Pro dlouhou a spolehlivou kabelovou službu je třeba ji správně vybrat a vypočítat. Elektrikáři při instalaci elektroinstalace většinou volí průřez vodičů především na základě zkušeností. Někdy to vede k chybám. Výpočet průřezu kabelu je nutný především z hlediska elektrické bezpečnosti. Bude chybné, pokud je průměr vodiče menší nebo větší, než je požadováno.
Příliš nízká část kabelu
Tento případ je nejnebezpečnější, protože se vodiče přehřívají vysokou proudovou hustotou, přičemž se taví izolace a dochází ke zkratu. To může také zničit elektrické zařízení, způsobit požár a pracovníci mohou být pod napětím. Pokud nainstalujete jistič kabelu, bude fungovat příliš často, což způsobí určité nepohodlí.
Sekce kabelu je vyšší, než je požadováno
Hlavním faktorem je zde ekonomický. Čím větší je průřez drátu, tím je dražší. Pokud provedete elektroinstalaci celého bytu s velkou rezervou, bude to stát velké množství. Někdy je vhodné provést hlavní vstup většího průřezu, pokud se očekává další zvýšení zátěže domácí sítě.
Pokud nastavíte příslušný jistič pro kabel, následující linky budou přetíženy, když některý z nich nevypne jistič.
Jak vypočítat velikost kabelu?
Před instalací je vhodné vypočítat průřez kabelu podle zatížení. Každý vodič má určitý výkon, který by neměl být menší než výkon připojených elektrických spotřebičů.
Výpočet výkonu
Nejjednodušší způsob je vypočítat celkové zatížení vstupního vodiče. Výpočet průřezu kabelu podle zatížení se redukuje na stanovení celkového výkonu spotřebičů. Každý z nich má svou vlastní nominální hodnotu uvedenou na pouzdře nebo v pasu. Poté se celkový výkon vynásobí faktorem 0,75. Důvodem je skutečnost, že všechna zařízení nelze zapnout současně. Pro konečné určení požadované velikosti se používá tabulka výpočtu průřezu kabelu.
Výpočet průřezu kabelu podle proudu
Přesnější metodou je výpočet aktuálního zatížení. Průřez kabelu se vypočítá určením proudu, který jím prochází. Pro jednofázovou síť se použije vzorec:
Icalc.=P/(Unom∙cosφ),
kde P - výkon zátěže, Unom. - síťové napětí (220 V).
Pokud je celkový výkon aktivních zátěží v domě 10kW, pak jmenovitý proud Icalc.=10000/220 ≈ 46 A. Když se průřez kabelu vypočítá podle proudu, provede se korekce na podmínky pro položení kabelu (uvedené v některých speciálních tabulkách), jakož i přetížení při zapínání elektrických spotřebičů přibližně nad 5 A. Výsledkem je, že Icalc.=46 + 5=51 A.
Tloušťka jader je určena referenční knihou. Výpočet průřezu kabelu pomocí tabulek usnadňuje nalezení správné velikosti pro trvalý proud. Pro třížilový kabel položený do domu vzduchem musíte zvolit hodnotu ve směru většího standardního úseku. Je to 10 mm2. Správnost vlastního výpočtu lze zkontrolovat pomocí online kalkulátoru - výpočet průřezu kabelu, který lze nalézt na některých zdrojích.
Zahřívání kabelu během proudění
Když zátěž běží, v kabelu se generuje teplo:
Q=I2Rn w/cm, kde I je proud, R je elektrický odpor, n je počet jader.
Z výrazu vyplývá, že množství uvolněného výkonu je úměrné druhé mocnině proudu protékajícího drátem.
Výpočet povoleného proudu podle teploty ohřevu vodiče
Kabel se nemůže zahřívat donekonečna, protože teplo je odváděno do okolí. Nakonec nastane rovnováha a ustaví se konstantní teplota vodičů.
Pro stabilní proces platí poměr:
P=∆t/∑S=(tw - tav)/(∑S),
kde ∆t=tw-tav - rozdíl mezi teplotou média a jádra, ∑S - teplotní odolnost.
Dlouhodobě přípustný proud procházející kabelem se zjistí z výrazu:
Iadd=√((tadd - tav)/(Rn ∑S)),
kde tdalší - přípustná teplota ohřevu jádra (závisí na typu kabelu a způsobu instalace). Obvykle je 70 stupňů v normálním režimu a 80 v nouzovém režimu.
Podmínky odvodu tepla při běžícím kabelu
Když je kabel položen v prostředí, odvod tepla je určen jeho složením a vlhkostí. Vypočtený měrný odpor zeminy se obvykle předpokládá 120 Ohm∙°C/W (jíl s pískem při obsahu vlhkosti 12-14%). Pro upřesnění byste měli znát složení média, po kterém zjistíte odolnost materiálu podle tabulek. Pro zvýšení tepelné vodivosti je příkop pokrytý hlínou. Přítomnost stavební suti a kamenů v něm není povolena.
Přenos tepla z kabelu vzduchem je velmi nízký. Ještě více se zhoršuje při pokládce do kabelového kanálu, kde se objevují další vzduchové vrstvy. Zde by se mělo snížit aktuální zatížení oproti vypočtenému. V technických charakteristikách kabelů a vodičů je uvedena přípustná teplota zkratu, která je u izolace PVC 120 °C. Odolnost půdy je 70% z celkového počtu a je hlavní ve výpočtech. Postupem času se vodivost izolace zvyšuje s vysycháním. To je třeba vzít v úvahu při výpočtech.
Pokles napětí kabelu
Vzhledem k tomu, že vodiče mají elektrický odpor, část napětí se spotřebuje na jejich ohřev a ke spotřebiteli přichází méně než na začátku linky. Výsledkem je ztráta potenciálu podél délky drátu v důsledku tepelných ztrát.
Kabel musí být vybrán nejen podle průřezu, aby byl zajištěn jeho výkon, ale také vzít v úvahu vzdálenost, na kterou se přenáší energie. Zvýšení zátěže vede ke zvýšení proudu procházejícího vodičem. Zároveň se zvyšují ztráty.
Na reflektory je přivedeno malé napětí. Pokud se mírně sníží, je to okamžitě patrné. Pokud zvolíte špatné vodiče, žárovky umístěné dále od zdroje vypadají matně. Napětí se v každém dalším úseku výrazně snižuje a to se projevuje na jasu osvětlení. Proto je nutné vypočítat průřez kabelu po délce.
Nejdůležitější částí kabelu je spotřebič umístěný nejdále od zbytku. Ztráty jsou uvažovány převážně pro toto zatížení.
Na části L vodiče bude úbytek napětí:
∆U=(Pr + Qx)L/Un,
kde P a Q jsou činný a jalový výkon, ra x jsou činné a reaktance sekce L a Un - jmenovité napětí, při kterém zátěž normálně funguje.
Přípustné ∆U ze zdrojů napájení na hlavní vstupy nepřesahují ±5 % pro osvětlení obytných budov a silových obvodů. Od vstupu k zátěži by ztráty neměly být větší než 4 %. U dlouhých vedení je třeba vzít v úvahu indukční reaktanci kabelu, která závisí na vzdálenosti mezi sousedními vodiči.
Metody propojování spotřebitelů
Zátěže lze připojit různými způsoby. Nejběžnější jsou následující způsoby:
- na konci sítě;
- spotřebitelé jsou rovnoměrně rozmístěni podél linky;
- linka s rovnoměrně rozloženým zatížením je připojena k prodloužené sekci.
Příklad 1
Výkon spotřebiče je 4 kW. Délka kabelu je 20 m, měrný odpor ρ=0,0175 Ohm∙mm2.
Proud je určen ze vztahu: I=P/Unom=4∙1000/220=18,2 A.
Poté se vezme tabulka výpočtu průřezu kabelu a vybere se vhodná velikost. U měděného drátu to bude S=1,5 mm2.
Vzorec výpočtu průřezu kabelu: S=2ρl/R. Pomocí něj můžete určit elektrický odpor kabelu: R=2∙0,0175∙20/1, 5=0,46 Ohm.
Ze známé hodnoty R můžeme určit ∆U=IR/U∙100 %=18,2100∙0,46/220∙100=3,8 %.
Výsledek výpočtu nepřesahuje 5 %, což znamená, že ztráty budou přijatelné. V případě velkých ztrát by bylo nutné zvětšit průřez žil kabelu volbou sousedního většího rozměru ze standardní řady - 2,5 mm2.
Příklad 2
Tři světelné okruhy jsou zapojeny paralelně k sobě na jedné fázi zátěžově vyváženého třífázového vedení, které se skládá ze čtyřvodičového kabelu 70 mm2 50 m dlouhé a nesoucí proud 150 A. Pro každouosvětlovací vedení o délce 20 m nese proud 20 A.
Ztráty mezi fázemi při skutečné zátěži jsou: ∆Uphase=150∙0,05∙0,55=4,1 V. Nyní musíte určit ztrátu mezi neutrálem a fázi, protože osvětlení je připojeno k napětí 220 V: ∆Ufn=4, 1/√3=2, 36 V.
Na jednom připojeném okruhu osvětlení bude úbytek napětí: ∆U=18∙20∙0, 02=7, 2 V. Celkové ztráty jsou určeny součtem Utotal=(2, 4+7, 2)/230∙100=4,2 %. Vypočtená hodnota je pod přípustnou ztrátou, která je 6 %.
Závěr
Pro ochranu vodičů před přehřátím při dlouhodobé zátěži se pomocí tabulek vypočítá průřez kabelu podle dlouhodobě přípustného proudu. Kromě toho je nutné správně vypočítat vodiče a kabely, aby ztráta napětí v nich nebyla větší než normální. Současně se s nimi sečtou ztráty v napájecím obvodu.
