Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить

Самое уязвимое место в сфере обеспечения квартиры или дома электрической энергией – это электропроводка. Во многих домах продолжают использовать старую проводку, не рассчитанную на современные электроприборы. Нередко подрядчики и вовсе стремятся сэкономить на материалах и укладывают провода, не соответствующие проекту. В любом из этих случаев необходимо сначала сделать расчет сечения кабеля, иначе можно столкнуться с серьезными и даже трагичными последствиями.

Способы измерения диаметра провода

Для того, чтобы рассчитать площадь поперечного сечения проводника необходимо знать его точный диаметр. Существует несколько способов измерения диаметра провода. К ним относятся измерения:

При помощи штангенциркуля: для этого нужно понимать принцип работы штангенциркуля и уметь снимать показания с его шкал. В этом случае упростить измерения позволяет использование электронного измерительного прибора – он покажет точное значение диаметра на своем экране.
С использованием микрометра: показания данного прибора немного точнее, чем у механического штангенциркуля, но он также требует некоторых навыков для снятия правильных и точных показаний.
С помощью обычной линейки: данный способ подходит тем, кто не имеет в своем арсенале таких измерительных приборов, как штангенциркуль или микрометр. Измерение диаметра проводника с использованием линейки не будет достаточно точным, но примерно оценить диаметр будет возможно.

Для измерения диаметра проводника в первую очередь его зачищают ножом или стриппером от изоляции. Далее, если используется микрометр или штангенциркуль, жилу провода плотно зажимают между губок прибора и определяют размер проводника по шкалам устройства. При использовании линейки изоляция снимается на расстояние 5-10 см и жила наматывается на отвертку. Витки проводника должны плотно прижиматься друг к другу (ориентировочно 8-20 витков). Далее измеряется длина намотанного участка и полученное значение делится на количество витков – получится более или менее точное значение диаметра.

Площадь поперечного сечения проводника

В последние годы отмечается заметное понижение качественных характеристик изготавливаемой кабельной продукции, в результате чего страдают показатели сопротивления — сечение проводов. Диаметр любого проводника в обязательном порядке должен обладать соответствием всем заявленным производителем параметрам.

Любое отклонение, составляющее даже 15-20 %, может стать причиной значительного перегрева электрической проводки или оплавления изоляционного материала, поэтому выбору площади или толщины проводника нужно уделять повышенное внимание не только на практике, но и с точки зрения теории.

Поперечное сечение проводников

Параметры, наиболее важные для правильного выбора сечения проводника, отражены в следующих рекомендациях:

толщина проводника — достаточная для беспрепятственного прохождения электротока, при максимально возможном нагреве провода в пределах 60 °C;
сечение проводника — достаточное для резкого понижения напряжения, не превышающего допустимые показатели, что особенно важно для очень длинной электропроводки и значительных токов.

Особое внимание требуется уделять максимальным показателям рабочего температурного режима, при превышении которого проводник и защитная изоляция приходят в негодность.

Способы определения сечения провода

Опытному электрику не составит труда определить сечение кабеля просто на глаз. Но для человека, у которого нет соответствующих навыков, вычисление указанной величины может стать настоящей проблемой.

На самом деле сечение провода можно определить с использованием нескольких способов, не представляющих сложности даже при отсутствии соответствующей подготовки.

Проще всего обратить внимание на маркировку кабельно-проводниковой продукции, нанесённую снаружи на изоляционное покрытие и повторяющуюся, с определённой периодичностью.

Также о данной величине можно узнать у продавца. Но если сечение не указано, или речь идёт о старом проводе, о характеристиках которого никакой информации нет, указанное значение можно узнать, воспользовавшись способами, указанными ниже. Для начала нужно узнать диметр.

При помощи приборов

Приборы с помощью которых можно измерить сечение:

штангенциркуль,
микрометром.

Думаю все могут пользоваться этими приборами, ниже в видео рассказано как применять микрометр:

Метод наматывания

Если в наборе домашних инструментов эти приборы отсутствуют, площадь сечения можно подсчитать, воспользовавшись альтернативным методом, при котором достаточно линейки и карандаша (или любого другого стержня).

Жила, очищенная от изоляции по длине до 500 мм, наматывается на карандаш, при плотном прилегании витков. Для вычисления сечения потребуется измерение следующих величин:

общей длины намотанного участка в мм;
количества витков.

Для определения диаметра жилы достаточно разделить полученную длину на число витков.

Чтобы вычислить площадь сечения, осталось полученный результат подставить в формулу, указанную ниже.

Определение сечение методом расчёта по диаметру

Этот метод основан на начальном курсе геометрии, не связанный со сложными вычислениями. Для определения исходных показателей, необходимых при выполнении расчёта, следует воспользоваться штангенциркулем. С помощью этого инструмента измеряется значение диаметра жилы, очищенной от изоляционного покрытия.

Расчёт производится по следующей формуле, применяющейся для определения площади круга:

S = πR², в которой

π – постоянная величина, равная 3,14 в ближайшем округлении;
R – радиус сечения провода, определяется делением полученного значения диаметра на 2.

Если в указанную формулу, вместо радиуса, вставить диаметр, получим следующее:

S = (πD²)/4,

где D – значение диаметра жилы.

Преобразовав указанную формулу, после разделения числовых величин, получим следующее соотношение:

S = 0,785D².

Подставив измеренную величину диаметра, получим значение площади поперечного сечения провода. Учитывая округлённую величину π, ответ получится с определённой погрешностью, но точность вычисления вполне достаточна для поставленных задач.

Ток, мощность и сечение жил: их зависимость друг от друга

Недостаточно определить площадь сечения по диаметру. Важно узнать о том, какой пропускной способностью обладает тот или иной вид продукции. Следующие несколько критериев помогут определиться с выбором:

Токовая нагрузка, характерная для конкретного кабеля.
Мощность, которую потребляют различные устройства.
Сила электротока, проходящая через кабель.

По поводу мощности

Выполняя электромонтажные работы, больше всего обращают внимания на пропускную мощность. Особенно это касается самой прокладки кабелей. Максимум мощности передаваемой по проводнику энергии определяется сечением. Важно знать, какой общей мощностью обладают все приборы, соединённые с проводом.

Этикетки большинства современных приборов содержат информацию относительно средней, максимальной мощности, на которую проводился расчёт производителем. К примеру, для стиральных машинок стандартный диапазон – от нескольких десятков Вт/ч до 2,7 кВт/час. Провод выбирается с сечением для обеспечения передачи электричества с высшим уровнем мощности. Подключения с двумя и более проводниками предполагают сначала проведение обычных расчётов, а затем – сложение итоговых цифр.

В случае с однофазными сетями усреднённая мощность для электрических приборов и освещения редко превышает 7500 кВт. Под это значение потом подбирают кабельные сечения.

Сечение рекомендуют округлять, в сторону увеличения. Ведь в будущем потребляемой электроэнергии может стать больше.

Можно привести в качестве примера следующие рекомендации:

Если общая мощность – 7,5 кВт – сечение жилы подходит 4 мм2. Это изделие способно пропускать до 8,3 кВт.
В этой же ситуации сечение для провода с жилой из алюминия должно быть минимум 6 мм2. Тогда пропускная способность доходит до 7,9 кВт.

Читайте также Как проверить стартер

В случае с индивидуальными жилыми домами часто характерно применение трёхфазных жил, с электроснабжением на 380 В. Но на такое напряжение большая часть техники не рассчитана. Создают стандартный уровень на 220 В, через нулевой кабель. Токовая нагрузка распределяется равномерно, по всем фазам.

Электрический ток

Утерянная документация и этикетки могут стать причинами того, что для владельца многие параметры приборов остаются неизвестными. В том числе – мощность. Тогда придётся делать расчёты самостоятельно, используя специальную формулу.

Она выглядит следующим образом:

U- приложенное электронапряжение, с Единцами измерения – Вольтами.

I – сила электротока. Измеряется амперами.

P – общая мощность, в ваттах.

Можно использовать контрольно- измерительные приборы, если изначально сила тока неизвестна. Речь о токоизмерительных клещах, мультиметрах, амперметрах.

Когда мощность и сила тока станут известны – не доставит труда узнать о необходимом сечении кабеля.

Показатель нагрузки

Расчёт этого параметра важен для пользователей, которые хотят защититься от перегрева. Если электроток слишком большой для используемого сечения – изоляционный слой разрушается, даже оплавляется.

Есть определённое количественное значение, которое называется предельно допустимой токовой нагрузкой. Это электроток, который может проходить по кабелю без значительных перегревов долгое время. Чтобы найти это значение, сначала надо выяснить мощность всех потребителей электричества. После нагрузку определяют, используя формулу:

I = P∑*Kи/(√3*U)
I = P∑*Kи/U.

Первый вариант для трёхфазных сетей, второй – для однофазных.

U – показатель сетевого напряжения на текущий момент.

Ки – специальный коэффициент, составляет 0,75.

P∑- общий уровень мощности для электрических приборов.

Расчет размера сечения по нагрузке

Простейший способ подбора кабеля с нужным размером — расчет сечения провода по суммарной мощности всех подключаемых к линии агрегатов.

Алгоритм расчетных действий следующий:

для начала определимся с агрегатами, которые предположительно могут использоваться нами одновременно. Например, в период работы бойлера нам вдруг захочется включить кофемолку, фен и стиралку;
затем согласно данным техпаспортов или согласно приблизительным сведениям из приведенной ниже таблицы банально суммируем мощность одновременно работающих по нашим планам бытовых агрегатов;
предположим, что в сумме у нас вышло 9,2 кВт, но конкретно этого значения в таблицах ПУЭ нет. Значит, придется округлить в безопасную большую сторону – т.е. взять ближайшее значение с некоторым превышением мощности. Это будет 10,1 кВт и соответствующее ему значение сечения 6 мм².

Все округления «направляем» в сторону увеличения. В принципе суммировать можно и силу тока, указанную в техпаспортах. Расчеты и округления по току производятся аналогичным образом.

Вычисление с помощью формулы

Когда мы выяснили, каков диаметр провода, можно переходить непосредственно к определению его сечения. Понятно, что провод имеет форму круга в поперечнике. Следовательно, для расчёта необходимо применить формулу площади круга. Таким образом мы узнаем площадь поперечного сечения проводника.

r – радиус круга,
D – диаметр круга,
π = 3,14.

В качестве примера вычислим интересующий нас параметр провода по уже известным данным из вышеприведённых расчётов. Так, у нас диаметр равен 0,68 мм. Следовательно, необходимо ещё найти радиус. Получается 0,68/2 = 0,34 мм. Теперь полученные результаты подставляем в формулу:

S = π * R² = 3,14 * 0,34² = 0,36² мм

То же самое можно проделать и по второй части уравнения. Значение получится аналогичным:

Теперь вы всегда сможете определить сечение кабеля, зная диаметр. При этом можно пользоваться любой из приведённых двух формул – какая понравится, ту и применяйте.

Вычисление с помощью формулы

r – радиус круга,
D – диаметр круга,
π = 3,14.

S = π * R² = 3,14 * 0,34² = 0,36² мм

То же самое можно проделать и по второй части уравнения. Значение получится аналогичным:

Обязательны ли расчеты?

Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:

В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, как рассчитать сечение проводника, а также предоставлены примеры расчетных работ:

Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.

Материалы по теме:

Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить