
I – сила тока, А;
U – напряжение электросети, В;
сosφ = 1 – поправочный коэффициент поправки по фазе.

Плотность тока

Для медного кабеля с сечением сердечника 1 кв. мм среднее значение этого показателя варьируется в пределах от 6 до 10 А. По медной проводке с сечением 1 кв. мм может протекать ток, силой 6-10 А без перегрева или оплавления изоляционного покрытия. По стандартам ПЭУ, прибавляется 40 % запаса для защиты от возможного перегрева оболочек.

Нижняя граница в 6 А позволяет использовать проводку без ограничений по времени, верхняя, в 10 А – это допустимые значения кратковременных нагрузок на сеть. Возрастание силы тока до значения 12 А (большего за верхнюю границу для выбранного сечения) ведет к увеличению плотности тока, ее перегреву с последующим оплавлением защитной оболочки.

Заключение

Самостоятельный расчет толщины требуемого для проводки кабеля легко осуществляется без посторонней помощи. Если в помещении есть распределительных щиток с разведением потребителей по группам мощности, а также нет каких-то особых сложных систем в монтаже, то ремонтные работы можно произвести без привлечения специалистов. Однако наличие повышенных показателей температурного режима, влажности или подведения электричества от одного автоматического выключателя требует помощи профессионалов.