Расчет потребляемой мощности и необходимого сечения кабеля

Вы уже начертили схему будущей электропроводки, разметили на ней все потребители электроэнергии, розетки, выключатели и т. д. Вот теперь можно приступать… нет, не к прокладке электропроводки и даже не к ее разметке, а к расчету потребляемой мощности, сечения кабеля и номинала автоматического выключателя.

Работоспособность электропроводки зависит не только от правильности прокладки и аккуратности выполнения монтажных работ. Первое, что определяет работоспособность электропроводки, – выбор автоматического выключателя (вводного автомата, УЗО) и питающего вводного кабеля. То есть того самого автомата, который выключается, если нагрузка превышает номинальную мощность, и того самого кабеля, который питает всю вашу квартирную электросеть.

Относиться к выбору автоматического выключателя небрежно никак нельзя. Если автоматический выключатель не будет соответствовать мощности, которая требуется, то вы не сможете одновременно включать приборы, которые вам необходимы. При включении стиральной машины придется пользоваться не электрическим чайником, а обычным (зато можно со свистком, ведь свистку не нужна электроэнергия). Включив электрический обогреватель, вы должны будете выключить телевизор или придется мерзнуть, чтобы посмотреть любимую передачу, и т. д. Неприятности, которые проистекают от неверного выбора автоматического выключателя, можно перечислять долго.

То же относится и к выбору питающего кабеля. Представьте, что вас, взрослого человека, начали кормить питанием для грудных детей, да еще и детскими порциями. Представили? Теперь вы знаете, как «чувствует себя» электросеть квартиры, когда вводной кабель выбран неверно.

Чтобы определиться с выбором автоматического выключателя, необходимо рассчитать общую нагрузку потребляемой электроэнергии. Это дело несложное, доступное любому человеку, освоившему азы сложения. Единственное, что требуется, – аккуратность и хорошая память. Память нужна, чтобы не забыть ни один потребитель электроэнергии, который вам необходим для жизненного комфорта, аккуратность – чтобы все записать для последующих расчетов.

Примечание

Даже если вы абсолютно уверены в своей памяти, необходимо записывать все потребители электроэнергии и мощность, которую они потребляют. Опыт показывает, что даже в однокомнатной современной квартире таких потребителей достаточно много, а случайно забытая при расчетах стиральная машина впоследствии доставит много неприятных минут.

Записав все потребители электроэнергии, укажите их потребляемую мощность (в техпаспорте каждого потребителя, будь то холодильник или компьютер, указана потребляемая мощность, а если техпаспорт утерян, то эти данные можно найти на табличках: например, на СВЧ-печи все написано на маленькой металлической табличке!).

Теперь подумайте: не собираетесь ли вы приобретать еще какие-либо бытовые приборы или технику, например DVD-проигрыватель, или более мощную СВЧ-печь, или стиральную машину-автомат вместо той, что сейчас стоит в ванной? Добавьте все перспективные потребители электроэнергии в свой список и укажите ориентировочные значения их потребляемой мощности (если вы не располагаете такой информацией, то ее легко отыскать, например, в Интернете или в магазине).

На всякий случай добавьте еще немного потребляемой мощности в список. Вдруг вы захотите не трехрожковую, а пятирожковую люстру. Или через пару-тройку лет появятся более мощные и более функциональные стиральные машины. Не будете же вы при каждой покупке электрочайника изменять квартирную проводку! Поэтому необходимо, чтобы был некоторый запас потребляемой мощности. Он позволяет варьировать как количество, так и качество потребителей электроэнергии.

Когда все записано, подсчитывается общая потребляемая мощность. Например, сложив мощности всех СВЧ-печей, телевизоров, утюгов, стиральных машин, холодильников, электрочайников, лампочек, компьютеров и др., вы получите общую потребляемую мощность, которая составляет 15 000 Вт. Теперь можно подсчитать, какое количество электроприборов будет включаться в одно время. Ведь практически все они никогда не включаются одномоментно, то есть свет во всех комнатах, все телевизоры, компьютеры, утюги и стиральные машины. Сделав эти подсчеты, вы получите коэффициент одновременности – количество включенных одновременно потребителей электроэнергии в процентах (к примеру, если включается 60 % электроприборов одновременно, то коэффициент одновременности равен 0,6).

Примечание

Не торопитесь утверждать, что будете включать одновременно не более 30 % имеющихся потребителей электроэнергии. Не уверяйте себя, что никогда не включите одновременно компьютер, телевизор, стиральную машину, микроволновку и электрочайник. Все может быть. Например, простая ситуация: заготовительный сезон, полным ходом идет закатка овощей и компотов на зиму, включены электроплита, миксер, электрошинковка, СВЧ-печь, посудомоечная машина, внезапно потребовалась еще и стирка, значит, включается стиральная машина, а в это время дети решили поиграть в компьютерную игру или посмотреть телевизор… Подготовка к приему гостей в области потребления электроэнергии дает примерно такой же результат. Сделайте запас по мощности, и тогда вы сможете включить все, что вам нужно, и тогда, когда нужно.

Обычно одновременно включается около 70 % электроприборов – это максимальная цифра даже в самый час пик. Нагрузка потребляемой электроэнергии рассчитывается следующим образом:

Р_р = Р_н×k,

где Р_р – требуемая мощность;

Р_н – суммарная мощность всех имеющихся (и планируемых) потребителей электроэнергии;

k – коэффициент одновременности.

Если рассчитанная суммарная нагрузка составила 15 кВт, то после умножения на 0,7 (коэффициент одновременности) мы получаем 10,5 кВт.

Но мощность автоматического выключателя (вводной автомат, УЗО) рассчитывается не в киловаттах, а в амперах. Следовательно, здесь необходимо вспомнить закон Ома, знакомый нам еще со школьной скамьи:

I = P/U,

где I – сила тока;

P – мощность;

U – напряжение сети.

Когда речь идет о расчете мощности автоматического выключателя, имеется в виду та мощность, которая была рассчитана ранее, – Р_р, а напряжение сети принимается равным 220 В (этот пример относится к однофазной системе электроснабжения, принятой для большинства квартир).

Таким образом, путем несложных вычислений получаем, что сила тока равна 47,73 А. Дроби в данном случае нужно округлять, так как все производимые автоматы рассчитаны на целые показатели силы тока. Округляйте в большую сторону (всегда лучше перестраховаться). Получается – 48 А. Таких автоматических выключателей не существует, поэтому опять приходится округлять – на этот раз до ближайшего стандартного для автоматических выключателей значения (вновь округляем в сторону увеличения). Получается, что требуется автоматический выключатель на 50 А.

Примечание

Если вы начнете округлять полученные значения в сторону уменьшения (к примеру, до 40 А), то в результате приобретете автоматический выключатель, который не сможет обеспечить бесперебойную работу вашей электросети при запланированной нагрузке.

Думаете, уже можно заняться разметкой электропроводки? Еще нет: сейчас нужно решить вопрос с подводящим кабелем.

Подводящий кабель должен быть трехжильным (наличие заземления обязательно). Можно выбрать медные или алюминиевые кабели, но алюминиевые гораздо хуже по техническим характеристикам по сравнению с медными, так что выбор очевиден: медь. Медный кабель к тому же более долговечен.

Чтобы определить, какой именно кабель вам необходим, вы можете воспользоваться табл. 1.5, 1.6. Разумеется, расчеты сечения кабеля в них не абсолютно точные, но в качестве ориентира вполне подходят. Кроме того, следует учитывать, что выбор определенной площади сечения кабеля зависит еще и от того, какой будет проводка: открытой или закрытой.

Нижеприведенная табл. 1.6 будет наиболее полезна тем, кто интересуется прокладкой проводки в коттедже, частном доме, на даче, особенно если требуется еще и наружная прокладка кабеля от столба к дому.

Таблица 1.5. Расчеты сечения кабеля

Таблица 1.6. Расчеты сечения кабеля

Если у вас частный дом (дача или коттедж), рассчитанный на несколько семей, каждая из которых имеет свой электросчетчик, то кроме обычной «квартирной» проводки потребуется еще прокладка специальных шин. Такие шины, изготовленные из меди, в многоквартирных городских домах прокладываются между этажами, это проводка от входа в дом до квартирного счетчика. Частный дом на несколько семей фактически является аналогом городского многоквартирного дома, так что принцип тот же. Из табл. 1.7–1.9 вы узнаете параметры, которым должна соответствовать шина.

Таблица 1.7. Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) ПУЭ

Таблица 1.8. Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP30

Таблица 1.9. Допустимый длительный ток для медных шин прямоугольного сечения (А) Schneider Electric IP31

Чтобы рассчитать сечение токопроводящей жилы кабеля, нужно сначала определить ток нагрузки по жилам кабеля для заданной мощности энергии, которая будет передаваться по данному кабелю.

Для переменного напряжения воспользуйтесь следующей формулой:

I = P / √3×U_н,

где I – ток нагрузки по жилам кабеля;

P – заданная мощность энергии (суммарная мощность, необходимая для всех потребителей энергии);

U_н – номинальное линейное напряжение.

Для постоянного напряжения воспользуйтесь следующей формулой:

I = P /U_н,

где I – ток нагрузки по жилам кабеля;

P – заданная мощность энергии (суммарная мощность, необходимая для всех потребителей энергии);

U_н – номинальное линейное напряжение.

Воспользуйтесь табл. 1.10, чтобы предварительно выбрать сечение жилы кабеля.

Таблица 1.10. Сечение токопроводящей жилы кабеля

Рассмотрим, как читать данные таблицы. Например, нужно выбрать и проложить кабель от дома до бани. Сначала выбираем необходимый кабель.

Теперь можно рассчитать полное сечение токопроводящей жилы кабеля по следующей формуле:

Q_П=Q_Н / η

где Q_П – полное сечение токопроводящей жилы кабеля;

Q_Н – номинальное сечение токопроводящей жилы кабеля (табличные данные);

η – коэффициент заполнения токопроводящей жилы кабеля.

Если токопроводящая жила кабеля изготовлена из профилированных проволок, то п выбирается равным 0,9. Если же токопроводящая жила кабеля изготовлена из уплотненных сегментов, то п выбирается равным 0,84. Если же токопроводящая жила кабеля неуплотненная, то п выбирается равным 0,75.