Plánujete modernizaci elektrické sítě nebo prodloužení dodatečného elektrického vedení do kuchyně pro připojení nového elektrického sporáku? Zde se budou hodit minimální znalosti o průřezu vodiče a vlivu tohoto parametru na výkon a proud.
Souhlaste s tím, že nesprávný výpočet průřezu kabelu vede k přehřátí a zkratu nebo k neoprávněným nákladům.
Je velmi důležité provádět výpočty ve fázi návrhu, protože selhání skryté kabeláže a následná výměna je spojena se značnými náklady. Pomůžeme vám pochopit složitost výpočtů, abyste se vyhnuli problémům při dalším provozu elektrických sítí.
Abychom vás nezatěžovali složitými výpočty, vybrali jsme přehledné vzorce a možnosti výpočtu, uvedli informace v přístupné podobě a vzorce opatřili vysvětlením. Do článku byly také přidány tematické fotografie a video materiály, které vám umožní jasně pochopit podstatu zvažované problematiky.
Výpočet průřezu pro výkon spotřebiče
Hlavním účelem vodičů je dodávat elektrickou energii spotřebitelům v požadovaném množství. Protože supravodiče nejsou za normálních provozních podmínek k dispozici, je třeba vzít v úvahu odpor materiálu vodiče.
Výpočet potřebného průřezu vodičů a kabelů v závislosti na celkovém výkonu spotřebičů vychází z dlouhodobých provozních zkušeností.
Průřez určuje, jaký proud může kabel přenášet, aniž by se přehříval v důsledku nadměrného výkonu
Základem kabelu je jednodrátové nebo vícevodičové měděné jádro, které může mít kulatý, trojúhelníkový nebo obdélníkový průřez
Pokud jsou ve vodiči více než dva vodiče, nejčastěji se zkroutí. Jmenovitý průřez lankových výrobků je součtem průřezů všech dostupných vodičů
Začněme obecný průběh výpočtů tím, že nejprve provedeme výpočty pomocí vzorce:
P = (P1+P2+..PN)*K*J,
- P – výkon všech spotřebičů připojených k vypočtené větvi ve wattech.
- P1, P2, PN – výkon prvního, druhého, respektive n-tého spotřebiče ve wattech.
Po obdržení výsledku na konci výpočtů pomocí výše uvedeného vzorce bylo na čase přejít k tabulkovým datům.
Nyní musíte vybrat požadovanou sekci podle tabulky 1.
Fáze #1 – výpočet jalového a činného výkonu
Kapacity spotřebitelů jsou uvedeny v dokumentaci k zařízení. Typické listy zařízení udávají činný výkon spolu s jalovým výkonem.
Zařízení s aktivním typem zátěže přeměňují veškerou přijatou elektrickou energii s přihlédnutím k účinnosti na užitečnou práci: mechanickou, tepelnou nebo jinou.
Zařízení s aktivní zátěží zahrnují žárovky, ohřívače a elektrické sporáky.
U takových zařízení má výpočet výkonu podle proudu a napětí tvar:
P=U*I,
Zařízení s reaktivním typem zátěže jsou schopna akumulovat energii přicházející ze zdroje a následně ji vracet. K této výměně dochází v důsledku posunutí sinusoidy proudu a sinusoidy napětí.
Při nulovém fázovém posunu má výkon P=U*I vždy kladnou hodnotu. Zařízení s aktivním typem zátěže mají takový graf fází proudu a napětí (I, i – proud, U, u – napětí, π – pi se rovná 3,14)
Mezi zařízení s jalovým výkonem patří elektromotory, elektronická zařízení všech velikostí a účelů a transformátory.
Při fázovém posunu mezi proudovou sinusoidou a napěťovou sinusoidou může být výkon P=U*I záporný (I, i – proud, U, u – napětí, π – pi se rovná 3,14). Zařízení s jalovým výkonem vrací uloženou energii zpět do zdroje
Elektrické sítě jsou stavěny tak, aby mohly přenášet elektrickou energii jedním směrem od zdroje k zátěži.
Vrácená energie od spotřebiče s jalovou zátěží je proto parazitní a plýtvá se na ohřev vodičů a dalších součástí.
Jalový výkon závisí na fázovém úhlu mezi sinusoidami napětí a proudu. Úhel fázového posunu je vyjádřen pomocí cosφ.
Chcete-li zjistit celkový výkon, použijte vzorec:
P = Q / cosφ,
Kde Q – jalový výkon ve VAR.
Typický datový list zařízení uvádí jalový výkon a cosφ.
příklad: pas pro vrtací kladivo udává jalový výkon 1200 VAr a cosφ = 0,7. Celková spotřeba energie se tedy bude rovnat:
P = 1200/0,7 = 1714 W
Pokud cosφ nebylo možné zjistit, u velké většiny domácích elektrických spotřebičů lze cosφ považovat za rovné 0,7.
Fáze #2 – hledání koeficientů simultánnosti a rozpětí
K – koeficient bezrozměrné simultánnosti, ukazuje, kolik spotřebičů může být připojeno k síti současně. Málokdy se stane, že všechna zařízení spotřebovávají elektřinu současně.
Současný provoz TV a hudebního centra je nepravděpodobný. Ze zavedené praxe lze K považovat za rovné 0,8. Pokud plánujete používat všechny spotřebiče současně, K by mělo být nastaveno na 1.
J – bezrozměrný bezpečnostní faktor. Charakterizuje vytvoření výkonové rezervy pro budoucí spotřebitele.
Pokrok se nezastaví, každý rok jsou vynalezena nová úžasná a užitečná elektrická zařízení. Očekává se, že spotřeba elektřiny vzroste do roku 2050 o 84 %. Typicky se J považuje za hodnotu mezi 1,5 a 2,0.
Fáze #3 – provádění výpočtů pomocí geometrické metody
Ve všech elektrických výpočtech se bere průřezová plocha vodiče – průřez jádra. Měřeno v mm2.
Často je nutné se naučit, jak správně vypočítat průřez drátu na základě průměru drátu vodiče.
V tomto případě existuje jednoduchý geometrický vzorec pro monolitický kruhový drát:
S = π*R2 = π*D2/4, nebo naopak
D = √(4*S / π)
Pro pravoúhlé vodiče:
S = h*m,
Pokud si koupíte lankový drát, ve kterém se jeden vodič skládá z mnoha kroucených drátů kulatého průřezu, výpočet se provede podle vzorce:
S = N*D2/1,27,
Kde N – počet vodičů v jádře.
Dráty s jádry stočenými z několika drátů mají obecně lepší vodivost než monolitické. To je způsobeno zvláštnostmi toku proudu vodičem s kulatým průřezem.
Elektrický proud je pohyb podobných nábojů podél vodiče. Podobně jako náboje se navzájem odpuzují, takže hustota rozložení náboje je posunuta směrem k povrchu vodiče.
Další výhodou lankových drátů je jejich pružnost a mechanická odolnost. Monolitické dráty jsou levnější a používají se hlavně pro stacionární instalaci.
Fáze č. 4 – výpočet výkonového průřezu v praxi
Úkol: celkový výkon spotřebičů v kuchyni je 5000 W (to znamená, že byl přepočten výkon všech reaktivních spotřebičů). Všechny spotřebiče jsou připojeny k jednofázové síti 220 V a jsou napájeny z jedné větve.
Tabulka 2. Pokud plánujete v budoucnu připojovat další spotřebiče, v tabulce je uveden požadovaný výkon běžných domácích spotřebičů (+)
rozhodnutí:
Vezměme koeficient simultánnosti K rovný 0,8. Kuchyně je místem neustálých inovací, nikdy nevíte, bezpečnostní faktor je J=2,0. Celkový odhadovaný výkon bude:
P = 5000*0,8*2 = 8000 W = 8 kW
Pomocí hodnoty vypočteného výkonu hledáme v tabulce 1 nejbližší hodnotu.
Nejbližší vhodný průřez jádra pro jednofázovou síť je měděný vodič o průřezu 4 mm2. Podobná velikost drátu s hliníkovým jádrem 6 mm 2.
Pro jednožilové vedení bude minimální průměr 2,3 mm a 2,8 mm. V případě použití vícejádrové varianty se sečte průřez jednotlivých jader.
Kuchyně obvykle obsahují největší počet výkonných spotřebitelů elektřiny a méně „žravých“ domácích spotřebičů
Koupelny a kombinované koupelny mohou také obsahovat působivé množství elektrického vybavení.
V závislosti na výkonu technické jednotky je napájena ze společného nebo samostatného elektrického vedení. Výpočty se provádějí pro skupinu zásuvek, pro spotřebiče jednotlivých linek jsou vybírány podle výkonu
Do výstupního bloku lze připojit pouze spotřebiče s nízkým výkonem, napájené jedním elektrickým vedením: mixéry, vysoušeče vlasů, mlýnky na kávu atd.
Mikrovlnné trouby, varné desky a elektrické trouby vyžadují připojení k samostatnému elektrickému vedení.
V hygienických místnostech jsou položeny samostatné linky pro jacuzzi, kryty elektronických bidetů, sprchové kouty
