Параметры выбора и состав силового кабеля
Электрический кабель применяется для передачи электроэнергии до потребителей. Внутри изделия размещается одна или несколько токопроводящих жил, которые бывают однопроволочными или многопроволочными.
Кабельные жилы в основном изготавливаются из меди. Это связано с меньшей сопротивляемостью, наименьшей нагреваемостью и большей устойчивостью к изгибам, чем у алюминиевых проводников.
Кроме внешнего диэлектрического слоя, которым обернут каждый кабель, его внутренние жилы находятся в индивидуальных изоляционных оболочках.
Назначение этих оболочек:
- защищают изделия от механических повреждений и токовых утечек;
- идентифицируют вид проводника (фазного, нейтрального или заземляющего) с помощью цветовой раскраски для удобства монтажа.
Чтобы электропроводка была надежной и безопасной, нужно, чтобы используемые кабельные изделия соответствовали по длине, количеству жил и их сечению. Разберем эти основополагающие характеристики.
| Характеристика | Пояснение |
| Количество жил |
В электросети с напряжением 230 В прокладывается кабель, состоящий из трех проводников:
Если заземляющего контура на объекте нет, то используется двухжильный кабель без заземляющего проводника. Если в дом или квартиру заходят три фазы и создается сеть с напряжением 380 В, то в этом случае часто прокладывают кабель с пятью проводниками – фазными L1, L2, L3, нейтральным – N и защитным – PE) или, соответственно, с четырьмя жилами, если нет системы заземления. На однофазную нагрузку с питанием 230 В подключаются трех- или двухжильные. |
| Сечение |
Это площадь поперечного разреза жилы. Измеряется в квадратных миллиметрах. Большее сечение снижает сопротивление и нагреваемость, а также повышает способность кабеля по токопередаче с наименьшими потерями напряжения. Это означает, что к нему подключаются электроприборы с большим потреблением или мощностью. В квартирных или домашних электросетях обычно прокладывается кабель с двумя вариантами сечения жил:
|
| Длина |
Рассчитывается как сумма всех кабельных отрезков в доме или квартире. Чтобы определить длину каждого, нужно предварительно разметить расположение электроточек, мощных потребителей, светильников и выключателей внутри помещений и определить расстояние от электрощита до самого строения, в которое будет заводиться кабель, если монтаж выполняется, например, на дачном участке с нуля. Расстояние каждого отрезка суммируется и добавляется запас 10-15% от получившейся величины. |
Потери напряжения в кабеле
Определяется как разница значений напряжения на линии у источника питания и у потребителя. Когда ток проходит по кабелю, сопротивление его жил постепенно увеличивается и напряжение снижается. При высоком токе на длинном проводнике произойдет значительное падение напряжения.
Потеря напряжения происходит при прохождении электроэнергии по кабелю неминуемо. Это случается в каждой сети – дома, на предприятиях и даже на ЛЭП.
Как это происходит. На длинном отрезке кабеля на токовую силу воздействует большое сопротивление, которое снижает сетевое напряжение. Из-за этого кабельные жилы сильно нагреваются, особенно при мощной нагрузке, которая подключена к линии. Создается критическое состояние, при котором оплавляются изоляционные оболочки, провоцирующие короткое замыкание.
Значительные потери напряжения часто происходят на линиях дачных участков или поселков. Когда в розетках домов, расположенных рядом с питающим трансформатором, заходит 250-260 В, а на отдаленных территориях оно, наоборот, низкое – до 190 В. Такая ситуация показывает непосредственное влияние длины силового кабеля на сетевое напряжение. Если в СНТ большое количество подключенных участков и длинные линии электропередачи, то некоторым места подвергнутся сильным потерям в сравнении с отрезками минимальной длины кабеля и с одинаковым сечением жил.
При выполнении монтажа по проведению кабеля на объектах с длинными отрезками сети (это характерно коттеджам, предприятиям, торговым центрам) потребуется учесть вероятные потери напряжения. Часто они не велики, но даже небольшие снижения вольтажа влияют на электрочувствительные приборы, например, электронику системы отопления или автоматики. Допустимой погрешностью напряжения в электропроводке считается не более 5% для таких потребителей.
Токопроводимость кабельных изделий определяется по размеру сечения его жил. Если кабельная линия длинная, то оптимально применять продукцию с большим сечением. Это нужно, чтобы создался мощностной запас, исключающий чрезмерный нагрев и потерю по напряжению.
Нормативные требования к характеристикам кабелей прописаны в ПУЭ и размещены в открытых источниках сети интернет в виде специализированных таблиц. Подробнее узнать о подборе кабельных изделий для монтажа электропроводки в доме можно в отдельной статье.
Потери напряжения и функционирование электротехники
Падение вольтажа в розетках наносит ущерб подключенной электротехнике, она некорректно работает:
- если в её составе присутствует электромотор (этот компонент есть у стиральной машины, холодильника или электроинструментов), то его запуск будет неравномерным;
- осветительные приборы мерцают и изменяют яркость свечения ламп;
- износ ускоряется, происходит перегревание внутренних компонентов, так как требуется больше мощности, чтобы нормально работать;
- автоматика электронных систем, например, платы управления котла, выдает ошибки;
- нагрев бойлера и аналогичной по функционалу техники выполняется дольше обычного, увеличивается расход электроэнергии.
Вычисление потери напряжения по длине и сечению кабеля
Рассчитывать потери по напряжению целесообразно, если прокладка кабеля выполняется на длинных участках (от 50 метров) и планируется подключение чувствительных к качеству вольтажа электроприборов, которым не понравится даже минимальное сетевое отклонение.
Для длинных кабельных изделий расчет выполняется двумя способами: в онлайновом калькуляторе или по соответствующей формуле. Разберем поэтапно, как это сделать.
1) На первом этапе определяется сопротивление кабельной жилы с поправкой на всю длину кабеля. Для этого применяется формула R = (P х L) / S, где:
- P – значение для удельного сопротивления – у медной жилы величина составляет 0,0175 (Ом*мм²/м);
- L – значение длины кабеля в метрах;
- S – значение сечения в квадратных миллиметрах;
- R – значение сопротивления жилы, учитывающее длину кабеля (Ом).
2) На втором этапе рассчитывается предельная токовая нагрузка, которая будет на этом кабеле. Для этого используется формула I = P / Uном х cosφ, где:
- Uном – значение номинального напряжения на входе в вольтах;
- P – значение потребляемой мощности нагрузки в ваттах;
- Сosφ – значение коэффициента мощности (в среднем используется величина 0,85);
- I – значение токовой нагрузки в амперах.
3) На третьем этапе рассчитывается потеря по напряжению, которая случится на другом конце кабеля. Для этого применяется формула Uпот = I х R, где:
- R – значение сопротивления жилы, учитывающее длину кабеля;
- I – значение токовой нагрузки в амперах;
- Uпот – значение потерь напряжения.
4) Для наглядности на четвертом этапе потери рассчитываются и в процентах по формуле – Потери в % = (Uпот / Uном) х 100%.
Пример вычисления потери напряжения
К примеру, от объекта (коттедж) до гаража с подсобными помещениями расстояние 50 м. Электросеть с номинальным напряжением 230 В. В конечной точки цепи подключены электроприборы с максимальным потреблением 3,5 кВт. От начальной до конечной отметки потребуется кабель с медными жилами и сечением 2,5 мм².
Проведем вычисления:
- R = (0,0175 х 50) / 2,5 → R = 0,35 Ом
- I = 3500 / 230 х 0,85 → I = 17,9 ампер
- Uпот = 17,9 х 0,35 → Uпот = 6,2 В (230 – 6,2 = 223,8 вольт)
- Потери напряжения в процентах – (6,2 / 230) х 100% = 2,6%
Вывод. В конечной точке цепи потери по напряжению не будут ощутимыми даже для "капризной" электротехники. Поэтому сечение кабеля выбрано верно. Если занизить сечение, увеличить кабельный отрезок или подключить нагрузку с потреблением более 3,5 кВт, то потери возрастут и потребуется вносить корректировки в проект электросети коттеджа.
Способы устранения потерь напряжения
Для снижения этого негативного показателя предпринимаются следующие действия:
- Самое простое – подбор кабеля, у которого токопроводящие жилы имеют большее сечение. Если на объекте только бытовые приборы, то увеличивать эту характеристику можно до 10 мм².
- Перенаправление пути прохождения кабеля, чтобы его сократить до оптимальной длины.
- Сокращение количества потребителей в конечной точке прокладки кабеля. Как вариант, перенос части электротехники в помещения, чтобы нагрузка на сеть на этом участке снизилась.
- Установка в конечной точке кабельной линии стабилизатора напряжения, который будет подтягивать (корректировать) вольтаж под требуемую для нагрузки величину. Некоторые устройства дают возможность владельцу выставить значение выходного напряжения даже выше, чем обычно (например, до 240 В, как у инверторных моделей бренда «Штиль»). Это позволяет их размещать в начальной точке, то есть перед длинным отрезком. В этому случае потеря напряжения на линии будет компенсироваться изначально повышенным вольтажом, и в конечной точке создастся нормальная величина напряжения.
Перед закупкой кабельной продукции и монтажом электросети лучше предварительно всё рассчитать и подготовить. Это позволит избежать ошибок и снизить затраты на все работы.