Jak określić przekrój przewodu na podstawie średnicy i odwrotnie: gotowe tabele i wzory obliczeniowe

Przewody są szeroko stosowane w sieciach elektrycznych o różnym przeznaczeniu. Transport energii za pomocą wyrobów kablowo-przewodowych na pierwszy rzut oka wydaje się prosty i zrozumiały.

Jednak aby zapewnić bezpieczną eksploatację instalacji elektrycznej, należy uwzględnić szereg ważnych niuansów przy projektowaniu i urządzaniu sieci elektrycznych. Jednym z takich szczegółów jest umiejętność prawidłowego obliczenia przekroju przewodu na podstawie średnicy, ponieważ od dokładności określenia zależy granica dopuszczalnego prądu płynącego przez przewodnik.

Jak określić przekrój lub średnicę, czy istnieje różnica między tymi parametrami? Postaramy się to wyjaśnić w artykule. Ponadto przygotowaliśmy tabele zbiorcze, które pomogą wybrać przewodnik w zależności od warunków montażu sieci elektrycznej, materiału wykonania żyły kablowej oraz charakterystyk mocy podłączanych urządzeń.

Konieczność i procedura przeprowadzenia obliczeń

Różne urządzenia o różnej mocy są zasilane prądem elektrycznym. A zakres mocy jest bardzo szeroki.

Każde pojedyncze urządzenie elektryczne stanowi obciążenie, w zależności od wartości którego wymagany jest dopływ prądu o określonym natężeniu.

Domyślnie lub z powodu banalnej nieznajomości podstaw elektryki, przewodniki można łatwo podłączyć, ignorując wszystkie istniejące wymagania dotyczące średnic i przekrojów. Inną kwestią jest to, co może wyniknąć z takiej praktyki w trakcie eksploatacji.

Wymaganą ilość prądu pod dane obciążenie można przepuścić przez przewody o różnej średnicy (przekroju).

Jednak w warunkach niewystarczającego przekroju przewodnika do przepuszczenia zadanej ilości prądu pojawia się efekt zwiększonego oporu. W konsekwencji – obserwuje się nagrzewanie się przewodu (kabla).

Jeśli ignorować takie zjawisko i nadal przepuszczać prąd, powstaje realne niebezpieczeństwo nagrzewania się aż do momentu zapłonu. Taka sytuacja grozi poważnym stanem awaryjnym. Dlatego obliczeniom i doborowi obwodów przesyłu prądu do obciążenia należy poświęcić szczególną uwagę.

Konsekwencje niedokładnych obliczeń przewodów elektrycznych pod względem przekroju (średnicy) mogą obejmować zjawiska od niewielkiego odkształcenia materiału izolacyjnego po rzeczywisty zapłon i poważny pożar.

Prawidłowe obliczenia, fachowy dobór kabli i przewodów wpływają korzystnie również na działanie urządzeń pełniących rolę obciążenia.

Zatem poza czynnikiem bezpieczeństwa, obliczanie przekrojów kabla elektrycznego na podstawie średnicy lub odwrotnie jest obowiązkowym działaniem z punktu widzenia zapewnienia efektywnej eksploatacji maszyn elektrycznych.

Określanie średnicy żyły przewodnika

Właściwie tę operację można wykonać prostym pomiarem liniowym. Do precyzyjnego pomiaru zaleca się użycie narzędzia punktowego, na przykład suwmiarki, a jeszcze lepiej – mikrometru.

Stosunkowo niską dokładność, ale w pełni akceptowalną dla wielu zastosowań przewodów, daje pomiar średnicy zwykłą linijką.

Pomiar i określenie średnicy żyły za pomocą narzędzia punktowego, jakim jest suwmiarka. Ta metoda pomiaru liniowego daje wynik wystarczająco dokładny do późniejszego obliczenia przekroju przewodu.

Oczywiście pomiar należy przeprowadzić na gołym przewodzie, to znaczy najpierw usuwa się powłokę izolacyjną.

Nawiasem mówiąc, za powłokę izolacyjną, na przykład drutu miedzianego, uważa się również cienką warstwę lakieru, którą również należy usunąć, gdy wymagane są bardzo dokładne obliczenia.

Istnieje „domowa” metoda pomiaru średnicy, odpowiednia w przypadkach, gdy nie ma pod ręką punktowych narzędzi pomiarowych. Do zastosowania tej metody potrzebny będzie śrubokręt elektryka i linijka szkolna.

Przewód do pomiaru jest najpierw oczyszczany z izolacji, a następnie nawijany ciasno zwojami na trzon śrubokręta. Zazwyczaj nawija się dziesięć zwojów – wygodna liczba do obliczeń matematycznych.

Pomiar liniowy średnicy – to kolejna powszechnie stosowana metoda określania parametru przewodu do obliczania mocy (przepustowości). Stosuje się ją przy użyciu zwykłej linijki i dowolnego podłoża, na którym można nawinąć przewód (+).

Następnie cewkę nawiniętą na trzon śrubokręta mierzy się linijką od pierwszego do ostatniego zwoju. Otrzymaną wartość na linijce należy podzielić przez liczbę zwojów (w tym przypadku przez 6). Wynikiem tego prostego obliczenia będzie średnica żyły przewodu.

Obliczanie przekroju przewodu elektrycznego

Do określenia wartości przekroju żyły przewodu trzeba będzie już skorzystać ze sformułowania matematycznego.

Zasadniczo przekrój poprzeczny żyły przewodnika to pole powierzchni przekroju poprzecznego – czyli pole koła. Jego średnica jest określana metodą opisaną powyżej.

Przekrój poprzeczny żyły to w rzeczywistości pole koła. W związku z tym obliczenie tego segmentu geometrii matematycznej można wykonać za pomocą tradycyjnego wzoru, pod warunkiem znanej wartości średnicy lub promienia.

Na podstawie wartości średnicy łatwo uzyskać wartość promienia, dzieląc średnicę na pół.

Właściwie, do uzyskanych danych należy dodać stałą „π” (3,14), po czym można obliczyć wartość przekroju za pomocą jednego ze wzorów:

S = π*R² lub S = π/4*D²,

gdzie:

• D – średnica;
• R – promień;
• S – przekrój poprzeczny;
• π – stała, odpowiadająca 3,14.

Podane klasyczne wzory są również używane do określania przekroju przewodów wielożyłowych. Strategia obliczeń pozostaje praktycznie niezmieniona, z wyjątkiem kilku szczegółów.

W szczególności najpierw oblicza się przekrój jednej żyły z wiązki, a następnie uzyskany wynik mnoży się przez całkowitą liczbę żył.

Obliczenie przekroju przewodu wielożyłowego jest dopuszczalne za pomocą tej samej metody matematycznej, która jest stosowana do przewodu pojedynczego, ale dodatkowo uwzględnia się liczbę istniejących żył jako mnożnik.

Dlaczego należy uważać określanie przekroju za ważny czynnik? Oczywisty moment, związany bezpośrednio z prawem Joule'a-Lenza, – ponieważ parametr przekroju przewodnika określa granicę dopuszczalnego prądu płynącego przez ten przewodnik.

Określanie średnicy na podstawie przekroju

Za pomocą obliczeń matematycznych dopuszczalne jest określenie średnicy żyły przewodnika, gdy znany jest parametr przekroju.

Jest to oczywiście nie najpraktyczniejsza opcja, biorąc pod uwagę istnienie prostszych sposobów określania średnicy, ale korzystanie z takiej opcji nie jest wykluczone.

Pomiar średnicy z dużą dokładnością za pomocą narzędzia ślusarskiego – mikrometru, daje praktycznie podobny wynik, gdy obliczenia przeprowadza się za pomocą wzoru

Do wykonania obliczeń będą potrzebne w zasadzie te same dane liczbowe, które były używane przy obliczeniach przekroju za pomocą wzoru matematycznego.

To znaczy stała „π” i wartość pola koła (przekroju).

Stosując te wartości we wzorze poniżej, otrzymuje się wartość średnicy:

D = √4S/π,

gdzie:

• D – średnica;
• S – przekrój poprzeczny;
• π – stała, odpowiadająca 3,14.

Zastosowanie tego wzoru może być aktualne, gdy znany jest parametr przekroju i nie ma pod ręką żadnych odpowiednich narzędzi do pomiaru średnicy.

Parametr przekroju można uzyskać, na przykład, z dokumentacji przewodu lub z tabeli obliczeniowej, w której przedstawione są najczęściej używane klasyczne warianty.

Tabele do wyboru odpowiedniego przewodnika

Wygodnym i praktycznym sposobem doboru potrzebnego przewodu (kabla) jest korzystanie ze specjalnych tabel, w których oznaczone są średnice i przekroje w odniesieniu do mocy i/lub prądów przewodzonych.

Posiadanie takiej tabeli pod ręką to łatwy i prosty sposób na szybkie określenie przewodu dla wymaganej instalacji elektrycznej.

Określanie potrzebnych wartości za pomocą klasycznej tabeli to jeden z najwygodniejszych sposobów wyboru wymaganego przewodu podczas wykonywania prac montażowych

Biorąc pod uwagę, że tradycyjnymi przewodnikami montażu elektrotechnicznego są produkty z żyłami miedzianymi lub aluminiowymi, istnieją tabele dla obu rodzajów metali.

Również w danych tabelarycznych często przedstawione są wartości dla napięcia 220 woltów i 380 woltów. Ponadto uwzględniane są wartości warunków montażu – instalacja zamknięta lub instalacja otwarta.

W praktyce okazuje się, że na jednej kartce papieru lub na obrazku załadowanym do smartfona zawarta jest obszerna informacja techniczna, która pozwala obejść się bez wspomnianych wyżej obliczeń matematycznych (liniowych).

Co więcej, wielu producentów wyrobów kablowych, aby ułatwić klientowi wybór odpowiedniego przewodu, na przykład do montażu gniazdek, oferuje tabelę, w której wpisane są wszystkie potrzebne wartości.

Pozostanie tylko określić, jakie obciążenie jest planowane dla konkretnego punktu elektrycznego oraz w jaki sposób zostanie wykonany montaż, a na podstawie tych informacji dobrać odpowiedni przewód z żyłami miedzianymi lub aluminiowymi.

Przykłady takich wariantów obliczania średnicy przewodu na podstawie przekroju podano w tabeli, w której rozpatrzono warianty dla żył miedzianych i aluminiowych, a także sposoby układania instalacji – typ otwarty lub ukryty. Z pierwszej tabeli można określić wskaźnik przekroju w zależności od mocy i prądu.

Tabela zgodności przekroju ze średnicą żył miedzianych i aluminiowych w zależności od warunków montażu

Ponadto istnieje norma przekrojów i średnic, mająca zastosowanie do okrągłych (kształtkowych) niezagęszczonych i zagęszczonych żył przewodzących kabli, przewodów, sznurów. Parametry te reguluje GOST 22483-2012.

Pod normę podlegają kable z drutu miedzianego (miedzianego cynowanego), aluminiowego bez pokrycia metalicznego lub z pokryciem metalicznym.

Miedziane i aluminiowe żyły kabli i przewodów do układania stałego dzieli się na klasy 1 i 2. Przewody, sznury, kable do układania ruchomego i stałego, gdzie wymagany jest podwyższony stopień elastyczności podczas montażu, dzieli się na klasy od 3 do 6.

Tabela zgodności według klas dla miedzianych żył kablowych (przewodowych)

Dla aluminiowych przewodów i kabli GOST 22483-2012 przewiduje również parametry nominalnego przekroju żyły, które odpowiadają odpowiedniej średnicy, zależnej od klasy żyły.

Ponadto, zgodnie z tym samym GOST, podane średnice można wykorzystać dla miedzianego przewodu klasy 1, jeśli wymagane jest obliczenie jego minimalnej średnicy.

Tabela zgodności według klas dla aluminiowych żył kablowych (przewodowych)

Dodatkowe zalecenia dotyczące wyboru rodzaju przewodów i kabli do aranżacji sieci elektrycznych w mieszkaniu i domu znajdują się w artykułach:

1. Jaki przewód użyć do instalacji w domu: zalecenia dotyczące wyboru
2. Jakim kablem wykonać instalację w drewnianym domu: rodzaje kabla niepalnego i jego bezpieczne układanie
3. Jaki kabel zastosować do instalacji w mieszkaniu: przegląd przewodów i wybór najlepszej opcji

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Poniższy film prezentuje praktyczny przykład określania przekroju przewodu prostymi metodami.

Zaleca się obejrzenie filmu, ponieważ przedstawione wizualnie informacje przyczyniają się do poszerzenia wiedzy:

Praca z przewodami elektrycznymi zawsze wymaga odpowiedzialnego podejścia z punktu widzenia obliczeń.

Dlatego elektryk każdego szczebla powinien znać metodykę obliczeń i umieć korzystać z istniejących tabel technicznych. W ten sposób osiąga się nie tylko znaczną oszczędność środków na montażu dzięki dokładnym obliczeniom, ale co najważniejsze – gwarantuje się bezpieczeństwo eksploatacji wprowadzanej linii.

Czy ma Państwo coś do dodania lub pytania dotyczące określania przekroju przewodu? Proszę zostawić komentarz do publikacji, wziąć udział w dyskusji i podzielić się własnym doświadczeniem w doborze przewodów do aranżacji sieci elektrycznej w domu lub mieszkaniu. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.