Kalkulator przekroju przewodu

Metoda obliczania przekroju przewodu

Ten kalkulator przekroju przewodu według mocy i prądu określa wymagany przekrój żyły miedzianej lub aluminiowej na podstawie prądu obciążenia albo mocy czynnej. Obliczenia uwzględniają instalację jednofazową lub trójfazową, długość linii, współczynnik mocy cosφ, sposób ułożenia, rezystancję i reaktancję przewodu oraz dopuszczalny spadek napięcia.

Końcowy przekrój kabla jest wybierany ze standardowego szeregu tak, aby jednocześnie spełnić dwa warunki: dopuszczalna obciążalność prądowa przewodu nie może być mniejsza niż obliczony prąd obciążenia, a spadek napięcia nie może przekraczać limitu określonego przez użytkownika.

Wartości orientacyjne i zalecenia

Wyznaczanie prądu obciążenia

Obliczenie na podstawie prądu. Jeśli prąd obciążenia zostanie podany bezpośrednio w amperach, ta wartość jest używana do dalszego doboru przekroju przewodu. Odpowiadająca moc czynna jest obliczana na podstawie napięcia sieci i współczynnika mocy.

Dla instalacji jednofazowej:

P = U · I · cosφ

Dla instalacji trójfazowej:

P = √3 · U · I · cosφ

Obliczenie na podstawie mocy. Jeśli podana zostanie moc czynna P w watach, najpierw obliczany jest prąd I w amperach. Dla instalacji jednofazowej używane jest napięcie między fazą a przewodem neutralnym. Dla instalacji trójfazowej używane jest napięcie międzyfazowe.

Dla instalacji jednofazowej:

I = P / (U · cosφ)

Dla instalacji trójfazowej:

I = P / (√3 · U · cosφ)

Przy tej samej mocy całkowitej prąd w instalacji trójfazowej jest zwykle niższy niż w instalacji jednofazowej. Na przykład przy P = 3500 W, cosφ = 0,95 i napięciu 400 V obliczony prąd trójfazowy wynosi około 5,32 A.

Współczynnik mocy. Wartość cosφ określa stosunek mocy czynnej do mocy pozornej. Dla obciążeń głównie rezystancyjnych wartość jest zwykle bliska 1. Dla silników i obciążeń mieszanych często przyjmuje się orientacyjny zakres 0,8-0,95. Składowa bierna jest obliczana jako:

sinφ = √(1 - cos2φ)

Obciążalność prądowa i sposoby ułożenia

Dopuszczalna obciążalność prądowa. Dla każdego standardowego przekroju przewodu kalkulator porównuje obliczony prąd z długotrwale dopuszczalną obciążalnością prądową żyły. W obliczeniach wykorzystywane są tabele B.52.2 i B.52.4 normy IEC 60364-5-52 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia - Część 5-52: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego - Oprzewodowanie” oraz odpowiadający jej zharmonizowany dokument europejski HD 60364-5-52.

Tabela B.52.2 jest stosowana dla dwóch obciążonych przewodów, co odpowiada obwodowi jednofazowemu. Tabela B.52.4 jest stosowana dla trzech obciążonych przewodów w obwodzie trójfazowym. Dlatego ten sam prąd w instalacji jednofazowej i trójfazowej może odpowiadać różnej dopuszczalnej obciążalności prądowej tego samego przekroju przewodu.

Warunki wartości tabelarycznych. Obliczenia wykorzystują wartości dla przewodów z izolacją PVC, maksymalną temperaturą żyły 70 °C i referencyjną temperaturą otoczenia 30 °C. W tych warunkach referencyjnych współczynnik korekcyjny temperatury dla tabelarycznej obciążalności prądowej wynosi 1,00.

Stosowanych jest pięć referencyjnych sposobów ułożenia według IEC 60364-5-52:

• A1 - izolowane przewody jednożyłowe w rurze w ścianie izolowanej termicznie.
• A2 - kabel wielożyłowy w rurze w ścianie izolowanej termicznie.
• B1 - izolowane przewody jednożyłowe w rurze na ścianie.
• B2 - kabel wielożyłowy w rurze na ścianie.
• C - kabel jednożyłowy lub wielożyłowy bezpośrednio na ścianie.

Różnice między tymi sposobami ułożenia wynikają głównie z warunków odprowadzania ciepła. Im gorsze chłodzenie przewodu, tym niższy dopuszczalny prąd dla tego samego przekroju.

Na przykład dla przewodu miedzianego 1,5 mm² przy dwóch obciążonych przewodach dopuszczalny prąd wynosi od 14 A dla metody A2 do 19,5 A dla metody C. Przy trzech obciążonych przewodach zakres dla tego samego przekroju wynosi od 13 A do 17,5 A.

Standardowe przekroje przewodów. Dla miedzi kontrola obciążalności prądowej obejmuje przekroje 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 i 300 mm². Dla aluminium stosowany jest zakres od 2,5 do 300 mm². Nominalne przekroje przewodów odpowiadają szeregowi stosowanemu w EN 60228 „Żyły przewodów i kabli izolowanych”.

Korekcja dla obwodów grupowanych. Prądy tabelaryczne są stosowane jako wartości bazowe dla jednego obwodu. Nie jest stosowany dodatkowy współczynnik redukcyjny dla kilku obciążonych obwodów ułożonych razem, dlatego dla tego wpływu przyjmowany jest współczynnik 1,00.

Rezystancja przewodu i temperatura

Rezystancja przewodu. Spadek napięcia jest obliczany na podstawie rezystancji przewodu na całej długości linii. Bazowe wartości rezystancji odnoszą się do temperatury 20 °C, a następnie są korygowane dla podanej temperatury przewodu.

RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]

R₂₀ oznacza rezystancję jednego metra przewodu przy 20 °C, L oznacza długość linii w metrach, T oznacza podaną temperaturę w °C, α jest temperaturowym współczynnikiem rezystancji, a k_m jest współczynnikiem materiałowym.

Dla miedzi stosowane są α = 0,00393 1/°C oraz km = 1,00. Dla aluminium stosowane są α = 0,00403 1/°C oraz km = 1,58. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie więc rezystancja przewodu i spadek napięcia.

Zastosowanie wartości temperatury. Podana temperatura służy do korekty rezystancji przewodu w obliczeniu spadku napięcia. Nie zmienia ona tabelarycznej obciążalności prądowej, która nadal opiera się na warunkach referencyjnych IEC 60364-5-52: izolacji PVC, temperaturze żyły 70 °C i temperaturze otoczenia 30 °C.

Spadek napięcia

Całkowita impedancja linii. Oprócz rezystancji R obliczenia uwzględniają również reaktancję X. W zależności od przekroju przewodu stosowane są jednostkowe wartości reaktancji od około 0,071 do 0,133 Ω/km.

Dla instalacji jednofazowej spadek napięcia jest obliczany jako:

ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)

Dla instalacji trójfazowej:

ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)

Współczynnik 2 w formule jednofazowej uwzględnia drogę prądu przez dwa przewody. W instalacji trójfazowej stosowany jest współczynnik √3 zgodnie z zależnością między wielkościami liniowymi i fazowymi.

Spadek napięcia w procentach. Obliczona wartość ΔU w woltach jest przeliczana na procent napięcia znamionowego:

ΔU% = ΔU / U · 100

Napięcie dostępne na obciążeniu jest obliczane jako:

Uload = U - ΔU

Dla typowych obwodów niskiego napięcia dopuszczalny spadek napięcia około 3-5 % jest często stosowany jako praktyczna wartość orientacyjna. Konkretny limit należy dobrać odpowiednio do przeznaczenia obwodu oraz wymagań właściwego krajowego wdrożenia HD 60364.

Wybór końcowego przekroju kabla

Kontrola obciążalności prądowej. Kalkulator sprawdza kolejno standardowe przekroje przewodów i wybiera najmniejszy przekrój, dla którego tabelaryczny dopuszczalny prąd nie jest mniejszy niż obliczony prąd obciążenia.

Kontrola spadku napięcia. Niezależnie wyznaczany jest minimalny przekrój przewodu, dla którego obliczony spadek napięcia nie przekracza procentu określonego przez użytkownika.

Wybór końcowy. Jeśli obie kontrole dają różne wyniki, wybierany jest większy przekrój przewodu. Na przykład jeśli 10 mm² wystarcza pod względem obciążalności prądowej, ale do spełnienia limitu spadku napięcia potrzebne jest 16 mm², wynikiem końcowym będzie 16 mm².

Ta metoda uwzględnia zarówno nagrzewanie przewodu, jak i straty elektryczne w linii. Przy krótkiej linii końcowy przekrój kabla jest często wyznaczany przez obciążalność prądową, natomiast przy dłuższych liniach warunkiem ograniczającym może stać się spadek napięcia.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego instalacja trójfazowa może wymagać mniejszego przekroju kabla przy tej samej mocy?

Przy tej samej całkowitej mocy czynnej prąd w instalacji trójfazowej jest obliczany z użyciem współczynnika √3 i zwykle jest znacznie niższy. Mniejszy prąd zmniejsza wymagania zarówno dotyczące obciążalności prądowej, jak i spadku napięcia. Końcowy przekrój przewodu nie może jednak być mniejszy niż najmniejszy przekrój uwzględniony w odpowiedniej tabeli IEC.

Dlaczego kalkulator przekroju przewodu może zalecić 1,5 mm² miedzi nawet przy małym prądzie?

Dla przewodów miedzianych tabele IEC 60364-5-52 używane przez kalkulator zaczynają się od przekroju 1,5 mm². Na przykład dla sposobu ułożenia C i trzech obciążonych przewodów ten przekrój ma dopuszczalny prąd 17,5 A. Dlatego obliczenia nie zmniejszają przekroju miedzianego poniżej 1,5 mm², nawet jeśli sam prąd obciążenia pozwalałby na mniejszy przekrój.

Dlaczego sposób ułożenia ma tak duży wpływ na wymagany przekrój kabla?

Dopuszczalny prąd zależy od tego, jak skutecznie kabel może oddawać ciepło do otoczenia. Kabel ułożony bezpośrednio na ścianie zwykle chłodzi się lepiej niż przewody prowadzone w rurze lub w konstrukcji izolowanej termicznie. Dlatego ten sam prąd obciążenia może prowadzić do wyboru różnych przekrojów kabla dla metod A1, A2, B1, B2 i C.

Dlaczego długa linia może wymagać większego przekroju kabla nawet przy małym prądzie?

Rezystancja rośnie proporcjonalnie do długości przewodu, dlatego wraz ze wzrostem długości linii zwiększa się także spadek napięcia. Kabel może w pełni spełniać wymaganie dotyczące obciążalności prądowej, a mimo to przekraczać określony limit spadku napięcia. W takim przypadku kalkulator wybiera następny odpowiedni większy przekrój przewodu.

Jak temperatura wpływa na obliczenie przekroju przewodu?

Wraz ze wzrostem temperatury rośnie rezystancja elektryczna miedzi i aluminium, co zwiększa obliczony spadek napięcia. Do tej korekty stosowane są współczynniki temperaturowe 0,00393 1/°C dla miedzi i 0,00403 1/°C dla aluminium. Tabelaryczna obciążalność prądowa nadal opiera się na warunkach referencyjnych IEC dla izolacji PVC: temperaturze żyły 70 °C i temperaturze otoczenia 30 °C.