Para um serviço de cabo longo e confiável, ele deve ser selecionado e calculado corretamente. Os eletricistas, ao instalar a fiação, escolhem principalmente a seção transversal dos fios, com base principalmente na experiência. Às vezes isso leva a erros. O cálculo da seção transversal do cabo é necessário, antes de tudo, em termos de segurança elétrica. Será errado se o diâmetro do condutor for menor ou maior que o necessário.
Seção do cabo muito baixa
Este caso é o mais perigoso, pois os condutores superaquecem devido à alta densidade de corrente, enquanto o isolamento derrete e ocorre um curto-circuito. Isso também pode destruir equipamentos elétricos, causar incêndio e os trabalhadores podem ficar energizados. Se você instalar um disjuntor para o cabo, ele funcionará com muita frequência, o que criará algum desconforto.
Seção do cabo é maior do que o necessário
Aqui o fator principal é econômico. Quanto maior a seção transversal do fio, mais caro ele é. Se você fizer a fiação de todo o apartamento com uma grande margem, custará uma grande quantia. Às vezes é aconselhável fazer a entrada principal de uma seção transversal maior, se for esperado um aumento adicional na carga na rede doméstica.
Se você definir o disjuntor apropriado para o cabo, as seguintes linhas ficarão sobrecarregadas quando qualquer uma delas não desarmar seu disjuntor.
Como calcular o tamanho do cabo?
Antes da instalação, é aconselhável calcular a seção transversal do cabo de acordo com a carga. Cada condutor tem uma determinada potência, que não deve ser inferior à dos aparelhos elétricos conectados.
Cálculo de potência
A maneira mais fácil é calcular a carga total no fio de entrada. O cálculo da seção transversal do cabo de acordo com a carga é reduzido para determinar a potência total dos consumidores. Cada um deles tem sua própria denominação, indicada no caso ou no passaporte. Em seguida, a potência total é multiplicada por um fator de 0,75. Isso se deve ao fato de que todos os dispositivos não podem ser ligados ao mesmo tempo. Para a determinação final do tamanho necessário, é utilizada a tabela de cálculo da seção do cabo.
Cálculo da seção do cabo por corrente
Um método mais preciso é o cálculo da carga atual. A seção transversal do cabo é calculada determinando a corrente que passa por ele. Para uma rede monofásica, aplica-se a fórmula:
Icalc.=P/(Unom∙cosφ),
onde P - potência da carga, Unom. - tensão da rede (220 V).
Se a potência total das cargas ativas na casa for 10kW, então a corrente nominal Icalc.=10000/220 ≈ 46 A. Quando a seção transversal do cabo é calculada pela corrente, é feita uma correção para as condições de colocação do cabo (indicado em algumas tabelas especiais), bem como a sobrecarga ao ligar aparelhos elétricos aproximadamente acima de 5 A. Como resultado, Icalc.=46 + 5=51 A.
A espessura dos núcleos é determinada pelo livro de referência. O cálculo da seção transversal do cabo usando tabelas facilita encontrar o tamanho certo para a corrente contínua. Para um cabo de três núcleos colocado na casa pelo ar, você deve selecionar um valor na direção de uma seção padrão maior. É 10mm2. A exatidão do auto-cálculo pode ser verificada usando uma calculadora online - cálculo de seção de cabo, que pode ser encontrada em alguns recursos.
Aquecimento do cabo durante o fluxo de corrente
Quando a carga está funcionando, o calor é gerado no cabo:
Q=I2Rn c/cm, onde I é a corrente, R é a resistência elétrica, n é o número de núcleos.
Da expressão segue que a quantidade de energia liberada é proporcional ao quadrado da corrente que flui através do fio.
Cálculo da corrente permitida de acordo com a temperatura de aquecimento do condutor
O cabo não pode aquecer indefinidamente, pois o calor é dissipado no ambiente. No final, ocorre o equilíbrio e uma temperatura constante dos condutores é estabelecida.
Para um processo estável, a razão é verdadeira:
P=∆t/∑S=(tw - tav)/(∑S),
onde ∆t=tw-tav - a diferença entre a temperatura do meio e do núcleo, ∑S - resistência à temperatura.
A corrente permissível de longo prazo que passa pelo cabo é encontrada na expressão:
Iadd=√((tadd - tav)/(Rn ∑S)),
onde tadicional - temperatura de aquecimento do núcleo permitida (depende do tipo de cabo e método de instalação). Normalmente são 70 graus no modo normal e 80 em emergência.
Condições de dissipação de calor com o cabo funcionando
Quando um cabo é colocado em um ambiente, a dissipação de calor é determinada pela sua composição e umidade. A resistividade calculada do solo é geralmente assumida como sendo 120 Ohm∙°C/W (argila com areia com um teor de umidade de 12-14%). Para esclarecer, você deve conhecer a composição do meio, após o qual poderá encontrar a resistência do material de acordo com as tabelas. Para aumentar a condutividade térmica, a vala é coberta com argila. Não é permitida a presença de entulhos de construção e pedras nele.
A transferência de calor do cabo pelo ar é muito baixa. Piora ainda mais quando colocado em um canal a cabo, onde aparecem camadas de ar adicionais. Aqui, a carga atual deve ser reduzida em comparação com a calculada. Nas características técnicas de cabos e fios, é fornecida a temperatura de curto-circuito permitida, que é de 120 ° C para isolamento de PVC. A resistência do solo é de 70% do total e é a principal nos cálculos. Com o tempo, a condutividade do isolamento aumenta à medida que seca. Isso deve ser levado em consideração nos cálculos.
Queda de tensão do cabo
Como os condutores possuem resistência elétrica, parte da tensão é gasta para aquecê-los, chegando ao consumidor menos do que no início da linha. Como resultado, o potencial é perdido ao longo do fio devido às perdas de calor.
O cabo deve ser selecionado não apenas de acordo com a seção transversal para garantir seu desempenho, mas também levar em consideração a distância na qual a energia é transmitida. Um aumento na carga leva a um aumento na corrente através do condutor. Ao mesmo tempo, as perdas aumentam.
Pequena tensão é aplicada aos holofotes. Se diminuir um pouco, é imediatamente perceptível. Se você escolher os fios errados, as lâmpadas localizadas mais distantes da fonte de alimentação parecerão fracas. A tensão é significativamente reduzida em cada seção subsequente, e isso se reflete no brilho da iluminação. Portanto, é necessário calcular a seção transversal do cabo ao longo do comprimento.
A seção mais importante do cabo é o consumidor localizado mais distante do resto. As perdas são consideradas predominantemente para esta carga.
Na seção L do condutor, a queda de tensão será:
∆U=(Pr + Qx)L/Un,
onde P e Q são a potência ativa e reativa, r e x são a reatância ativa e da seção L, e Un - tensão nominal na qual a carga normalmente opera.
Os ∆U permitidos das fontes de energia para as entradas principais não excedem ±5% para iluminação de edifícios residenciais e circuitos de energia. Da entrada à carga, as perdas não devem ser superiores a 4%. Para linhas longas, deve-se levar em consideração a reatância indutiva do cabo, que depende da distância entre condutores adjacentes.
Métodos de conexão de consumidores
As cargas podem ser conectadas de diferentes maneiras. As mais comuns são as seguintes formas:
- no final da rede;
- consumidores são distribuídos uniformemente ao longo da linha;
- uma linha com cargas uniformemente distribuídas é conectada a uma seção estendida.
Exemplo 1
A potência do aparelho é de 4 kW. O comprimento do cabo é de 20 m, resistividade ρ=0,0175 Ohm∙mm2.
A corrente é determinada a partir da relação: I=P/Unom=4∙1000/220=18,2 A.
Em seguida, a tabela de cálculo da seção do cabo é obtida e o tamanho apropriado é selecionado. Para um fio de cobre, será S=1,5 mm2.
Fórmula de cálculo da seção do cabo: S=2ρl/R. Através dele é possível determinar a resistência elétrica do cabo: R=2∙0,0175∙20/1, 5=0,46 Ohm.
A partir do valor conhecido de R, podemos determinar ∆U=IR/U∙100%=18,2100∙0,46/220∙100=3,8%.
O resultado do cálculo não ultrapassa 5%, o que significa que as perdas serão aceitáveis. Em caso de grandes perdas, seria necessário aumentar a seção transversal dos núcleos do cabo escolhendo o tamanho maior adjacente da faixa padrão - 2,5 mm2.
Exemplo 2
Três circuitos de iluminação são conectados em paralelo entre si em uma fase de uma linha trifásica balanceada, composta por um cabo de quatro fios 70 mm2 50 m longo e conduzindo uma corrente de 150 A. Para cadalinhas de iluminação com 20 m de comprimento conduzem uma corrente de 20 A.
As perdas fase-fase sob a carga real são: ∆Uphase=150∙0,05∙0,55=4,1 V. Agora você precisa determinar a perda entre neutro e fase, pois a iluminação está ligada a uma tensão de 220 V: ∆Ufn=4, 1/√3=2, 36 V.
Em um circuito de iluminação conectado, a queda de tensão será: ∆U=18∙20∙0, 02=7, 2 V. As perdas totais são determinadas pela soma de Utotal=(2, 4+7, 2)/230∙100=4,2%. O valor calculado está abaixo da perda permitida, que é de 6%.
Conclusão
Para proteger os condutores do superaquecimento durante uma carga de longo prazo, usando tabelas, a seção transversal do cabo é calculada de acordo com a corrente admissível de longo prazo. Além disso, é necessário calcular corretamente os fios e cabos para que a perda de tensão neles não seja mais do que o normal. Ao mesmo tempo, as perdas no circuito de potência são somadas a elas.
