Выбор сечения кабельных жил — один из ключевых моментов проектирования внутренних электросетей любого объекта, от жилой квартиры и дачного дома, до промышленного предприятия или другого крупного объекта с множеством разнородных потребителей.
Рассмотрим тонкости и нюансы процесса подробнее вместе с экспертами компании «Невал».
Методика выбора сечения токоведущих жил
Протекание электрического тока сопровождается нагревом проводника. При этом одновременно осуществляется отдача тепла в окружающую среду. Через некоторое время нагрев и охлаждение токоведущей жилы уравновешиваются, ее температура принимает постоянное значение. Основной критерий выбора сечения проводников для низковольтных сетей — допустимый длительный нагрев, то есть температура, при которой кабель не разрушается и не теряет свойств в течение проектного срока службы.
Согласно ПУЭ актуальной редакции, температура проводника под нагрузкой не должна быть выше допустимого справочного значения. Ее величина зависит:
- от силы протекающего тока (нагрузки);
- от материала проводника (медь, алюминий);
- от типа оболочки и жильной изоляции (резина, пластмасса, ПВХ, отсутствие изоляции и т.д.);
- от способа прокладки (групповая, одиночная, в трубе, в кабель-канале, в земле, по воздуху и т.д).
Токовая нагрузка рассчитывается по формуле I=P/(√3×U×cos φ), где I — искомая сила тока, cos φ — коэффициент мощности нагрузки, Р — мощность потребителей, U — трехфазное напряжение. Для однофазной сети ток определяется по выражению I=P/ (U×cos φ).
По найденной силе тока выбирают сечение кабельных жил из таблиц, представленных в разделе 3 первой главы ПУЭ 7 с учетом способа прокладки, материала жил и изоляции проводников.
При длине кабельной линии более 40 м решение требуется поверить по допустимому падению напряжения. Чем длиннее кабель, тем выше его сопротивление, тем сильнее уменьшается напряжение в линии. Для этого применяют формулу ΔU = √3 ×I×L×cos φ/γ×S, где ΔU — потери напряжения в линии, I — ток нагрузки, L — длина кабеля, cos φ — коэффициент мощности нагрузки, γ — удельная проводимость (для меди 53 м/Ом, для алюминия 32 м/Ом), S — предварительно выбранное сечение проводника из таблицы. Вычисленное падение напряжения должно удовлетворять условию ΔU = 0,05 Uн, где Uн — номинальное напряжение в сети. Короткие кабельные линии по данному условию можно не проверять.
Согласно ПУЭ, выбор сечения также проверяют по экономической плотности тока: Sэк = I / jэк, где Sэк — сечение проводников, I — ток нагрузки, jэк – справочное значение, принятое на основании конструкции проводящих изделий, материала жил и изоляции, количества часов в год при максимальной нагрузке линии. Округленные результаты выбора по предельному длительному нагреву и экономической плотности должны примерно совпадать. Проверка по данным условиям не обязательна для низковольтных сетей с максимальной нагрузкой менее 5000 часов в год.
Предусмотрена также проверка по току срабатывания защиты от перегрузки или короткого замыкания. Это необходимо для того, чтобы кабель не разрушился до того, как сработает автоматический выключатель. При выборе должно соблюдаться условие Iдл.доп ≥ Iу, где Iдл.доп — длительно допустимый ток для кабеля, Iу — ток уставки защиты.
Кроме того, сечение кабельных жил должно удовлетворять требованиям к механической прочности линии. Для мобильного промышленного оборудования минимальное сечение —16 мм2, для стационарного — 10 мм2, для осветительных сетей — 4–2,5 мм2.
В ряде случаев в сетях квартир и частных домов сечение проводников не рассчитывают. Его величину принимают «на глаз» исходя из таблиц выбора кабеля по мощности потребителей. Однако при наличии мощного оборудования (больших климатических систем, бытовых насосов, электрических котлов, домашних станков) сечение лучше выбрать по методике ПУЭ. Расчеты также необходимы при проектировании электроснабжения промышленных цехов и предприятий, других крупных объектов.
Ошибки при выборе могут привести к коротким замыканиям, связанных с ними авариям и пожарам, длительным отключениям электроэнергии, существенному повышению стоимости устройства электросети. Поэтому вычисления и выбор сечения лучше доверить специализированной организации.