Почему сечение кабеля зависит от длины линии

Возьмём обычную задачу. Линия на баню: 3 кВт, девяносто метров, медь, однофазно. Забиваете в первый попавшийся калькулятор — он отвечает 1,5 мм². И формально он прав: по нагреву этого сечения достаточно.

Только вести баню кабелем 1,5 мм² нельзя. Нужно 6 мм² — на три ступени стандартного ряда выше. Разберёмся, откуда берётся разница и почему её пропускает большинство калькуляторов.

Сечение выбирают по двум условиям, а не по одному

Проводник должен удовлетворять обоим требованиям сразу, а побеждает то, которое строже.

Первое — нагрев. Ток греет жилу. Если тепло не успевает уходить, изоляция стареет, трескается и в конце концов перестаёт быть изоляцией. ПУЭ задаёт для каждого сечения длительно допустимый ток: сколько ампер проводник несёт неограниченно долго, не перегреваясь. Именно это и считают все калькуляторы.

Второе — потеря напряжения. У медной жилы есть сопротивление. Пока линия короткая, оно ничтожно. Но сопротивление растёт вместе с длиной, и на дальнем конце напряжение оказывается заметно ниже, чем на щите. Это условие калькуляторы обычно игнорируют — и на коротких линиях сходит с рук, потому что там оно и правда ни на что не влияет.

Что происходит на девяноста метрах

Посчитаем нашу баню. Ток нагрузки:

I = P / U = 3000 Вт / 220 В ≈ 13,6 А

Автомат берём ближайший больший из стандартного ряда — 16 А.

По нагреву: кабель 1,5 мм², проложенный тремя одножильными проводами в трубе, держит 17 А (ПУЭ, табл. 1.3.4). Больше шестнадцати — условие выполнено, сечение подходит.

Теперь потеря напряжения. Для однофазной линии:

ΔU = 2 · ρ · L · I · cosφ / (S · U) · 100 %

где ρ — удельное сопротивление меди (0,0175 Ом·мм²/м), L — длина, S — сечение. Двойка потому, что ток идёт туда и обратно: провод считается в оба конца.

Подставляем: при 1,5 мм² потеря выходит около 11 %. Норма для групповой линии — 3 %. Превышение почти четырёхкратное.

Поднимаем сечение по ряду: 2,5 → 4 → 6 мм². Только на шести потеря укладывается в норму. Отсюда и ответ.

Чем плохо просевшее напряжение

Кажется, что двести вольт вместо двухсот двадцати — мелочь. Не мелочь.

Двигатели. Насос, компрессор, циркуляционный насос отопления при пониженном напряжении не могут развить нужный момент. Двигатель начинает потреблять больше тока, греется и в итоге выходит из строя. Это самая частая причина, по которой «сгорел насос в скважине».

Нагреватели. Мощность падает как квадрат напряжения. Минус 10 % напряжения — минус 19 % мощности. Бак на 100 литров греется не полтора часа, а почти два.

Сама линия. Потерянные вольты никуда не исчезают — они выделяются теплом в кабеле. Одиннадцать процентов от трёх киловатт это больше трёхсот ватт, размазанных по девяноста метрам провода. Провод в трубе от этого только греется дальше.

Электроника. Импульсные блоки питания держат просадку, но живут на пределе меньше. Инверторные кондиционеры и котлы часто просто отключаются по защите.

Откуда берутся три процента

Норму задаёт СП 256.1325800.2016. Пункт 8.23 ограничивает суммарные потери от шин трансформаторной подстанции до самого дальнего светильника семью с половиной процентами. Внутри здания на осветительные линии отводится 3 %, на прочих потребителей — 4 %.

Часто путают потерю напряжения с отклонением напряжения из ГОСТ 32144-2013 — это разные величины. Стандарт качества электроэнергии говорит, каким напряжение имеет право прийти к вам в точку подключения: 230 В ±10 %. Потеря напряжения — это то, сколько вы теряете уже внутри своей проводки, сверх того, что пришло. Складывать их нельзя, но и путать тоже: если сеть уже даёт 207 В, ваши собственные проценты падают на просевшее.

На каких длинах это начинает решать

Грубый ориентир для меди при 220 В и потере 3 %:

Отсюда видно правило: до пятнадцати-двадцати метров о потере напряжения можно не думать, дальше — обязательно.

На участке двадцать метров набегают легко: от щита в доме до гаража, до бани, до скважины, до ворот с приводом. Именно там бытовые калькуляторы и промахиваются.

Что делать, если сечение выходит слишком большим

Поднимать сечение до бесконечности не выйдет — кабель дорожает быстро, а гнуть 16 мм² руками неприятно. Есть другие ходы.

Перенести точку питания. Поставить промежуточный щит ближе к потребителю, а к нему вести один толстый кабель. Три линии по 90 метров превращаются в одну на 90 и три по десять.

Перейти на три фазы. В трёхфазной линии потеря при той же мощности примерно вдвое меньше — в формуле вместо двойки стоит корень из трёх, а ток на фазу втрое ниже.

Пересмотреть нагрузку. Часто «баня 3 кВт» это на самом деле бак на 2 кВт, который включается сам по себе, и розетки, которыми пользуются раз в месяц. Реальная одновременная нагрузка бывает вдвое меньше заявленной.

Как посчитать свою линию

Формулы выше можно применить руками, но на щите с десятью группами это занятие на вечер, и ошибиться в арифметике проще, чем кажется.

Расчёт электрощита проверяет оба условия для каждой группы и показывает, где сечение поднялось именно из-за длины. По каждой линии написано, какое сечение хватило бы по нагреву и какое понадобилось на самом деле — с числами, а не «доверьтесь нам». Расчёт и предпросмотр бесплатны.