Из чего состоит кабель и по каким параметрам выполняется его подбор?
Электрический силовой провод – это одинарная токопроводящая жила, которая может состоять из одного или нескольких проводников. В основном он изготавливается из меди. Такой материал обладает меньшим сопротивлением и, соответственно, нагревом, а также стойкостью к многократным изгибам по сравнению с алюминием. Провод имеет изоляционный материал для защиты пользователей от поражения током и само изделие от повреждений.
В одном кабеле может быть несколько проводов. Для любой электропроводки требуется качественный кабель с определенной длиной, сечением жил и количеством проводов. Разберем подробнее эти параметры.
| Параметр | Описание |
| Количество жил |
Для однофазной сети 220/230 В применяется трехжильный (L – фазный, N – нулевой и PE – защитный) или двухжильный (L – фазный и N – нулевой), если не предусмотрена система заземления. Для трехфазной проводки потребуется уже пяти- (L1, L2, L3 – фазные, N – нейтральный и PE – защитный) или четырехжильный. При этом для подключения однофазной нагрузки могут использоваться трех- или двухжильные. |
| Сечение |
Сечение провода – это площадь разреза его жилы, по которой проходит ток. Чем больше сечение, тем меньше сопротивление и, соответственно, нагрев, а значит выше его пропускная способность передаваемой мощности и незначительнее потери напряжения. В бытовых электропроводках обычно используется кабель с сечением:
|
| Длина |
Может быть вычислена измерением длины каждого отрезка, где он будет прокладываться. В помещениях для расчёта выполняется разметка расположения розеток, мощного оборудования, датчиков, осветительных приборов и их выключателей, на улице – расстояние прокладки кабеля до объекта по всем поверхностям. Отрезки суммируются и к итоговому значению добавляется запас 10-15% от общей длины. |
Понятие потери напряжения в проводниках
Потеря напряжения представляет собой разность значения вольтажа в начальной (источник питания) и конечной (потребители) точках электрической линии. Ток, проходящий по проводу, увеличивает сопротивление проводника, из-за чего вольтаж постепенно падает. Чем выше ток и длиннее проводник, тем значительнее будет такое падение.
Данная ситуация неизбежно возникает при транспортировке электроэнергии по проводам и на высоковольтных линиях электропередач и в домашних электросетях.
Это происходит следующим образом. При значительной длине провода сила тока сталкивается с большим сопротивлением. Из-за этого напряжение будет постепенно снижаться, а проводник перегреваться, особенно, если на другом его конце установлены мощные потребители. Такая ситуация не только скажется на работе оборудования, но и может вызвать оплавление изоляции кабеля, спровоцировав КЗ.
Проблему больших потерь электроэнергии можно часто встретить в СНТ. Когда в домах, расположенных рядом с трансформаторной подстанцией в сети всегда 250 В, а на дальних участках при больших нагрузках в розетках часто появляется не более 200 В. В этом случае наблюдается прямая зависимость напряжения от длины проводников. Линии большой протяженности обладают высокими потерями по сравнению с короткими отрезками с одинаковым сечением проводов.
При прокладке кабеля на объекте с большим пространством (частный дом, предприятие или офис) всегда важно учитывать возможные потери вольтажа, исходя от длины проводника. Хоть они могут быть и не значительными, для работы некоторых электроприборов это будет неприемлемо. Особенно, если к сети подключена электрочувствительная нагрузка (энергозависимый газовый котел, циркуляционные насосы и др.). Наиболее приемлемым показателем потерь в проводах считается не более 5%.
Способность кабеля выдержать максимальные нагрузки зависит и от размера сечения проводов. При большой длине электропроводки можно использовать кабель с жилами большой толщины, то есть с запасом, чтобы исключить его перегрев и значительную потерю напряжения. Все требования и нормативы по выбору сечения проводов указаны в ПУЭ, также их можно найти в открытых источниках в виде таблиц. О том, как выбрать кабель для электропроводки в доме, можно узнать в нашей статье.
Влияние потерь напряжения на эффективность работы электрооборудования
Снижение напряжения в электросети может негативно отразиться на работе электротехники:
- ухудшение запуска приборов, в составе которых присутствуют электромоторы (стиральных машин, электроинструментов, холодильников и насосов) и увеличение их пускового тока;
- перегрев изоляции кабелей;
- уменьшение яркости свечения ламп и их мерцание;
- сокращение срока службы приборов, которым требуется вольтаж не менее 220 В;
- сбои в работе электрочувствительной аппаратуры (электроники газового котла);
- длительный нагрев бойлера и другой нагревательной техники.
Расчет потерь напряжения в зависимости от длины и сечения кабеля
Важно отметить, что расчёт потерь с учетом сечения и длины кабеля имеет серьезное значение только при его прокладке на большие расстояния (примерно от 45 м) и наличии в конечной точке электрочувствительных приборов, для которых критичен даже небольшой провал вольтажа.
Если потребуется длинный кабель, то расчет характеристик можно выполнить с помощью онлайн-калькуляторов в сети интернет или по нескольким формулам. Рассмотрим их подробнее.
1) Сначала нужно определить сопротивление проводника, исходя из общей длины кабеля:
R = (P х L) / S, где:
- P – удельное сопротивление жилы – для медных проводов – 0,0175 (Ом*мм2/м)
- L – длина провода (м)
- S – сечение (мм2)
- R – сопротивление жилы с учетом длины провода (Ом)
2) Затем посчитать максимальную нагрузку по току, которая будет проходить по проводу:
I = P / Uном х cosφ, где:
- Uном – номинальное напряжение в исходной точке (В)
- P – потребляемая мощность нагрузки (Вт)
- cosφ – коэффициент мощности (0,85)
- I – нагрузка по току (А)
3) После этого рассчитать потери напряжения, которые будут на конечной точке проводника:
Uпот = I х R, где:
- R – сопротивление жилы с учетом длины провода
- I – нагрузка по току (А)
- Uпот – потери напряжения
4) Также можно вычислить потери в процентах:
Потери в % = (Uпот / Uном) х 100%
Примеры расчета потерь напряжения
Рассмотрим такой пример. От дома до технического помещения с гаражом расстояние составляет 40 м. Номинальное напряжение в доме 230 В. Максимальная потребляемая мощность нагрузки на дальнем конце цепи – 3,5 кВт. До конечной точки планируется провести кабель с медными жилами с сечением 2,5 мм2. Учитывая это, расчет будет следующим:
- R = (0,0175 х 40) / 2,5 → R = 0,28 Ом
- I = 3500 / 230 х 0,85 → I = 17,9 А
- Uпот = 17,9 х 0,28 → Uпот = 5 В (230 - 5 = 225 В)
- Потери в % = (5 / 230) х 100% → 2,1%
Таким образом потери напряжения на другом конце цепи будут минимальными. Однако при выборе меньшего сечения, большей длины проводника или более мощной нагрузки процент потерь может существенно возрасти и потребовать внесение изменений в систему электропитания.
Меры по снижению потерь напряжения
Если расчет показал значительные потери, то можно предпринять следующие варианты действия:
- Подобрать кабельную продукцию с большим сечением проводов. Для бытовых электроприборов в основном потребуется не более 10 мм2.
- Рассмотреть более оптимальный маршрут прокладки, чтобы уменьшить его длину.
- Снизить мощность потребления на конечной точке проводника. Например, можно часть электроприборов перенести в другое место, поближе к источнику питания.
- Поставить перед кабелем большой длины стабилизатор напряжения с возможностью выставления повышенного значения вольтажа на выходе. Это позволит на дальнем конце кабеля получить необходимые 220 или 230 В. Например, у производителя «Штиль» в модельному ряду есть инверторные стабилизаторы напряжения с возможностью выставления выходного сигнала до 240 В.