Hogyan határozzuk meg a vezeték keresztmetszetét az átmérőből és fordítva: kész táblázatok és számítási képletek

A vezetékek széles körben használatosak a különböző rendeltetésű elektromos hálózatok területén. Az energia szállítása kábel- és vezetéktermékeken keresztül első pillantásra egyszerűnek és érthetőnek tűnik.

Az elektromos vezetékek biztonságos üzemeltetéséhez azonban számos fontos részletet figyelembe kell venni az elektromos hálózatok tervezése és kiépítése során. Az egyik ilyen részlet a vezeték keresztmetszetének helyes kiszámítása az átmérőből, mivel a meghatározás pontosságától függ a vezetőn áthaladó megengedett áram határa.

Hogyan határozzuk meg a keresztmetszetet vagy az átmérőt, van-e különbség e paraméterek között? A cikkben megpróbáljuk ezt tisztázni. Ezenkívül összefoglaló táblázatokat készítettünk, amelyek segítenek a vezető kiválasztásában az elektromos hálózat szerelési körülményeitől, a kábelér anyagától és a csatlakoztatott berendezések teljesítményjellemzőitől függően.

A számítás szükségessége és eljárási rendje

Különböző teljesítményű berendezések táplálkoznak elektromos árammal. A teljesítménytartomány igen széles.

Minden egyes elektromos készülék egy terhelést jelent, amelynek mértékétől függően meghatározott áramerősségű áramellátás szükséges.

Alapértelmezés szerint vagy az elektromosság alapjainak banális nem ismerete miatt a vezetékeket könnyen csatlakoztathatjuk, figyelmen kívül hagyva az átmérőkre és keresztmetszetekre vonatkozó összes követelményt. Más kérdés, hogy mi sülhet ki ebből a gyakorlatból az üzemeltetés során.

A szükséges árammennyiséget a kívánt terheléshez különböző átmérőjű (keresztmetszetű) vezetékeken keresztül lehet átengedni.

De ha a vezető keresztmetszete nem elegendő az adott árammennyiség áthaladásához, megnövekedett ellenállás lép fel. Ennek következtében a vezeték (kábel) felmelegszik.

Ha figyelmen kívül hagyjuk ezt a jelenséget, és továbbra is áramot engedünk át, valóságos a felmelegedés veszélye egészen a gyulladásig. Ez a helyzet súlyos baleseti helyzetet idézhet elő. Éppen ezért fokozott figyelmet kell fordítani az áram terheléshez történő továbbításának számításaira és az áramkörök kiválasztására.

Az elektromos vezetők keresztmetszetének (átmérőjének) pontatlan számításából adódó következmények a szigetelőanyag enyhe deformációjától a tényleges tűz keletkezéséig és nagy tűzvészig terjedő jelenségekkel járhatnak.

A helyes számítás és a kábelek és vezetékek szakszerű kiválasztása pozitívan hat a terhelésként működő berendezések működésére is.

Tehát a biztonsági tényezőn kívül az elektromos kábel keresztmetszetének átmérő alapján történő kiszámítása, vagy fordítva, kötelező művelet az elektromos gépek hatékony üzemeltetésének biztosítása szempontjából.

A vezetőér átmérőjének meghatározása

Ezt a műveletet egyszerű lineáris méréssel is elvégezhetjük. A pontos méréshez pontszerű mérőeszközt, például tolómérőt, vagy még inkább – mikrométert ajánlott használni.

Az átmérő hagyományos vonalzóval történő mérése viszonylag alacsony pontosságú eredményt ad, de sok vezeték alkalmazási esetében még elfogadható.

Az éra átmérőjének mérése és meghatározása pontszerű mérőeszközzel, amely ezúttal a tolómérő. Ez a lineáris mérési módszer kellően pontos eredményt ad a vezető keresztmetszetének későbbi kiszámításához.

Természetesen a mérést csupasz vezető állapotában kell elvégezni, vagyis előzetesen eltávolításra kerül a szigetelőburkolat.

Egyébként például a rézvezeték esetében a lakk vékony permetrétege is szigetelőburkolatnak számít, amelyet szintén el kell távolítani, ha nagyon pontos számítás szükséges.

Létezik egy „háztartási” módszer az átmérő mérésére, amely akkor használható, ha nincs kéznél pontszerű mérőeszköz. A módszer alkalmazásához egy villanyszerelő csavarhúzóra és egy iskolai vonalzóra lesz szükség.

A vezetőt a mérés előtt megtisztítják a szigeteléstől, majd szorosan, egymás mellé tekerik a csavarhúzó szárára. Általában tíz menetet tekernek – ez kényelmes szám a matematikai számításokhoz.

A lineáris átmérőmérés egy másik széles körben elterjedt módszer a vezető paraméterének meghatározására a teljesítmény (átviteli képesség) kiszámításához. Használata egy közönséges vonalzóval és bármilyen olyan alappal történik, amelyre a vezető feltekerhető (+).

Ezután a csavarhúzó szárára tekercselt tekercset vonalzóval megmérik az elsőtől az utolsó menetig. A vonalzón kapott értéket el kell osztani a menetek számával (ebben az esetben 6-tal). Ennek az egyszerű számításnak az eredménye a vezeték érájának átmérője lesz.

Az elektromos vezeték keresztmetszetének kiszámítása

A vezető érájának keresztmetszetének meghatározásához már matematikai megfogalmazást kell használni.

Lényegében a vezető ér keresztmetszete a keresztmetszeti terület – azaz egy kör területe, melynek átmérőjét a fent leírt módszer határozza meg.

Az ér keresztmetszete valójában a kör területe. Ennek megfelelően a geometriai terület kiszámítását a hagyományos képlettel végezhetjük el, ha ismerjük az átmérőt vagy a sugarat.

Az átmérő értékére támaszkodva egyszerűen megkapható a sugár értéke, ha az átmérőt megfelezzük.

Valójában a kapott adatokhoz hozzá kell adni a π (3,14) konstanst, majd az alábbi képletek egyikével kiszámítható a keresztmetszet értéke:

S = π*R² vagy S = π/4*D²,

ahol:

• D – átmérő;
• R – sugár;
• S – keresztmetszet;
• π – konstans, melynek értéke 3,14.

Ezek a klasszikus képletek a sodrott vezetők keresztmetszetének meghatározására is használatosak. A számítási stratégia gyakorlatilag változatlan marad, néhány részlet kivételével.

Kezdetben a köteg egyik erének keresztmetszetét számítják ki, majd az eredményt megszorozzák az erek teljes számával.

A sodrott vezető keresztmetszetének kiszámítása ugyanazzal a matematikai módszerrel lehetséges, amelyet az egyerű vezetőre alkalmaznak, de kiegészítve az erek számával mint szorzóval.

Miért kell fontos tényezőnek tekinteni a keresztmetszet meghatározását? Nyilvánvaló ok, amely közvetlenül kapcsolódik a Joule–Lenz-törvényhez, mivel a vezető keresztmetszetének paramétere határozza meg a vezetőn átfolyó megengedett áram határát.

Az átmérő meghatározása a keresztmetszet alapján

Matematikai számítással meghatározható a vezető ér átmérője, ha ismert a keresztmetszet paramétere.

Ez természetesen nem a legpraktikusabb megoldás, tekintve, hogy vannak egyszerűbb módszerek az átmérő meghatározására, de az ilyen megoldás használata nem kizárt.

Az átmérő nagy pontosságú mérése egy lakatos szerszám – a mikrométer – segítségével gyakorlatilag ugyanolyan eredményt ad, mint a képlettel végzett számítások.

A számítás elvégzéséhez gyakorlatilag ugyanazok a numerikus adatok szükségesek, amelyeket a keresztmetszet matematikai képlettel történő kiszámításakor használtak.

Azaz a π konstans és a kör területének (keresztmetszetének) értéke.

Az alábbi képlet értékeit alkalmazva megkapjuk az átmérő értékét:

D = √4S/π,

ahol:

• D – átmérő;
• S – keresztmetszet;
• π – konstans, melynek értéke 3,14.

Ennek a képletnek az alkalmazása akkor lehet releváns, ha ismert a keresztmetszeti paraméter, és nincs kéznél semmilyen megfelelő eszköz az átmérő mérésére.

A keresztmetszeti paraméter például a vezető dokumentációjából vagy a számítási táblázatból nyerhető, amely a leggyakrabban használt klasszikus változatokat tartalmazza.

Táblázatok a megfelelő vezető kiválasztásához

A szükséges vezeték (kábel) kiválasztásának kényelmes és praktikus módja a speciális táblázatok használata, amelyekben az átmérők és keresztmetszetek vannak feltüntetve a teljesítmények és/vagy az áramerősségek függvényében.

Egy ilyen táblázat kéznél tartása egyszerű és könnyű módja annak, hogy gyorsan meghatározzuk a kívánt elektromos berendezéshez szükséges vezetőt.

A szükséges értékek meghatározása klasszikus táblázat segítségével az egyik legkényelmesebb módja a kívánt vezető kiválasztásának a szerelési munkák során.

Figyelembe véve, hogy az elektrotechnikai szerelés hagyományos vezetői réz- vagy alumíniumvezetős termékek, mindkét fémtípushoz léteznek táblázatok.

Emellett a táblázatos adatok gyakran tartalmazzák a 220 voltos és 380 voltos feszültség értékeit. Továbbá figyelembe veszik a szerelési feltételeket – a zárt vagy nyitott vezeték.

Gyakorlatilag az történik, hogy egyetlen papírlapon vagy a telefonba letöltött képen nagy mennyiségű műszaki információ található, amely lehetővé teszi a fent említett matematikai (lineáris) számítások elkerülését.

Sőt, számos kábelgyártó, hogy megkönnyítse a vásárló számára a szükséges vezető kiválasztását – például aljzatok telepítéséhez –, egy olyan táblázatot kínál, amely tartalmazza az összes szükséges értéket.

Már csak azt kell meghatározni, hogy mekkora terhelés várható az adott elektromos ponton, és hogyan történik a szerelés, majd ezen információk alapján kiválasztani a megfelelő, réz- vagy alumíniumvezetős kábelt.

Példák az ilyen átmérő-keresztmetszet számítási módszerekre a táblázatban találhatók, ahol a réz- és alumíniumvezetős változatok, valamint a vezeték elhelyezésének módjai – nyitott vagy rejtett típus – szerepelnek. Az első táblázatból meghatározható a teljesítmény és áramerősség szerinti keresztmetszet.

A réz- és alumíniumvezetők keresztmetszetének és átmérőjének megfelelési táblázata a szerelési feltételek függvényében

Ezenkívül létezik egy szabvány a keresztmetszetekre és átmérőkre, amely a kábelek, vezetékek, zsinórok kerek (idom) tömörítetlen és tömörített áramvezető magjaira vonatkozik. Ezeket a paramétereket a GOST 22483-2012 szabvány szabályozza.

A szabvány hatálya alá tartoznak a rézből (ónozott rézből), alumíniumhuzalból készült kábelek, fémbevonat nélkül vagy fémbevonattal.

A rögzített telepítésű kábelek és vezetékek réz- és alumíniumérleit az 1. és 2. osztályba sorolják. A nem rögzített és rögzített telepítésű vezetékek, zsinórok, kábelek, ahol a szerelés során nagyobb rugalmasság szükséges, a 3–6. osztályba sorolják.

A kábel- (vezeték-) rézerek osztályok szerinti megfelelési táblázata

Az alumíniumvezetők és kábelek esetében a GOST 22483-2012 szintén előírja az ér névleges keresztmetszetének paramétereit, amelyek megfelelnek az ér osztályától függő átmérőnek.

Sőt, ugyanezen GOST szerint a megadott átmérők használhatók az 1. osztályú rézvezető esetében, ha ki kell számítani a minimális átmérőjét.

A kábel- (vezeték-) alumíniumerek osztályok szerinti megfelelési táblázata

További ajánlások a vezetékek és kábelek típusának kiválasztásához a lakásban és házban lévő elektromos hálózatok kiépítéséhez a következő cikkekben találhatók:

1. Milyen vezetéket használjunk a házban lévő vezetékhez: ajánlások a kiválasztáshoz
2. Milyen kábellel végezzük a vezetékezést egy faházban: nem gyúlékony kábel típusai és biztonságos fektetése
3. Milyen kábelt használjunk a lakásban történő vezetékezéshez: vezetékek áttekintése és a legjobb opció kiválasztása

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az alábbi videó egy gyakorlati példát mutat be a vezeték keresztmetszetének egyszerű módszerekkel történő meghatározására.

A videó megtekintése ajánlott, mivel a szemléletesen bemutatott információk hozzájárulnak a tudás bővítéséhez:

Az elektromos vezetékekkel való munka mindig felelősségteljes hozzáállást igényel a számítások szempontjából.

Ezért bármely szintű villanyszerelőnek ismernie kell a számítási módszertant és tudnia kell használni a meglévő műszaki táblázatokat. Ezzel nemcsak a szerelés jelentős költségmegtakarítása érhető el a pontos számítás révén, hanem – ami a legfontosabb – a beüzemeltetett vezeték üzemeltetési biztonsága is garantált.

Van mit hozzáfűznie, vagy kérdései merültek fel a vezeték keresztmetszetének meghatározásával kapcsolatban? Megjegyzéseket fűzhet a publikációhoz, részt vehet a vitákban, és megoszthatja saját tapasztalatait a házban vagy lakásban lévő elektromos hálózat kiépítéséhez szükséges vezetékek kiválasztásáról. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.