Calcolo della sezione del cavo in base alla potenza e alla corrente: come calcolare correttamente il cablaggio

Hai intenzione di farlo? ammodernamento della rete elettrica oppure prolungare ulteriormente la linea elettrica fino alla cucina per collegare un nuovo fornello elettrico? Qui sarà utile una conoscenza minima della sezione trasversale del conduttore e dell'effetto di questo parametro su potenza e corrente.

Concordare che un calcolo errato della sezione del cavo porta a surriscaldamento e cortocircuito o a costi ingiustificati.

È molto importante eseguire i calcoli in fase di progettazione, poiché si verifica un guasto cablaggio nascosto e la successiva sostituzione comporta costi significativi. Ti aiuteremo a comprendere la complessità dei calcoli al fine di evitare problemi nell'ulteriore funzionamento delle reti elettriche.

Per non appesantirvi con calcoli complessi, abbiamo selezionato formule e opzioni di calcolo chiare, presentato le informazioni in una forma accessibile e fornito le formule con spiegazioni. All'articolo sono state aggiunte anche foto tematiche e materiali video, che consentono di comprendere chiaramente l'essenza della questione in esame.

Calcolo della sezione trasversale per il potere del consumatore

Lo scopo principale dei conduttori è fornire energia elettrica ai consumatori nella quantità richiesta. Poiché i superconduttori non sono disponibili in condizioni operative normali, è necessario tenere conto della resistenza del materiale conduttore.

Calcolo della sezione richiesta conduttori e cavi a seconda della potenza totale dei consumatori si basa sull'esperienza operativa a lungo termine.

Iniziamo il corso generale dei calcoli eseguendo innanzitutto i calcoli utilizzando la formula:

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

Dove:

• P – la potenza di tutte le utenze collegate al ramo calcolato in Watt.
• P1, P2, PN – potenza rispettivamente del primo, del secondo e dell'ennesimo consumatore in Watt.

Dopo aver ricevuto il risultato alla fine dei calcoli utilizzando la formula sopra, è giunto il momento di passare ai dati tabellari.

Ora devi selezionare la sezione richiesta secondo la Tabella 1.

Tabella 1. La sezione del filo deve essere sempre scelta al lato maggiore più vicino (+)

Fase n. 1: calcolo della potenza reattiva e attiva

Le capacità dei consumatori sono indicate nei documenti dell'attrezzatura. In genere, le schede tecniche delle apparecchiature indicano la potenza attiva insieme alla potenza reattiva.

I dispositivi con un tipo di carico attivo convertono tutta l'energia elettrica ricevuta, tenendo conto dell'efficienza, in lavoro utile: meccanico, termico o di altro tipo.

I dispositivi con carichi attivi includono lampade a incandescenza, riscaldatori e stufe elettriche.

Per tali dispositivi, il calcolo della potenza in base alla corrente e alla tensione ha la forma:

P=U*I,

Dove:

• P – potenza in W;
• U – tensione in V;
• IO – forza attuale in A.

I dispositivi con carico di tipo reattivo sono in grado di accumulare energia proveniente da una fonte e poi restituirla. Questo scambio avviene a causa dello spostamento della sinusoide di corrente e della sinusoide di tensione.

A sfasamento nullo la potenza P=U*I ha sempre valore positivo. I dispositivi con un tipo di carico attivo hanno un tale grafico delle fasi di corrente e tensione (I, i - corrente, U, u - tensione, π - pi pari a 3,14)

I dispositivi con potenza reattiva includono motori elettrici, dispositivi elettronici di tutte le dimensioni e scopi e trasformatori.

Quando c'è uno sfasamento tra la sinusoide di corrente e quella di tensione, la potenza P=U*I può essere negativa (I, i - corrente, U, u - tensione, π - pi pari a 3,14). Un dispositivo di potenza reattiva restituisce l'energia immagazzinata alla fonte

Le reti elettriche sono costruite in modo tale da poter trasferire l'energia elettrica in una direzione dalla sorgente al carico.

Pertanto, l'energia restituita da un consumatore con un carico reattivo è parassitaria e viene sprecata nel riscaldamento dei conduttori e di altri componenti.

La potenza reattiva dipende dall'angolo di fase tra le sinusoidi di tensione e corrente. L'angolo di sfasamento è espresso tramite cosφ.

Per trovare la potenza totale, utilizzare la formula:

P = Q/cosφ,

Dove Q – potenza reattiva in VAR.

Tipicamente, la scheda tecnica del dispositivo indica la potenza reattiva e il cosφ.

Esempio: il passaporto del trapano a percussione indica una potenza reattiva di 1200 VAr e cosφ = 0,7.Pertanto il consumo energetico totale sarà pari a:

P = 1200/0,7 = 1714 W

Se non fosse possibile trovare il cosφ, per la stragrande maggioranza degli elettrodomestici il cosφ può essere assunto pari a 0,7.

Fase n. 2: ricerca della simultaneità e dei coefficienti di margine

K – coefficiente di simultaneità adimensionale, mostra quanti consumatori possono essere collegati alla rete contemporaneamente. Accade raramente che tutti i dispositivi consumino elettricità contemporaneamente.

È improbabile il funzionamento simultaneo del televisore e del centro musicale. Dalla pratica consolidata, K può essere assunto pari a 0,8. Se prevedi di utilizzare tutti i consumatori contemporaneamente, K dovrebbe essere impostato su 1.

J – fattore di sicurezza adimensionale. Caratterizza la creazione di una riserva di carica per i futuri consumatori.

Il progresso non si ferma: ogni anno vengono inventati nuovi dispositivi elettrici sorprendenti e utili. Si prevede che il consumo di elettricità crescerà dell’84% entro il 2050. In genere J viene considerato compreso tra 1,5 e 2,0.

Fase n. 3: esecuzione di calcoli utilizzando il metodo geometrico

In tutti i calcoli elettrici, viene presa l'area della sezione trasversale del conduttore: la sezione trasversale del nucleo. Misurato in mm².

Spesso è necessario imparare a calcolare correttamente diametro del filo fili conduttori.

In questo caso, esiste una semplice formula geometrica per un filo tondo monolitico:

S = π*R² =π*D²/4, o vice versa

D = √(4*S / π)

Per conduttori rettangolari:

S = h*m,

Dove:

• S – area centrale in mm²;
• R – raggio del nucleo in mm;
• D – diametro del nucleo in mm;
• h, m – larghezza e altezza, rispettivamente, in mm;
• π — pi greco è uguale a 3,14.

Se acquisti un filo a trefolo, in cui un conduttore è costituito da molti fili intrecciati di sezione rotonda, il calcolo viene eseguito secondo la formula:

S = N*D²/1,27,

Dove N – numero di fili nel nucleo.

I fili con nuclei intrecciati da più fili generalmente hanno una conduttività migliore rispetto a quelli monolitici. Ciò è dovuto alle peculiarità del flusso di corrente attraverso un conduttore a sezione circolare.

La corrente elettrica è il movimento di cariche simili lungo un conduttore. Le cariche simili si respingono a vicenda, quindi la densità di distribuzione della carica viene spostata verso la superficie del conduttore.

Un altro vantaggio dei fili intrecciati è la loro flessibilità e resistenza meccanica. I fili monolitici sono più economici e vengono utilizzati principalmente per l'installazione fissa.

Fase n. 4: calcolare in pratica la sezione trasversale di potenza

Compito: la potenza totale delle utenze in cucina è di 5000 W (il che significa che è stata ricalcolata la potenza di tutte le utenze reattive). Tutti i consumatori sono collegati a una rete monofase 220 V e sono alimentati da un ramo.

Tabella 2. Se si prevede di collegare ulteriori consumatori in futuro, la tabella mostra la potenza richiesta dei comuni elettrodomestici (+)

Soluzione:

Prendiamo il coefficiente di simultaneità K pari a 0,8. La cucina è un luogo di continua innovazione, non si sa mai, il fattore di sicurezza è J=2.0. La potenza totale stimata sarà:

P = 5000*0,8*2 = 8000 W = 8 kW

Utilizzando il valore della potenza calcolata, cerchiamo il valore più vicino nella Tabella 1.

La sezione trasversale del nucleo più vicina adatta per una rete monofase è un conduttore di rame con una sezione trasversale di 4 mm². Dimensioni del filo simili con anima in alluminio da 6 mm².

Per il cablaggio unipolare, il diametro minimo sarà rispettivamente di 2,3 mm e 2,8 mm.In caso di utilizzo di un'opzione multi-core, viene sommata la sezione trasversale dei singoli core.

Calcolo della sezione corrente

I calcoli della sezione trasversale di corrente e potenza richiesta di cavi e fili forniranno risultati più accurati.Tali calcoli consentono di valutare l'influenza complessiva di vari fattori sui conduttori, tra cui carico termico, marca di cavi, tipo di posa, condizioni operative, ecc.

L'intero calcolo viene eseguito nei seguenti passaggi:

• selezione del potere di tutti i consumatori;
• calcolo delle correnti che attraversano un conduttore;
• selezione di una sezione trasversale adeguata mediante tabelle.

Per questa opzione di calcolo, la potenza dei consumatori in termini di corrente e tensione viene presa senza tenere conto dei fattori di correzione. Verranno presi in considerazione quando si sommerà la forza attuale.

Fase n. 1: calcolo della forza attuale utilizzando formule

Per coloro che hanno dimenticato il corso di fisica scolastica, offriamo le formule di base sotto forma di diagramma grafico come cheat sheet visivo:

La "Ruota Classica" dimostra chiaramente la relazione delle formule e l'interdipendenza delle caratteristiche della corrente elettrica (I - intensità della corrente, P - potenza, U - tensione, R - raggio del nucleo)

Scriviamo la dipendenza della corrente I dalla potenza P e dalla tensione di linea U:

I = P/U_l,

Dove:

• IO — intensità di corrente, espressa in ampere;
• P — potenza in watt;
• U_l — tensione di linea in volt.

La tensione di linea dipende generalmente dalla fonte di alimentazione; può essere monofase o trifase.

Relazione tra tensione lineare e di fase:

1. U_l = U*cosφ in caso di tensione monofase.
2. U_l = U*√3*cosφ in caso di tensione trifase.

Per le utenze elettriche domestiche, è accettato cosφ=1, quindi la tensione lineare può essere riscritta:

1. U_l = 220 V per tensione monofase.
2. U_l = 380 V per tensione trifase.

Successivamente, riassumiamo tutte le correnti consumate utilizzando la formula:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Dove:

• IO – corrente totale in ampere;
• I1..IN – potenza attuale di ciascun consumatore in ampere;
• K – coefficiente di simultaneità;
• J - fattore sicurezza.

I coefficienti K e J hanno gli stessi valori di quelli utilizzati nel calcolo della potenza totale.

Potrebbe esserci un caso in cui in una rete trifase una corrente di intensità disuguale scorre attraverso diversi conduttori di fase.

Ciò accade quando le utenze monofase e trifase sono collegate contemporaneamente a un cavo trifase. Ad esempio, vengono alimentate una macchina trifase e un'illuminazione monofase.

Sorge spontanea una domanda: come viene calcolata la sezione trasversale di un filo a trefolo in questi casi? La risposta è semplice: i calcoli vengono effettuati in base al core più caricato.

Fase n. 2: selezione di una sezione adatta utilizzando le tabelle

Le regole operative per gli impianti elettrici (PEU) contengono una serie di tabelle per la selezione della sezione trasversale richiesta del conduttore del cavo.

La conduttività di un conduttore dipende dalla temperatura. Per i conduttori metallici, la resistenza aumenta con l'aumentare della temperatura.

Quando viene superata una certa soglia, il processo diventa autosufficiente: maggiore è la resistenza, maggiore è la temperatura, maggiore è la resistenza, ecc. fino a quando il conduttore non si brucia o provoca un cortocircuito.

Le due tabelle successive (3 e 4) mostrano la sezione dei conduttori in funzione delle correnti e del metodo di installazione.

Tabella 3. Innanzitutto, è necessario scegliere il metodo di posa dei cavi, questo determina l'efficacia del raffreddamento (+)

Un cavo differisce da un filo in quanto tutte le anime del cavo, dotate di proprio isolamento, sono attorcigliate in un fascio e racchiuse in una comune guaina isolante. Maggiori dettagli sulle differenze e sui tipi di prodotti via cavo sono scritti in questo articolo.

Tabella 4. Il metodo aperto è indicato per tutti i valori di sezione dei conduttori, tuttavia, in pratica, le sezioni inferiori a 3 mm2 non vengono posate aperte per motivi di resistenza meccanica (+)

Quando si utilizzano le tabelle, alla corrente continua consentita vengono applicati i seguenti coefficienti:

• 0,68 se 5-6 core;
• 0,63 se 7-9 core;
• 0,6 se 10-12 core.

I fattori di riduzione vengono applicati ai valori correnti dalla colonna "aperta".

Nel numero dei conduttori non sono compresi i conduttori di neutro e di terra.

Secondo gli standard PES, la selezione della sezione trasversale del conduttore neutro in base alla corrente continua consentita è effettuata almeno al 50% del conduttore di fase.

Le due tabelle successive (5 e 6) mostrano la dipendenza della corrente a lungo termine consentita durante la posa nel terreno.

Tabella 5. Dipendenze della corrente ammissibile a lungo termine per cavi in ​​rame posati in aria o terra

Il carico di corrente in caso di posa all'aperto e in caso di posa in profondità nel terreno è diverso. Sono accettati uguali se la posa nel terreno viene effettuata mediante cassette.

Tabella 6. Dipendenze della corrente continua ammissibile per cavi in ​​alluminio quando posati in aria o terra

Per l'installazione di linee di alimentazione temporanee (portanti, se ad uso privato), vale la seguente tabella (7).

Tabella 7. Corrente continua consentita quando si utilizzano tubi flessibili portatili, tubi flessibili e cavi portatili, cavi per proiettori, cavi portatili flessibili. Vengono utilizzati solo conduttori in rame

Quando si posano i cavi nel terreno, oltre alle proprietà di dissipazione del calore, è necessario tenere conto della resistività, che si riflette nella seguente tabella (8):

Tabella 8. Fattore di correzione in base al tipo e alla resistività del terreno per la corrente a lungo termine consentita, nel calcolo della sezione trasversale del cavo (+)

Calcolo e selezione dei nuclei di rame fino a 6 mm² o alluminio fino a 10 mm² viene effettuata come per la corrente continua.

Nel caso di sezioni trasversali di grandi dimensioni è possibile applicare un fattore di riduzione:

0,875 * √T_pv

Dove T_pv — rapporto tra la durata della commutazione e la durata del ciclo.

La durata dell'accensione non deve superare i 4 minuti. In questo caso il ciclo non deve superare i 10 minuti.

Quando si sceglie un cavo per la distribuzione dell'elettricità casa di legno Particolare attenzione è posta alla sua resistenza al fuoco.

Fase n. 3: calcolo della sezione trasversale attuale del conduttore utilizzando un esempio

Compito: calcolare la sezione richiesta cavo in rame per il collegamento:

• macchina per la lavorazione del legno trifase con potenza di 4000 W;
• saldatrice trifase con potenza di 6000 W;
• elettrodomestici presenti in casa con una potenza complessiva di 25.000 W;

Il collegamento verrà effettuato con un cavo a cinque conduttori (tre conduttori di fase, uno di neutro e uno di terra), interrato a terra.

L'isolamento dei cavi e dei fili è calcolato per una tensione operativa specifica. Va tenuto presente che la tensione operativa del suo prodotto indicata dal produttore deve essere superiore alla tensione di rete

Soluzione.

Passo 1. Calcoliamo la tensione lineare di una connessione trifase:

U_l = 220 * √3 = 380 V

Passo 2. Gli elettrodomestici, una macchina utensile e una saldatrice hanno potenza reattiva, quindi la potenza dei macchinari e delle attrezzature sarà:

P_quelli = 25000 / 0,7 = 35700 W

P_obor = 10000 / 0,7 = 14300 W

Passaggio n.3. Corrente richiesta per collegare gli elettrodomestici:

IO_quelli = 35700 / 220 = 162 A

Passaggio n.4. Corrente richiesta per collegare l'apparecchiatura:

IO_obor = 14300 / 380 = 38 A

Passaggio n.5. La corrente richiesta per il collegamento degli elettrodomestici viene calcolata in base a una fase. A seconda del problema, ci sono tre fasi. Pertanto, la corrente può essere distribuita tra le fasi. Per semplicità assumiamo una distribuzione uniforme:

IO_quelli = 162/3 = 54 A

Passaggio n.6. Corrente per fase:

IO_F = 38 + 54 = 92 A

Passaggio n.7. Le attrezzature e gli elettrodomestici non funzioneranno contemporaneamente, inoltre accantoneremo una riserva di 1,5. Dopo aver applicato i fattori di correzione:

IO_F = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Passaggio n.8. Sebbene il cavo contenga 5 nuclei, vengono presi in considerazione solo i nuclei trifase. Secondo la Tabella 8 nella colonna cavo tripolare interrato troviamo che una corrente di 115 A corrisponde ad una sezione del conduttore di 16 mm².

Passaggio n.9. Secondo la tabella 8 applichiamo un fattore di correzione in base alle caratteristiche del terreno. Per un tipo normale di terra, il coefficiente è 1.

Passaggio n.10. Facoltativo, calcolare il diametro del nucleo:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Se il calcolo venisse effettuato solo in base alla potenza, senza tener conto delle peculiarità della posa del cavo, la sezione trasversale del nucleo sarebbe di 25 mm². Calcolare l'intensità di corrente è più complicato, ma a volte consente di risparmiare denaro significativo, soprattutto quando si tratta di cavi di alimentazione multi-core.

Puoi leggere di più sulla relazione tra valori di tensione e corrente Qui.

Calcolo della caduta di tensione

Qualsiasi conduttore, ad eccezione dei superconduttori, ha resistenza. Pertanto, se il cavo o il filo è sufficientemente lungo, si verifica una caduta di tensione.

Gli standard PES richiedono che la sezione trasversale del conduttore del cavo sia tale che la caduta di tensione non sia superiore al 5%.

Tabella 9. Resistività dei comuni conduttori metallici (+)

Ciò riguarda principalmente i cavi a bassa tensione di piccola sezione.

Il calcolo della caduta di tensione è il seguente:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_tampone = Io*R,

U_% = (U_tampone /u_lin) * 100,

Dove:

• 2 – coefficiente dovuto al fatto che la corrente scorre necessariamente attraverso due fili;
• R – resistenza del conduttore, Ohm;
• ρ — resistività del conduttore, Ohm*mm²/M;
• S – sezione del conduttore, mm²;
• U_tampone – caduta di tensione, V;
• U_% - caduta di tensione relativa a U_lin,%.

Utilizzando le formule, puoi eseguire in modo indipendente i calcoli necessari.

Esempio di calcolo del trasporto

Compito: calcolare la caduta di tensione per un filo di rame con una sezione di un conduttore di 1,5 mm². Il filo è necessario per collegare una saldatrice elettrica monofase con una potenza totale di 7 kW. Lunghezza cavo 20 mt.

Chi volesse collegare una saldatrice domestica ad una derivazione della rete elettrica dovrà tenere conto della corrente di setaccio per la quale è predisposto il cavo utilizzato. È possibile che la potenza totale dei dispositivi operativi sia maggiore. L'opzione migliore è collegare i consumatori a filiali separate

Soluzione:

Passo 1. Calcoliamo la resistenza del filo di rame utilizzando la Tabella 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Passo 2. Corrente che scorre attraverso il conduttore:

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Passaggio n.3. Caduta di tensione sul filo:

U_tampone = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Passaggio n.4. Calcoliamo la percentuale di caduta di tensione:

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Conclusione: per collegare la saldatrice è necessario un conduttore di grande sezione.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Calcolo della sezione trasversale del conduttore utilizzando le formule:

Raccomandazioni di specialisti sulla selezione di cavi e fili:

I calcoli sopra riportati sono validi per conduttori in rame e alluminio per uso industriale. Per gli altri tipi di conduttori il trasferimento termico totale è precalcolato.

Sulla base di questi dati viene calcolata la corrente massima che può fluire attraverso il conduttore senza provocare un riscaldamento eccessivo.

Se hai domande sul metodo di calcolo della sezione trasversale del cavo o desideri condividere la tua esperienza personale, lascia un commento su questo articolo.La sezione di revisione si trova di seguito.