Cálculo da seção transversal do cabo por potência e corrente: como calcular corretamente a fiação

Você está planejando fazer modernização da rede elétrica ou estender adicionalmente a linha de energia até a cozinha para conectar um novo fogão elétrico? Aqui, o conhecimento mínimo sobre a seção transversal do condutor e o efeito deste parâmetro na potência e na corrente será útil.

Concorde que o cálculo incorreto da seção transversal do cabo leva a superaquecimento e curto-circuito ou a custos injustificados.

É muito importante realizar cálculos na fase de projeto, pois a falha fiação oculta e a substituição subsequente está associada a custos significativos. Ajudaremos você a entender os meandros dos cálculos para evitar problemas na operação posterior das redes elétricas.

Para não sobrecarregá-lo com cálculos complexos, selecionamos fórmulas e opções de cálculo claras, apresentamos as informações de forma acessível e fornecemos explicações às fórmulas. Fotos temáticas e materiais de vídeo também foram adicionados ao artigo, permitindo compreender claramente a essência do assunto em consideração.

Cálculo da seção transversal para poder do consumidor

O principal objetivo dos condutores é fornecer energia elétrica aos consumidores na quantidade necessária. Como os supercondutores não estão disponíveis em condições normais de operação, a resistência do material condutor deve ser levada em consideração.

Cálculo da seção necessária condutores e cabos dependendo da potência total dos consumidores é baseada na experiência operacional de longo prazo.

Vamos começar o curso geral de cálculos realizando primeiro os cálculos usando a fórmula:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Onde:

• P – a potência de todos os consumidores conectados ao ramal calculado em Watts.
• P1, P2, PN – potência do primeiro, segundo e enésimo consumidor, respectivamente, em Watts.

Tendo recebido o resultado ao final dos cálculos pela fórmula acima, chegou a hora de passar aos dados tabulares.

Agora você deve selecionar a seção necessária de acordo com a Tabela 1.

Tabela 1. A seção transversal do fio deve ser sempre selecionada para o lado maior mais próximo (+)

Etapa #1 - cálculo de potência reativa e ativa

As capacidades do consumidor estão indicadas nos documentos do equipamento. Normalmente, as folhas de dados do equipamento indicam a potência ativa juntamente com a potência reativa.

Dispositivos com carga ativa convertem toda a energia elétrica recebida, levando em consideração a eficiência, em trabalho útil: mecânico, térmico ou outro tipo.

Dispositivos com cargas ativas incluem lâmpadas incandescentes, aquecedores e fogões elétricos.

Para tais dispositivos, o cálculo da potência por corrente e tensão tem a forma:

P=U*I,

Onde:

• P – potência em W;
• você – tensão em V;
• EU – intensidade da corrente em A.

Dispositivos com carga reativa são capazes de acumular energia proveniente de uma fonte e depois devolvê-la. Essa troca ocorre devido ao deslocamento da senóide de corrente e da senóide de tensão.

No deslocamento de fase zero, a potência P=U*I sempre tem um valor positivo. Dispositivos com tipo de carga ativa possuem tal gráfico das fases de corrente e tensão (I, i - corrente, U, u - tensão, π - pi igual a 3,14)

Dispositivos com potência reativa incluem motores elétricos, dispositivos eletrônicos de todos os tamanhos e finalidades e transformadores.

Quando há uma mudança de fase entre a senóide de corrente e a senóide de tensão, a potência P=U*I pode ser negativa (I, i - corrente, U, u - tensão, π - pi igual a 3,14). Um dispositivo de energia reativa retorna a energia armazenada de volta à fonte

As redes elétricas são construídas de forma que possam transferir energia elétrica em uma direção, da fonte para a carga.

Portanto, a energia retornada de um consumidor com carga reativa é parasita e é desperdiçada no aquecimento de condutores e demais componentes.

A potência reativa depende do ângulo de fase entre as senoides de tensão e corrente. O ângulo de mudança de fase é expresso através de cosφ.

Para encontrar a potência total, use a fórmula:

P = Q/cosφ,

Onde P – potência reativa no VAR.

Normalmente, a folha de dados do dispositivo indica potência reativa e cosφ.

Exemplo: o passaporte do martelo perfurador indica uma potência reativa de 1200 VAr e cosφ = 0,7.Portanto, o consumo total de energia será igual a:

P = 1200/0,7 = 1714W

Se o cosφ não puder ser encontrado, para a grande maioria dos eletrodomésticos, o cosφ pode ser considerado igual a 0,7.

Etapa 2 – busca por simultaneidade e coeficientes de margem

K – coeficiente de simultaneidade adimensional, mostra quantos consumidores podem estar conectados à rede ao mesmo tempo. Raramente acontece que todos os dispositivos consumam eletricidade ao mesmo tempo.

A operação simultânea da TV e do centro de música é improvável. Pela prática estabelecida, K pode ser considerado igual a 0,8. Se você planeja usar todos os consumidores simultaneamente, K deverá ser definido como 1.

J. – fator de segurança adimensional. Caracteriza a criação de reserva de energia para futuros consumidores.

O progresso não pára: todos os anos são inventados novos dispositivos elétricos incríveis e úteis. O consumo de eletricidade deverá crescer 84% até 2050. Normalmente J é considerado entre 1,5 e 2,0.

Etapa #3 – realização de cálculos usando o método geométrico

Em todos os cálculos elétricos, é considerada a área da seção transversal do condutor - a seção transversal do núcleo. Medido em mm².

Muitas vezes é necessário aprender a calcular corretamente diâmetro do fio fios condutores.

Neste caso, existe uma fórmula geométrica simples para um fio redondo monolítico:

S = π*R² =π*D²/4, ou vice-versa

D = √(4*S/π)

Para condutores retangulares:

S=h*m,

Onde:

• S – área central em mm²;
• R – raio do núcleo em mm;
• D – diâmetro do núcleo em mm;
• h, m – largura e altura, respectivamente, em mm;
• π — pi é igual a 3,14.

Se você comprar um fio trançado, no qual um condutor consiste em vários fios trançados de seção transversal redonda, o cálculo será realizado de acordo com a fórmula:

S = N*D²/1,27,

Onde N – número de fios no núcleo.

Fios com núcleos torcidos a partir de vários fios geralmente apresentam melhor condutividade do que os monolíticos. Isso se deve às peculiaridades do fluxo de corrente através de um condutor de seção transversal redonda.

A corrente elétrica é o movimento de cargas semelhantes ao longo de um condutor. Cargas semelhantes se repelem, então a densidade de distribuição de carga é deslocada em direção à superfície do condutor.

Outra vantagem dos fios trançados é a sua flexibilidade e resistência mecânica. Os fios monolíticos são mais baratos e são usados ​​​​principalmente para instalação estacionária.

Etapa #4 – calcular a seção transversal de potência na prática

Tarefa: a potência total dos consumidores na cozinha é de 5000 W (o que significa que a potência de todos os consumidores reativos foi recalculada). Todos os consumidores estão conectados a uma rede monofásica de 220 V e são alimentados por um ramal.

Tabela 2. Se você planeja conectar consumidores adicionais no futuro, a tabela mostra a potência necessária de eletrodomésticos comuns (+)

Solução:

Tomemos o coeficiente de simultaneidade K igual a 0,8. A cozinha é um local de constante inovação, nunca se sabe, o fator de segurança é J=2,0. A potência total estimada será:

P = 5.000*0,8*2 = 8.000 W = 8 kW

Utilizando o valor da potência calculada, procuramos o valor mais próximo na Tabela 1.

A seção transversal de núcleo adequada mais próxima para uma rede monofásica é um condutor de cobre com seção transversal de 4 mm². Tamanho de fio semelhante com núcleo de alumínio de 6 mm².

Para fiação de núcleo único, o diâmetro mínimo será de 2,3 mm e 2,8 mm, respectivamente.No caso de usar uma opção multi-core, a seção transversal dos núcleos individuais é resumida.

Cálculo da seção transversal atual

Os cálculos da seção transversal necessária de corrente e potência de cabos e fios fornecerão resultados mais precisos.Tais cálculos permitem avaliar a influência geral de diversos fatores nos condutores, incluindo carga térmica, marca dos fios, tipo de assentamento, condições de operação, etc.

Todo o cálculo é realizado nas seguintes etapas:

• seleção de poder de todos os consumidores;
• cálculo das correntes que passam por um condutor;
• seleção de uma seção adequada usando tabelas.

Para esta opção de cálculo, a potência dos consumidores em termos de corrente e tensão é considerada sem levar em consideração fatores de correção. Eles serão levados em consideração ao somar a força atual.

Etapa #1 - cálculo da força atual usando fórmulas

Para quem se esqueceu do curso escolar de física, oferecemos as fórmulas básicas em forma de diagrama gráfico como folha de dicas visual:

A “Roda Clássica” demonstra claramente a relação das fórmulas e a interdependência das características da corrente elétrica (I - intensidade da corrente, P - potência, U - tensão, R - raio do núcleo)

Vamos anotar a dependência da corrente I na potência P e na tensão de linha U:

Eu = P/U_eu,

Onde:

• EU — intensidade da corrente, medida em amperes;
• P — potência em watts;
• você_eu — tensão da linha em volts.

A tensão da linha geralmente depende da fonte de alimentação; pode ser monofásica ou trifásica.

Relação entre tensão linear e de fase:

1. você_eu = U*cosφ no caso de tensão monofásica.
2. você_eu = você*√3*cosφ no caso de tensão trifásica.

Para consumidores elétricos domésticos, cosφ=1 é aceito, então a tensão linear pode ser reescrita:

1. você_eu = 220 V para tensão monofásica.
2. você_eu = 380 V para tensão trifásica.

A seguir, resumimos todas as correntes consumidas usando a fórmula:

Eu = (I1+I2+…DENTRO)*K*J,

Onde:

• EU – corrente total em amperes;
• I1..IN – força atual de cada consumidor em amperes;
• K – coeficiente de simultaneidade;
• J. - factor de segurança.

Os coeficientes K e J têm os mesmos valores utilizados no cálculo da potência total.

Pode haver um caso em que em uma rede trifásica uma corrente de intensidade desigual flua através de diferentes condutores de fase.

Isso acontece quando consumidores monofásicos e trifásicos estão conectados a um cabo trifásico ao mesmo tempo. Por exemplo, uma máquina trifásica e uma iluminação monofásica são alimentadas.

Surge uma pergunta natural: como é calculada a seção transversal de um fio trançado nesses casos? A resposta é simples - os cálculos são feitos com base no núcleo mais carregado.

Etapa 2 – seleção de uma seção adequada usando tabelas

As regras de operação para instalações elétricas (PEU) contêm uma série de tabelas para selecionar a seção transversal necessária do núcleo do cabo.

A condutividade de um condutor depende da temperatura. Para condutores metálicos, a resistência aumenta com o aumento da temperatura.

Quando um determinado limite é excedido, o processo torna-se autossustentável: quanto maior a resistência, maior a temperatura, maior a resistência, etc. até que o condutor queime ou cause um curto-circuito.

As próximas duas tabelas (3 e 4) mostram a seção transversal dos condutores dependendo das correntes e do método de instalação.

Tabela 3. Primeiro você precisa escolher o método de colocação dos fios, isso determina a eficácia do resfriamento (+)

Um cabo difere de um fio porque todos os núcleos do cabo, equipados com seu próprio isolamento, são torcidos em um feixe e encerrados em uma bainha isolante comum. Mais detalhes sobre as diferenças e tipos de produtos de cabo estão escritos neste artigo.

Tabela 4. O método aberto é indicado para todos os valores de seção transversal do condutor, porém, na prática, seções abaixo de 3 mm2 não são assentadas abertamente por questões de resistência mecânica (+)

Ao usar tabelas, os seguintes coeficientes são aplicados à corrente contínua permitida:

• 0,68 se 5-6 núcleos;
• 0,63 se 7-9 núcleos;
• 0,6 se 10-12 núcleos.

Os fatores de redução são aplicados aos valores atuais da coluna “aberta”.

Os condutores neutro e de aterramento não estão incluídos no número de condutores.

De acordo com as normas PES, a seleção da seção transversal do condutor neutro de acordo com a corrente contínua permitida é feita como pelo menos 50% do condutor de fase.

As próximas duas tabelas (5 e 6) mostram a dependência da corrente de longo prazo permitida ao colocá-lo no solo.

Tabela 5. Dependências da corrente de longo prazo permitida para cabos de cobre quando colocados no ar ou no solo

A carga atual quando colocada abertamente e quando colocada profundamente no solo é diferente. São aceitos como iguais se o assentamento no solo for feito em bandejas.

Tabela 6. Dependências da corrente contínua permitida para cabos de alumínio quando colocados no ar ou no solo

Para a instalação de linhas de alimentação temporárias (transportadas, se para uso privado), aplica-se a seguinte tabela (7).

Tabela 7. Corrente contínua permitida ao usar cabos de mangueira portáteis, mangueiras portáteis e cabos de eixo, cabos de holofotes, fios portáteis flexíveis. Somente condutores de cobre são usados

Ao colocar cabos no solo, além das propriedades de dissipação de calor, é necessário levar em consideração a resistividade, que está refletida na tabela a seguir (8):

Tabela 8. Fator de correção em função do tipo e resistividade do solo para a corrente de longo prazo admissível, no cálculo da seção transversal do cabo (+)

Cálculo e seleção de núcleos de cobre até 6 mm² ou alumínio até 10 mm² é realizado como para corrente contínua.

No caso de secções grandes, é possível aplicar um fator de redução:

0,875 * √T_pv

Onde T_pv — relação entre a duração da comutação e a duração do ciclo.

A duração da ligação não é superior a 4 minutos. Neste caso, o ciclo não deve ultrapassar 10 minutos.

Ao escolher um cabo para distribuição de eletricidade em casa de madeira É dada especial atenção à sua resistência ao fogo.

Etapa #3 - cálculo da seção transversal atual do condutor usando um exemplo

Tarefa: calcular a seção necessária cabo de cobre para conexão:

• máquina para marcenaria trifásica com potência de 4000 W;
• máquina de solda trifásica com potência de 6.000 W;
• eletrodomésticos domésticos com potência total de 25.000 W;

A ligação será feita com cabo de cinco núcleos (três condutores de fase, um de neutro e um de aterramento), enterrado no solo.

O isolamento de produtos de cabos e fios é calculado para uma tensão operacional específica. Deve-se levar em consideração que a tensão de operação do seu produto indicada pelo fabricante deve ser superior à tensão da rede

Solução.

Passo 1. Calculamos a tensão linear de uma conexão trifásica:

você_eu = 220 * √3 = 380 V

Passo 2. Eletrodomésticos, uma máquina-ferramenta e uma máquina de solda possuem potência reativa, portanto a potência das máquinas e equipamentos será:

P_aqueles = 25.000 / 0,7 = 35.700 W

P_obor = 10.000 / 0,7 = 14.300 watts

Etapa 3. Corrente necessária para conectar eletrodomésticos:

EU_aqueles = 35700/220 = 162 A

Passo 4. Corrente necessária para conectar o equipamento:

EU_obor = 14300/380 = 38 A

Etapa 5. A corrente necessária para conectar eletrodomésticos é calculada com base em uma fase. De acordo com o problema, existem três fases. Portanto, a corrente pode ser distribuída entre as fases. Para simplificar, assumimos uma distribuição uniforme:

EU_aqueles = 162/3 = 54A

Etapa # 6. Corrente por fase:

EU_f = 38 + 54 = 92A

Etapa # 7. Equipamentos e eletrodomésticos não funcionarão ao mesmo tempo, além disso, reservaremos uma reserva de 1,5. Depois de aplicar fatores de correção:

EU_f = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Etapa # 8. Embora o cabo contenha 5 núcleos, apenas os núcleos trifásicos são levados em consideração. De acordo com a Tabela 8 na coluna do cabo tripolar no solo, verificamos que uma corrente de 115 A corresponde a uma seção transversal do núcleo de 16 mm².

Etapa # 9. Conforme Tabela 8, aplicamos um fator de correção em função das características do terreno. Para um tipo normal de terra, o coeficiente é 1.

Etapa # 10. Opcionalmente, calcule o diâmetro do núcleo:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5mm

Se o cálculo fosse feito apenas com base na potência, sem levar em conta as peculiaridades do assentamento dos cabos, então a seção transversal do núcleo seria de 25 mm². Calcular a intensidade da corrente é mais complicado, mas às vezes permite economizar dinheiro significativo, especialmente quando se trata de cabos de alimentação multinúcleos.

Você pode ler mais sobre a relação entre valores de tensão e corrente aqui.

Cálculo de queda de tensão

Qualquer condutor, exceto os supercondutores, possui resistência. Portanto, se o cabo ou fio for suficientemente longo, ocorre uma queda de tensão.

Os padrões PES exigem que a seção transversal do núcleo do cabo seja tal que a queda de tensão não seja superior a 5%.

Tabela 9. Resistividade de condutores metálicos comuns (+)

Isto diz respeito principalmente a cabos de baixa tensão de pequena seção transversal.

O cálculo da queda de tensão é o seguinte:

R = 2*(ρ * L) /S,

você_almofada = eu * R,

você_% = (você_almofada /você_lin) * 100,

Onde:

• 2 – coeficiente devido ao fato de a corrente flui necessariamente por dois fios;
• R – resistência do condutor, Ohm;
• ρ — resistividade do condutor, Ohm*mm²/m;
• S – seção transversal do condutor, mm²;
• você_almofada – queda de tensão, V;
• você_% - queda de tensão em relação a U_lin,%.

Usando fórmulas, você pode realizar de forma independente os cálculos necessários.

Exemplo de cálculo de transporte

Tarefa: calcule a queda de tensão para um fio de cobre com seção transversal de um núcleo de 1,5 mm². O fio é necessário para conectar uma máquina de solda elétrica monofásica com potência total de 7 kW. Comprimento do fio 20 m.

Quem deseja conectar uma máquina de solda doméstica a um ramal da rede elétrica deve levar em consideração a peneira de corrente para a qual o cabo utilizado foi projetado. É possível que a potência total dos dispositivos operacionais seja maior. A melhor opção é conectar consumidores a filiais separadas

Solução:

Passo 1. Calculamos a resistência do fio de cobre usando a Tabela 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Passo 2. Corrente fluindo através do condutor:

Eu = 7.000/220 = 31,8 A

Etapa 3. Queda de tensão no fio:

você_almofada = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Passo 4. Calculamos a porcentagem de queda de tensão:

você_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Conclusão: para conectar a máquina de solda é necessário um condutor de grande seção transversal.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Cálculo da seção transversal do condutor usando as fórmulas:

Recomendações de especialistas na seleção de produtos de cabos e fios:

Os cálculos acima são válidos para condutores de cobre e alumínio para uso industrial. Para outros tipos de condutores, a transferência total de calor é pré-calculada.

Com base nesses dados, calcula-se a corrente máxima que pode fluir pelo condutor sem causar aquecimento excessivo.

Se você tiver alguma dúvida sobre o método de cálculo da seção transversal do cabo ou quiser compartilhar sua experiência pessoal, deixe comentários neste artigo.A seção de revisão está localizada abaixo.