Querschnittsfläche von Drähten und Kabeln, abhängig von der Stromstärke, Berechnung des erforderlichen Kabelquerschnitts

Um die alte Verkabelung zu reparieren oder eine neue zu verlegen, müssen Sie das Kabel mit dem gewünschten Querschnitt auswählen, um der erwarteten Belastung standzuhalten.

Wenn die alte Verkabelung nicht in Ordnung ist, müssen Sie sie ersetzen. Bevor Sie sie jedoch gegen eine ähnliche austauschen, müssen Sie herausfinden, warum bei der alten ein Problem aufgetreten ist. Es ist möglich, dass einfach eine mechanische Beschädigung aufgetreten ist oder die Isolierung unbrauchbar geworden ist, und ein noch größeres Problem ist der Ausfall der Verkabelung aufgrund einer Überschreitung der zulässigen Last.

Was ist der Unterschied zwischen Kabelprodukten, was sind die Hauptmerkmale?

Zunächst wird festgelegt, in welcher Spannung im Netzwerk die Kabel arbeiten. Für Haushaltsnetzwerke, Kabel und Drähte des VVG-Typs wird häufig der Typ PUGNP verwendet (nur ist dies aufgrund moderner PUE-Anforderungen aufgrund der großen Toleranzen für den Querschnitt während der Produktion von bis zu 30% und der zulässigen Dicke der Isolierschicht von 0,3 mm gegenüber 0,4 in PUE verboten), ШВВП und andere .

Wenn Sie sich von den Definitionen entfernen, unterscheidet sich der Draht vom Kabel minimal, hauptsächlich durch die Definition in GOST oder TU, nach der er hergestellt wird. Immerhin gibt es auf dem Markt eine große Anzahl von Drähten mit 2-3 Drähten und zwei Isolationsschichten, zum Beispiel das gleiche PUGNP oder PUNP.

Die zulässige Spannung wird durch die Kabelisolierung bestimmt

Um ein Kabel zusätzlich zur Spannung auszuwählen, werden die Bedingungen berücksichtigt, unter denen es funktioniert. Für den Anschluss eines beweglichen Werkzeugs und einer beweglichen Ausrüstung muss es flexibel sein. Für den Anschluss fester Elemente spielt es im Prinzip keine Rolle, aber es ist besser, ein Kabel mit einem monolithischen Kern zu bevorzugen.

Der entscheidende Faktor beim Kauf ist die Querschnittsfläche des Kerns, gemessen in mm2, die Fähigkeit des Leiters, einer langen Last standzuhalten, hängt davon ab.

Was beeinflusst den zulässigen Strom durch das Kabel?

Wenden wir uns zunächst den Grundlagen der Physik zu. Es gibt ein solches Joule-Lenz-Gesetz, das von zwei Gelehrten, James Joule (1841) und Emilius Lenz (1842), unabhängig voneinander entdeckt wurde und daher einen doppelten Namen erhielt. Dieses Gesetz beschreibt also quantitativ den thermischen Effekt des durch den Leiter fließenden elektrischen Stroms.

In Bezug auf die Stromdichte erhalten wir die folgende Formel:

Interpretation: w ist die Wärmefreisetzungsleistung pro Volumeneinheit, Vektor j ist die Stromdichte durch den Leiter, gemessen in Ampere pro mm2. Für Kupferdrähte werden 6 bis 10 A pro Millimeter Fläche benötigt, wobei 6 die Arbeitsdichte und 10 die Kurzzeitdichte ist. Vektor E ist die elektrische Feldstärke. σ ist die Leitfähigkeit des Mediums.

Da die Leitfähigkeit umgekehrt proportional zum Widerstand ist: σ = 1 / R.

Wenn das Joule-Lenz-Gesetz als Wärmemenge in integraler Form ausgedrückt wird, dann:

Somit ist dQ die Wärmemenge, die während des Zeitintervalls dt in der Schaltung freigesetzt wird, in der Strom I durch einen Leiter des Widerstands R fließt.

Das heißt, die Wärmemenge ist direkt proportional zu Strom und Widerstand. Je größer der Strom und der Widerstand sind, desto mehr Wärme wird erzeugt. Dies ist gefährlich, da zu einem bestimmten Zeitpunkt die Wärmemenge einen solchen Wert erreicht, dass die Isolierung an den Drähten schmilzt. Sie haben vielleicht bemerkt, dass sich die Drähte billiger Kessel während des Betriebs merklich erwärmen, das ist es.

Wenn das Kabel mit Strom versorgt wird, fällt auch die Spannung an den an die Last angeschlossenen Enden ab.

In Taschenrechnern zur Berechnung von Kabelquerschnitten werden normalerweise folgende Parameter eingestellt:

• Strom- oder Lastleistung;

• Zeilenlänge;

• zulässiger Spannungsabfall (normalerweise in Prozent);

Je größer der Widerstand ist, desto stärker fällt die Spannung ab und das Kabel erwärmt sich, da die Stromversorgung freigegeben wird (P = UI, wobei U der Spannungsabfall am Kabel ist, I der durch das Kabel fließende Strom ist).

Alle Berechnungen wurden auf Strom und Widerstand reduziert. Der Widerstand des Leiters wird nach folgender Formel berechnet:

Hier gilt: ρ (po) ist der spezifische Widerstand, l ist die Kabellänge, S ist die Querschnittsfläche.

Der spezifische Widerstand hängt von der Struktur des Metalls ab. Die Werte der spezifischen Widerstände können aus der Tabelle bestimmt werden.

Die Verkabelung besteht hauptsächlich aus Aluminium und Kupfer. In Kupfer beträgt der Widerstand 1,68 * 10-8 Ohm * mm2 / m und in Aluminium 1,8-mal höher als in Kupfer 2,82 * 10-8 Ohm * mm2 / m. Dies bedeutet, dass sich der Aluminiumdraht bei gleichem Querschnitt und Strom fast zweimal stärker erwärmt als der Kupferdraht. Daraus folgt, dass Sie für die Verkabelung einen dickeren Aluminiumdraht kaufen müssen, außerdem können die Drähte leicht beschädigt werden.

Daher wurden Kupferdrähte durch Kupferdrähte aus der Hausverkabelung ersetzt, und die Verwendung von Aluminium in der Verkabelung ist verboten. Nur die Verwendung von Aluminiumkabeln für die Installation sehr leistungsfähiger elektrischer Installationen, die hohen Strom verbrauchen, ist zulässig. Verwenden Sie dann einen Aluminiumdraht mit einem Querschnitt von mehr als 16 mm2 (siehe -)Warum Aluminiumkabel nicht für die Verkabelung verwendet werden können)

Wie kann man den Widerstand des Drahtes anhand des Kerndurchmessers bestimmen?

Es gibt Fälle, in denen die Querschnittsfläche des Kerns nicht bekannt ist und daher anhand des Durchmessers berechnet werden kann. Um den Durchmesser einer monolithischen Ader zu bestimmen, können Sie einen Messschieber verwenden. Wenn dies nicht der Fall ist, nehmen Sie eine Stange wie einen Kugelschreiber oder einen Nagel, wickeln Sie 10 Drahtwindungen fest um sie und messen Sie die Länge der resultierenden Spirale mit einem Lineal, wobei Sie diese Länge durch 10 teilen. Sie erhalten den Durchmesser der Ader.

Um den Gesamtdurchmesser eines Mehrdrahtkerns zu bestimmen, messen Sie den Durchmesser jedes Kerns und multiplizieren Sie ihn mit seiner Anzahl.

Betrachten Sie als nächstes den Querschnitt gemäß dieser Formel:

Und wieder kehren sie zu dieser Formel zurück, um den Widerstand eines Drahtes zu berechnen:

Wie wird die erforderliche Querschnittsfläche des Drahtes bestimmt?

Die einfachste Möglichkeit besteht darin, die Querschnittsfläche der Kerne gemäß der Tabelle zu bestimmen. Es eignet sich zur Berechnung nicht zu langer Linien, die unter normalen Bedingungen (bei normaler Umgebungstemperatur) verlegt werden. Sie können auch ein Kabel für das Verlängerungskabel auswählen. Bitte beachten Sie, dass die Tabelle die Querschnitte für einen bestimmten Strom und eine bestimmte Leistung in einem einphasigen und dreiphasigen Netzwerk für Aluminium und Kupfer zeigt.

Bei der Berechnung langer Linien (mehr als 10 Meter) ist es besser, eine solche Tabelle nicht zu verwenden. Es ist notwendig, Berechnungen durchzuführen. Der schnellste Weg, um den Taschenrechner zu benutzen. Der Berechnungsalgorithmus lautet wie folgt:

Sie nehmen zulässige Spannungsverluste (nicht mehr als 5%) auf. Dies bedeutet, dass bei einer Spannung von 220 V und einem akzeptablen Spannungsverlust von 5% am Kabel der Spannungsabfall (von Ende zu Ende) Folgendes nicht überschreiten sollte:

5% * 220 = 11 V.

Wenn wir nun den Strom kennen, der fließen wird, können wir den Kabelwiderstand berechnen. Bei einer Zweidrahtleitung wird der Widerstand mit 2 multipliziert, da der Strom durch zwei Drähte mit einer Leitungslänge von 10 m fließt und die Gesamtlänge der Leiter 20 m beträgt.

Von hier aus wird gemäß den obigen Formeln der erforderliche Kabelquerschnitt berechnet.

Sie können dies automatisch von Ihrem Smartphone aus mit den Anwendungen Mobile Electric und ElectroDroid tun. Nur der Rechner gibt nicht die Gesamtlänge der Drähte an, sondern die Länge der Leitung von der Stromquelle zum Stromempfänger.

Fazit

Eine korrekt berechnete Verkabelung ist bereits eine 50% ige Garantie für das erfolgreiche Funktionieren. Die zweite Hälfte hängt von der richtigen Installation ab. Alle Verkabelungsfunktionen und der maximale Stromverbrauch aller Verbraucher sollten berücksichtigt werden. Geben Sie gleichzeitig "nur für den Fall" eine zulässige Stromspanne von 20-40% ein.