Переріз кабелю за потужністю: таблиця для міді та алюмінію

Правильно підібраний переріз кабелю за потужністю визначає, чи гріється лінія і чи вчасно спрацює автомат у щиті. Крім кіловат споживача, враховують cos φ, спосіб прокладання, температуру і спад напруги. Нижче — формули для мереж 230 В і 400 В, таблиця для мідних та алюмінієвих жил за ПУЕ, правило узгодження кабелю з автоматом і окінцювання провідників перед підключенням до клем.

Як перевести кіловати в ампери: формули розрахунку струму для 230 В і 400 В

Кабель і тепловий розчіплювач автомата реагують не на кіловати, а на струм в амперах. Для резистивних навантажень — бойлерів, конвекторів, варильних поверхонь із ТЕНами — cos φ дорівнює 1, і активна потужність збігається з повною. Для двигунів насосів, компресорів, верстатів і вентиляційних установок cos φ зазвичай становить 0,7–0,85, тож за тієї самої паспортної потужності струм у лінії більший.

Для однофазної мережі 230 В робочий струм визначають за формулою:

I = P / (U × cos φ)

де P — активна потужність, Вт; U — фазна напруга, 230 В; cos φ — коефіцієнт потужності. Нагрівач на 4600 Вт (cos φ = 1) споживає 4600 / 230 = 20 А. Однофазний електродвигун на 2200 Вт із cos φ = 0,8 споживає вже 2200 / (230 × 0,8) = 11,96 А, а не 9,56 А.

У трифазній мережі 400 В із симетричним навантаженням у знаменник додається корінь із трьох (√3 ≈ 1,732):

I = P / (√3 × U × cos φ)

Тут U — лінійна напруга 400 В. Трифазний електрокотел на 12 кВт (cos φ = 1) навантажує кожну фазу струмом 12 000 / (1,732 × 400) = 17,32 А. Для ввідного кабелю на весь щит сумарну встановлену потужність приладів множать на коефіцієнт одночасності (зазвичай 0,6–0,8 для житла та офісів) і закладають 15–20% запасу на майбутнє розширення.

Таблиця перерізів кабелю за потужністю та струмом для міді й алюмінію

Алюміній гріється сильніше за мідь, тому його переріз беруть щонайменше на щабель більшим. Допустимі тривалі струми для проводів із ПВХ-ізоляцією наведені в Главі 1.3 ПУЕ (таблиці 1.3.4 і 1.3.5). Для прокладання в трубі чи штробі важить кількість навантажених жил: в однофазній лінії це фаза й нуль (двожильний провідник), у трифазній — три фази (трижильний). Захисний провідник PE і нуль трифазної лінії за п. 1.3.9 ПУЕ не враховують. Потужність у таблиці розрахована при cos φ = 1: для 230 В — за струмом двожильного провідника в трубі, для 400 В — трижильного.

Кабель із автоматом узгоджують за IEC 60364-4-43 (розділ 433): Ib ≤ In ≤ Iz, де Ib — розрахунковий струм лінії, In — номінал автомата, Iz — допустимий тривалий струм кабелю в конкретних умовах прокладання. Друга умова — струм гарантованого спрацювання I2 ≤ 1,45 × Iz. У модульних автоматів за IEC 60898-1 I2 = 1,45 × In, тому ця умова виконується сама, якщо In ≤ Iz. Отже, на мідь 2,5 мм² у трубі (25 А) формально можна поставити автомат 25 А, але на розеткові групи зазвичай ставлять 16 А: запас покриває нагрів у штробі, кілька ліній в одній трубі та спад напруги.

Поправочні коефіцієнти: вплив способу монтажу, температури та пучків кабелів

Табличні струми розраховані для еталонних умов охолодження. За IEC 60364-5-52 (додаток B, таблиця B.52.2) струми кабелів із ПВХ-ізоляцією (гранична температура жили 70 °C) нормовані для одиночного прокладання при температурі повітря +30 °C або ґрунту +20 °C. ПУЕ бере інші базові умови (+25 °C у повітрі), тому значення двох документів напряму не змішують.

У реальному монтажі застосовують три групи знижувальних коефіцієнтів:

• Спосіб прокладання (референтні методи IEC 60364-5-52): кабель на стіні (метод C) охолоджується краще, ніж у гофротрубі в штробі (метод B2) чи в каркасній стіні з мінеральною ватою (метод A1). У теплоізоляції допустимий струм мідної жили 2,5 мм² падає приблизно на 28% порівняно з прокладанням на стіні: 19,5 А проти 27 А для двох навантажених жил. Для підземних трас (методи D1 і D2) базові умови — глибина 0,7 м і питомий тепловий опір ґрунту 2,5 К·м/Вт.
• Температура середовища: у невентильованих щитових, котельнях, на горищах під металевою покрівлею влітку буває +40…+50 °C. Для ПВХ-ізоляції коефіцієнт становить 0,87 при +40 °C і 0,71 при +50 °C.
• Групове прокладання: кілька навантажених ліній в одному коробі чи пучку підігрівають одна одну. Для 3 ліній коефіцієнт 0,70, для 6 — 0,57, для 9 — 0,50, тобто допустимий струм кожної лінії знижується на 43–50%.

Розрахунок спаду напруги за довжиною лінії: коли стандартного перерізу недостатньо

Вибір перерізу лише за нагрівом працює на коротких трасах до 20–30 м. На довших лініях — до господарських будівель, свердловинних насосів, віддалених щитів освітлення — головним критерієм стає спад напруги (ΔU) на опорі самого провідника.

За IEC 60364-5-52 (таблиця G.52.1) при живленні від загальної низьковольтної мережі спад напруги від вводу до будь-якого споживача не повинен перевищувати 3% для освітлення (6,9 В при 230 В) і 5% для іншого навантаження (11,5 В). Для об’єктів із власним джерелом живлення допускається до 6% на освітлення і до 8% на інше навантаження. Якщо лінія довша за 100 м, ліміт можна збільшити на 0,005% за кожен метр понад 100 м, але не більше ніж на 0,5%.

Питомий опір металу в нагрітому робочому стані за методикою IEC 60364-5-52 приймають у 1,25 раза вищим, ніж при +20 °C:

• для міді: ρ = 0,0225 Ом·мм²/м;
• для алюмінію: ρ = 0,036 Ом·мм²/м (на 60% більше, ніж у міді).

Спад напруги в однофазній лінії (фаза і нуль, тобто подвійна довжина 2 × L) без урахування реактивного опору, несуттєвого для перерізів до 25 мм², обчислюють так:

ΔU = (2 × L × I × cos φ × ρ) / S

де L — довжина траси, м; I — струм, А; S — переріз жили, мм². Наприклад, насос або будівельний пост зі струмом 16 А (cos φ = 1) на відстані 60 м від щита, мідний кабель 2,5 мм²: ΔU = (2 × 60 × 16 × 0,0225) / 2,5 = 17,28 В, або 7,5% від 230 В. За нагрівом жила 2,5 мм² витримує 16 А, але через спад напруги понад 5% переріз на цій трасі збільшують до 4 мм² (ΔU = 10,8 В, або 4,7%).

Приклади розрахунку ліній: бойлер, електрична плита та гібридний інвертор

1. Електричний бойлер 2,0–2,5 кВт (мережа 230 В)

ТЕН — суто активне навантаження (cos φ = 1). При потужності 2500 Вт струм становить 2500 / 230 = 10,87 А. Для траси до 15–20 м від щита оптимальний мідний кабель 3×2,5 мм² з автоматом C16 (або B16) і ПЗВ зі струмом витоку 30 мА (або дифавтомат 16 А / 30 мА). Кабель 1,5 мм² з автоматом 16 А формально проходить (16 А ≤ 18 А), але без жодного запасу: при тривалій роботі бойлера, температурі в штробі вище +30 °C або кількох лініях в одній трубі допустимий струм 1,5 мм² падає нижче 16 А.

Біля самого ТЕНа, де ізоляція звичайного кабелю перегрівається, з’єднання роблять на керамічній колодці: для проводів 2,5 мм² підходить двополюсна колодка 2,5–4 мм² на 32 А, решта типорозмірів — у розділі керамічні клеми до 1100 °C.

2. Індукційна варильна панель або електроплита 7,2 кВт

Переріз кабелю тут залежить від кількості фаз на вводі:

• Однофазне підключення (230 В): уся потужність 7200 Вт лягає на одну фазу, струм — 7200 / 230 = 31,3 А. Мідь 4 мм² у трубі пропускає 32 А впритул, тому під автомат 32 А беруть мідний кабель 3×6 мм² (40 А у трубі).
• Трифазне підключення (400 В): більшість варильних поверхонь розподіляють конфорки між двома або трьома фазами. При рівномірному розподілі на 3 фази струм становить 7200 / (1,732 × 400) = 10,4 А на фазу (до 16 А на найбільш навантаженій фазі при двофазній схемі). Достатньо мідного кабелю 5×2,5 мм² (21 А для трьох навантажених жил у трубі) і триполюсного автомата C16.

3. Гібридний інвертор 5 кВт із батареєю 48 В

Система резервного живлення має два контури з різними струмами (схеми з боку змінної напруги — у матеріалі про підключення інвертора до щита 230 В):

• AC-лінія (230 В): за номінальних 5000 Вт струм становить 21,7 А, але в режимі транзиту (bypass) із заряджанням АКБ струм на вході інвертора досягає 32–40 А. Тому ввід і вивід 230 В виконують мідним проводом 6 мм² або 10 мм².
• DC-лінія акумулятора (48 В): за тих самих 5000 Вт і ККД перетворювача ~0,93 струм сягає 5000 / (48 × 0,93) = 112 А. Тут потрібні гнучкі мідні акумуляторні або зварювальні кабелі 35–50 мм² мінімальної довжини (до 1,5–2 м), щоб напруга не просідала під навантаженням.

Окінцювання та підключення до автоматики: правила монтажу наконечників

Навіть правильно обраний переріз кабелю із запасом за струмом може вигоріти в точці приєднання, якщо порушено підготовку жили. Якщо затиснути багатодротову гнучку жилу (провід ПВ3, ШВВП, ПВС, КГ) безпосередньо гвинтом клеми, тонкі дротинки перерізаються і видавлюються вбік. Контакт перегрівається, ізоляція обгорає.

Для надійної комутації в щитах використовують кабельні наконечники відповідно до перерізу провідника і типу затискача:

• Трубчасті наконечники з ізоляцією (НШВІ): гнучкі проводи перед встановленням у модульні автомати та DIN-клеми опресовують втулковими гільзами. У лінійці кабельних наконечників трубчастих з ізоляцією L&S TERMICO кожен номінал має кольорову манжету і різну довжину гільзи: для 2,5 мм² — 9CE025008BL (8 мм) або 9CE025012BL (12 мм), для 6 мм² — 9CE060012BK (12 мм), для 10 мм² — 9CE100012IV (12 мм) або подовжений 9CE100018IV (18 мм) для глибоких клем автоматів.
• Подвійні наконечники (НШВІ-2): щоб завести два гнучкі провідники в одну клему (шлейф між сусідніми апаратами, кола керування), використовують трубчасті наконечники L&S TERMICO для 2-х проводів: 9CT015008R (2×1,5 мм², 8 мм), 9CT025010BL (2×2,5 мм², 10 мм) або 9CT060014BK (2×6 мм², 14 мм).
• Силові луджені наконечники під болт: для ввідних кабелів, ліній інверторів і шин заземлення застосовують мідні луджені силові наконечники SIMPA під гексагональне опресування. Для шин і болтових клем підходить серія ST (ST01606 на 16 мм² під болт М6, ST02508 на 25 мм² під М8), для відповідальних з’єднань із подовженою трубкою під кілька обтисків — серія DIN (DIN03508 на 35 мм², DIN05010 на 50 мм²), а для товстого кабелю у вузькому вікні промислового автомата — серія DG зі звуженою лопаткою (DG09508 на 95 мм²).

Щоб з’єднати транзитні силові кабелі на DIN-рейці без свердління шин, використовують клеми силові з кришкою ONKA під наконечник (артикули 1030002 на 25 мм², 1030017 на 35 мм², 1030031 на 50 мм²).

Часті запитання

Який переріз мідного кабелю потрібен для 10 кВт в однофазній і трифазній мережі?

В однофазній мережі 230 В 10 кВт дають струм 43,5 А. При прокладанні в трубі потрібна мідь 10 мм² (55 А) з автоматом 50 А: автомат 40 А менший за робочий струм і відключатиме лінію. У трифазній мережі 400 В при симетричному розподілі струм на фазу — 14,4 А, тож достатньо мідного кабелю 5×2,5 мм² з триполюсним автоматом 16 А.

Чому на освітлення ставлять кабель 1,5 мм², якщо світлодіодні лампи споживають менше 1 А?

Мінімальний переріз 1,5 мм² для стаціонарної мідної проводки в будівлях встановлено не за робочим струмом ламп, а з умов механічної міцності та стійкості до струмів короткого замикання. Крім того, жила 1,5 мм² дає достатньо низький опір петлі «фаза — нуль», щоб при замиканні в світильнику миттєво спрацював електромагнітний розчіплювач автомата на 6 А або 10 А.

Як з’єднати в щиті мідний та алюмінієвий провід?

Пряме скручування міді з алюмінієм під одним гвинтом неприпустиме через гальванічну корозію і текучість алюмінію під тиском. Для переходу використовують клеми на DIN-рейку з лудженою струмопровідною частиною, дозволені для обох металів, або окінцьовують кабелі відповідними наконечниками і заводять на окремі затискачі.

Джерела

• Міненерговугілля України — Правила улаштування електроустановок (ПУЕ), Глава 1.3
• eCalPro — IEC 60364-5-52 Table B.52 Explained
• CableDataSheet — Maximum Value of Voltage Drop IEC 60364-5-52