Kalkulačka průřezu vodiče

Správné dimenzování vodičů zajišťuje bezpečnost a efektivitu.

Poddimenzované vodiče se mohou přehřívat, zatímco předimenzované plýtvají penězi.

Zohledněte jak proudovou zatížitelnost, tak úbytek napětí.

Běžné velikosti:

• 14 AWG (15A)
• 12 AWG (20A)
• 10 AWG (30A)
• 8 AWG (40A)
• 6 AWG (55A)

Hliník vyžaduje o 1-2 stupně větší velikost než měď pro stejnou proudovou zatížitelnost.

Pro výpočet velikosti vodiče musíte splnit dva nezávislé požadavky a zvolit větší výsledek.

Nejprve dimenzujte podle zatížitelnosti: vodič musí trvale přenášet zatěžovací proud bez přehřívání, podle tabulky NEC 310.16 (nebo IEC 60364 v Evropě).

Za druhé dimenzujte podle úbytku napětí pomocí vzorce Vdrop = (2 × L × I × R) / 1000, kde L je jednosměrná délka v metrech, I je proud v ampérech a R je odpor vodiče v Ω/km. Faktor 2 zohledňuje obousměrnou (tam i zpět) cestu proudu v jednofázových okruzích; třífázové okruhy místo toho používají faktor √3 (≈1,732).

Vždy vyberte průřez, který splňuje kritérium vyžadující silnější vodič, podle konvencí pro návrh IEEE a IEC.

Velikost vodiče se vyjadřuje dvěma způsoby. V Severní Americe je stupnice American Wire Gauge (AWG) bezrozměrná a nepřímá – nižší číslo znamená tlustší vodič – zatímco většina světa používá průřez v čtverečních milimetrech (mm²), jednotku odvozenou od SI definovanou BIPM.

Proud (zatížitelnost) se měří v ampérech (A), což je základní jednotka SI pro elektrický proud podle NIST. Odpor vodiče se udává v ohmech (Ω) nebo u kabelů v ohmech na kilometr (Ω/km).

Úbytek napětí se měří ve voltech (V) a často se uvádí jako procento napětí soustavy. Ztráta výkonu se objevuje ve wattech (W).

Pro představu, 12 AWG ≈ 3,3 mm² a 10 AWG ≈ 5,3 mm², podle preferovaných velikostí IEC 60228.

AWG se převádí na průřez prostřednictvím průměru vodiče. Průměr v milimetrech je d = 0,127 × 92^((36 − n)/39), kde n je číslo AWG; plocha je pak A = π(d/2)².

Například 12 AWG dává průměr asi 2,05 mm a plochu kolem 3,31 mm². Protože kroky AWG jsou geometrické, každé snížení o 3 stupně zhruba zdvojnásobí plochu a snížení o 6 stupňů zdvojnásobí průměr.

V praxi inženýři zaokrouhlují vypočítanou hodnotu na nejbližší standardní velikost podle IEC 60228 (1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16 mm² a více). Encyklopedie Britannica uvádí, že systém AWG se datuje do roku 1857 a standardizuje poměry tažených drátů, které se používají dodnes.

Úbytek napětí roste lineárně s proudem i délkou vodiče, takže dlouhá vedení jsou hlavním důvodem pro zvětšení průřezu vodiče nad minimální proudovou zatížitelnost. Jelikož je odpor na jednotku délky pevný, zdvojnásobení vzdálenosti zdvojnásobí úbytek.

Norma NEC doporučuje (i když nepřikazuje) maximální úbytek 3 % u koncových okruhů a celkově 5 % u přívodů plus koncových okruhů, a HyperPhysics (Georgia State University) vysvětluje, že to jednoduše vyplývá z Ohnova zákona, V = IR – tedy stejného vztahu, který používá naše kalkulačka ohnova zákona k výpočtu chybějící hodnoty napětí, proudu nebo odporu.

Zátěž 20 A, která je přijatelná na vodiči 12 AWG při 15 m, může přesáhnout 3 % při 60 m, což vynutí přechod na 10 nebo 8 AWG. Proto zahradní domky, čerpadla v studnách a nabíječky elektromobilů na dlouhých přívodech často potřebují vodiče o jedno nebo dvě čísla silnější, než by naznačovala samotná tabulka zatížitelnosti.

Zvažte jednofázovou zátěž 20 A při 240 V vedoucí 30 metrů jedním směrem v mědi s limitem úbytku napětí 3%.

S použitím měděného vodiče 10 AWG (přibližně 5,3 mm²) vrací kalkulačka úbytek napětí zhruba 3,93 V, což je asi 1,64 % z 240 V – bezpečně v rámci 3% cíle. Odporová ztráta výkonu ve vodiči je asi 78,7 W.

Protože měď 10 AWG je dimenzována na proudovou zatížitelnost blízkou 30 A podle sloupců NEC pro 75 °C, pohodlně splňuje i požadavek na proudovou zatížitelnost. Pokud bychom zvolili 12 AWG, vyšší odpor by zvýšil jak úbytek napětí, tak oteplení I²R, takže pro tuto délku vedení je správnou volbou silnější vodič 10 AWG.

Dimenzování vodičů pokrývá rezidenční, komerční i průmyslové instalace.

• Elektrikáři jej používají k výběru vodičů pro zásuvkové okruhy, klimatizace, sporáky a podružné rozvaděče podle normy NEC.
• Montéři nabíječek pro elektromobily se na něj spoléhají při dimenzování 32–48A nabíječek úrovně 2 na dlouhých trasách v garážích nebo příjezdových cestách.
• Solární a baterioví technici dimenzují DC a AC vodiče pro střídače a slučovací boxy, kde úpadek napětí přímo snižuje množství získané energie.
• Stavitelé lodí a obytných vozů dimenzují 12/24V DC kabeláž, kde nízké napětí činí úbytky obzvláště citlivými.
• Průmysloví inženýři aplikují pokyny IEC 60364 a IEEE na přívody k motorům a dlouhé kabelové žlaby.

V každém případě je cíl stejný: bezpečná proudová zatížitelnost, přijatelný úbytek napětí a výběr vodiče v souladu s předpisy.

Publikovaná proudová zatížitelnost předpokládá ideální podmínky, proto je u reálných instalací nutné provést deratizaci (snížení hodnot).

Když více než tři vodiče vedoucí proud sdílejí jednu trubku, tabulka NEC 310.15(C)(1) snižuje povolenou proudovou zatížitelnost (například u 4–6 vodičů se zatížitelnost snižuje na 80 %). Vysoká okolní teplota také snižuje proudovou zatížitelnost, protože vodič má menší tepelnou rezervu, než dosáhne jmenovité teploty izolace.

Nepřetržitá zatížení – ta, která odebírají proud tři hodiny nebo déle – musí být dimenzována na 125 % zátěže, což znamená, že vodič a jistič využívají pouze 80 % své jmenovité hodnoty. Záleží také na typu izolace: THHN s hodnocením 90 °C snese větší horko než THW s 60 °C.

Ignorování těchto faktorů je hlavní příčinou přehřívání kabelů, proto před definitivním stanovením průřezu vždy proveďte snížení hodnoty.

Měď a hliník vyvažují poměr vodivosti vůči ceně a hmotnosti.

Měď má nižší měrný odpor (přibližně 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m podle NIST), takže přenáší větší proud na jednotku plochy, což z ní dělá výchozí volbu pro odbočné obvody.

Hliníkový měrný odpor je zhruba 1,6krát vyšší, takže hliníkové vodiče musí být o jeden až dva stupně AWG širší pro stejnou proudovou zatížitelnost – hliník je však mnohem lehčí a levnější, proto ho preferují energetické společnosti a hlavní přívody. Moderní hliníková kabeláž je bezpečná, pokud je instalována s terminály schválenými pro AL a antioxidační pastou, která zabraňuje poruchám spojů.

Nastavení materiálu v kalkulačce přizpůsobte svému vodiči, protože hodnota odporu, která způsobuje úbytek napětí, se mezi těmito dvěma kovy značně liší.

Dimenzování elektrických vodičů provází několik častých chyb, kterým je třeba se vyhnout:

• Nejčastější chybou je dimenzování pouze podle proudové zatížitelnosti a ignorování úbytku napětí na dlouhých trasách, což vede k tlumenému světlu a namáhání motorů.
• Druhou chybou je použití jednosměrné vzdálenosti ve vzorci, který vyžaduje faktor obousměrné trasy 2 – nebo naopak –, což vypočítaný úbytek půlí nebo zdvojnásobuje.
• Jiní zapomínají na snížení zatížitelnosti kvůli zaplnění trubek, okolnímu teplu nebo pravidlu 125 % pro nepřetržitou zátěž, a pak se diví, že se kabely zahřívají.
• Zaměňování směru AWG (domněnka, že větší číslo znamená tlustší drát) vede k nebezpečně poddimenzovaným vodičům.
• A konečně, míchání hodnot mědi a hliníku nebo ignorování teplotního jmenovitého zatížení svorek, které může omezit zatížitelnost na sloupec 60 °C, přináší nevyhovující výsledky.

Před nákupem vždy proveďte křížovou kontrolu s tabulkami NEC nebo IEC a místními předpisy.